推进电力科技自主创新.pdf

□ 中国电力企业联合会副秘书长沈维春高压直流输电技术经过半个多世纪的发展， 目前已经趋于成熟， 但在特高压、 长距离直流输电方面， 进展一直比较缓慢前苏联曾在上世纪八十年代动工修建哈萨克斯坦—中俄罗斯塔姆波夫斯克的长距离直流输电工程， 电压等级为±750千伏， 输送距离为2400公里， 输送容量为600万千瓦， 其技术方案为双极大地回路方式， 每极由两个12脉动桥并联组成， 各由3×320兆乏 Y/Y和3×320兆乏 Y/A单相双绕组换流变压器供电， 但由于苏联解体， 再加上晶闸管技术不过关， 工程最终没有投入运行巴西电力研究中心和 ABB 也曾共同组织了包括±800千伏在内的特高压直流输电研究工作， 但最终也因种种原因被迫中止目前， 国外已投运的最高电压等级和最大输送容量的直流输电工程为巴西伊泰普电站送出工程， 电压等级为±600 千伏， 输送容量 315 万千瓦2010年7月8日， 世界首个电压等级最高、 输送容量最大、 送电距离最长、 技术水平最高的直流输电工程—向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程正式投入运行， 这是继2009年初特高压交流试验示范工程成功投运之后， 我国能源领域取得的又一项举世瞩目的世界级创新成果。

向上直流的成功投运，开创了世界直流输电技术发展的新纪元， 具有划时代的意义， 不仅标志着我国在世界特高压交、 直流输电两大前沿科技领域已占据了制高点， 也彰显出在特高压科技研发和装备制造等领域我国强大的自主创新能力勇克世界性技术难题实现直流输电电压、 电流双提升用平均高达65米、 重达62吨的3939基铁塔， 把额定电压±800千伏、 额定电流4000安培的强大电力从四川宜宾复龙换流站送到1907公里之外的上海奉贤换流站， 途经川、 渝、 鄂、 湘、 皖、 浙、 苏、沪8省市， 4次跨越长江， 是一项前无古人的壮举为完成这一壮举， 国家电网公司立足自我、 勇于创新， 组建了具有世界领先水平的技术研发机构和团队， 投资建设了世界一流的特高压直流试验基地、 高海拔试验基地、 杆塔试验基地、 特高压直流输电工程成套设计研发 （实验）中心、 大电网仿真中心， 拥有了世界最高参数的高电压、 大电网试验和大电网仿真条件通过刻苦专研、 反复试验， 全面破解了特高压直流工程系统方案、 过电压与绝缘配合、 电磁环境控制、 成套设计、 设备制造和二次系统继保技术等一系列世界性难题， 占领了世界高压直流输电技术的制高点。

在世界范围内率先实现了直流输在 “向上” 线直流工程中所创造出的 “科学论证、 示范先行、 自主创新、 加快推进” 的工作思路和方法， 已经成为整合电网科技创新体系、 指导电力科技发展的行为指针推进电力科技自主创新纵 DEPTH·本刊特稿主持:张晓京 Zhangxiaojing@深——从 “向上” 线看自主创新实施路径中国电力企业管理2010.98电电压、 电流双提升不仅将输送电压提升至800千伏， 同时在全球范围内首次采用6英寸晶闸管技术， 将额定电流提升至4000安培， 使得额定输送容量达到640万千瓦， 最大连续输送容量达到720万千瓦输送容量的提升， 极大地提高了工程的经济性， 使单位容量送电距离造价水平低于±500 千伏直流工程全面掌握了特高压直流输电核心技术国家电网公司共组织完成了130项重大关键技术和工程专项研究， 全面涵盖规划、 系统、 设计、 设备、 施工、 调试、 试验、 调度、 运行等各个环节， 取得了一大批具有世界领先水平的技术成果目前， 特高压直流输电技术已申请专利214项， 已授权92项——针对社会公众较为关注的电磁环境影响， 科研机构通过研究试验， 完成了 《±800千伏直流输电线路电磁环境限值研究》 ， 提出了±800千伏直流输电线路电磁环境参数的控制限值， 确保了工程电磁环境影响程度不超过现有水平。

采用6×720平方毫米大截面导线、 选用低噪声设备、 换流变使用box-in降噪设计、 围墙加装隔音屏障等方案， 使工程真正实现了环境友好型——针对恶劣气候情况下的线路覆冰问题， 在覆冰现象突出的地区线路走廊内建立了4个观冰站和20个分点， 系统完整观测覆冰情况， 并成功采用双换流器并联融冰技术， 实现了通过简单的运行方式倒换即可实现线路阻冰、 融冰功能， 在提升运行安全稳定性的同时， 进一步节省了投资——针对重污秽难题， 为了获得准确的实地污秽测量数据， 在向上直流的送端和受端分别建立了直流积污试验站， 设计并开发的直流污秽测量解决方案处于国际先进水平——引入三维设计技术， 便捷实现了阀厅设备布置及空气间隙校核， 通过采用GIS设备、 交流滤波器 “田” 字形布置、 阀厅面对面布置、 换流变安装广场宽度优化等措施， 使换流站总平布置更加紧凑， 配电装置功能分区明确， 占地面积缩小， 大大节省了土地资源创新施工技术及管理模式提升特高压直流输电工程建设水平创新施工工艺， 填补多项国内输变电工程施工技术空白在国内外没有施工先例借鉴， 缺乏现场安装经验的情况下， 通过建设管理部门、 研究机构和设计施工企业联合攻关， 对换流站6英寸换流阀阀厅设备、 换流变压器、 干式平波电抗器、 穿墙套管、 直流滤波电容器、 阀冷却系统、 构支架组立等的安装方法和施工方案进行了创新研究， 归纳形成了标准安装工艺流程， 明确了施工准备、 工艺控制重点和难点， 编制了特高压换流站安装工艺导则， 建立了±800千伏特高压直流输电工程 （换流站） 建设工期模型。

路施工方面， 研究形成了大截面多分裂导线张力放线施工、 架空送电线路铁塔组立施工和掏挖基础机械成孔施工的施工导则和验收规范不仅系统解决了施工过程影响施工工期、 质量和安全的施工方法和工艺难题， 同时也填补了国内输变电工程建设施工技术领域的空白创新定额编制模式， 树立工程造价管理和定额工作标杆针对±800千伏换流站的施工特点， 工程造价与定额管理部门通过重新建立施工工艺、 施工组织和现场施工机械配置模型， 经过现场细致踏勘、 模拟和测算， 研究编制了复杂地形下换流变压器基础大体积混凝土施工预算定额， 同时结合特高压换流站阀厅实际情况， 研究制定了超高安装的换流阀、 平波电抗器、 金属结构、 隔声屏障的安装预算定额， 解决了换流站超大、 超高装置施工费用难以科学计算的难题路工程中， 研究解决了超高、 超重的线路铁塔和超长绝缘子的工地运输、 安装费用计算问题， 制定了6×630、 6×720导线安装定额， 同时考虑到大截面导线在未来输电线路中的使用趋势， 扩展编制了 6×800 和 6×900、 8×1000导线安装预算定额±800千伏特高压直流建设定额标准的编制不仅补充完善了现行的电力工程定额和费用标准体系， 而且创造性地改进了定额编制工作模式， 变完工后统计归纳为工程建设前预测推定、 完工后校验修正， 提高了工程造价管理工作的准确性和实效性，并为今后工程定额工作改革发展提供了新的思路和方法， 具有深远的影响和意义。

增强自主研发制造能力推动民族装备制造业跨越式发展向上直流工程的建设拓展了我国高压输电产业体系， 有力地推动了民族装备制造业的发展， 整个工程设备国产化率达到67%， 国内相关厂家依托工程掌握了特高压直流设备制造的核心技术，具备了绝大部分特高压设备批量生产的能力成功研制出了代表国际领先水平的全套特高压直流设备， 创造了一大批世界纪录： 直流输电用6英寸晶闸管， 换流变压器电压等级最高、 单台容量最大，换流阀单阀组容量最大， 低噪声干式平波电抗器、 直流穿墙套管、 直流断路器和隔离开关通流能力最大等， 设备自主研发和制造能力显著增强， 实现了民族装备制造业的产业升级和跨越式发展特高压直流换流阀型式试验能力和直流换流阀生产线达到世界一流水2010.9中国电力企业管理9平中国电力科学研究院经过不到六年的集中攻关， 完成了基于6英寸晶闸管特高压直流换流阀的自主研发工作，自主研发设计建设完成了具备为±1000千伏电压等级和5000安培电流水平换流阀提供全部型式试验和运行试验的直流换流阀试验设施在此基础上， 对直流换流阀电气特性、 多物理场数值分析、 成套电气设计技术、 成套结构设计技术、 触发监测技术、 关键零部件研制和换流阀集成技术等方面进行攻关并取得了重大突破， 其中， 基于6英寸晶闸管的特高压换流阀成套电气特性研究、 特高压换流阀多物理场数值分析， 均属国内首次系统攻克， 已申报国际专利 6 项、 国家专利 200 项。

相对于国内目前普遍应用的5英寸晶闸管直流换流阀， 此次研制成功的具有完全自主知识产权的特高压直流换流阀通流能力可从 3000 余安培提高到 4750 安培，使线路输送能力提高150％， 并降低造价25%预计该技术全面投入应用后，对于推动特高压直流换流阀的全面产业化， 打造我国以特高压直流换流阀为核心竞争优势的电力装备产业， 打破国际跨国公司的市场垄断具有重要意义预计未来十年， 可整体降低我国电网建设、 运行和维护费用超过百亿元，产品形成出口后， 将彻底改变全球直流输电设备市场格局， 在国际上产生重大而深远的影响核心装备制造和电气控制技术实现重大突破在换流变压器、 平波电抗器及配电装置方面， 由于特高压直流设备绝缘水平高， 通流能力大， 换流站所使用的800千伏、 30万千伏安级特高压换流变压器， 通流能力4500安培的6英寸晶闸管， 单阀组容量180万千瓦的换流阀，额定电流4000安培的低噪声干式平波电抗器、 直流穿墙套管、 直流断路器和隔离开关， 基于实时操作系统的换流站控制保护系统等关键设备均为世界首创，研制难度极大， 是对电力电子技术、 电工技术、 材料技术、 高压试验技术和控制技术的极限挑战。

特别是两大系列、 8种型号换流变的研发， 涉及电场分布技术、 磁场分布技术、 发热和传导计算、 谐波分析、 油纸兼容和电化学技术、 直流电场和交流电场叠加交互作用分析等技术这些技术的突破， 整体提升了我国在电力装备制造和电气控制技术方面的科学研究水平构建企业科技创新体系快速提升科技成果产业转化能力向家坝-上海±800千伏特高压直流输电工程是国家电网公司与科研院所、装备企业坚持自主创新， 向世界电网技术顶峰冲刺的一场 “攻坚战” 由于电网在产业链条中的特殊位置， 特高压直流自主创新已不仅仅是电网技术的单线推进， 其产业带动的立体效应已经十分明显， 同时， 此次工作中所创造出的 “科学论证、 示范先行、 自主创新、 加快推进” 的工作思路和工作方法， 已经成为整合电网科技创新体系、 指导电力科技发展的行动指针整合各方优势资源， 积极打造以企业为中心的科技创新体系发展特高压是一个契机， 使电网科技创新体系超越了某些现实障碍， 在操作层面找到了切实有效的整合之道多年来， 人们已经达成共识： 技术创新体系应以企业而不是科研院所为中心国家电网公司作为实施主体， 敢为人先， 敢担重任， 积极推进企业创新体系建设， 充分发挥管理优势及资源优势， 调动了各设备厂商的创业冲动及科研院所的科研热情， 使得科技成果转化的能力及速度得到提升， 科技创新的市场导向作用极大彰显。

建立集体科技攻关机制， 保障科技创新体系高效运转国家电网公司充分挖掘公司内部人力资源， 以重大攻关项目为依托， 向优秀科技人才倾斜， 落实项目、 团队及资金支持； 同时积极组织各研究机构、 设备厂家等参与单位， 出台知识产权保护的具体规定， 共同组建由技术骨干组成的特高压研究攻关小组， 形成了集体科技攻关机制； 还积极探索与国内权威机构、 高等院校的咨询合作， 确保了各项研究结论的全面、 公正和科学国家电网公司打造的特高压科技创新体系及其运作模式， 互动高效， 保障有力，成为当前以企业为主体、 构建科技创新体系的精彩案例， 为电力行业科研体系创新发展提供了成功经验构建特高压输电技术标准体系增强国际电工领域话语权二流的企业做技术， 一流的企业做标准国家电网公司作为。