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【新时代·新本领】特高压:打造电力输送“超级动脉”
2018年9月30日 10:50

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 特殊的时间点,标识着世界电力工业发展史上的重要里程碑。电压等级的每一次跃升,见证电网发展百余年光辉历程。

  1891年,世界上第一条高压输电线路诞生,它的电压只有13.8千伏;

  1935年,美国将220千伏电压提高到275千伏,人类社会第一次出现了超高压线路;

  1959年,前苏联建成世界上第一条500千伏输电线路,这是人类利用电能水平的一次大跨越;

  20世纪70年代起,美国、前苏联、日本等国家开始研究特高压输电技术,前苏联还建成了一段1150千伏的特高压试验线路;

  2009年,世界上第一条1000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程投入商业运行。这次领先世界的是中国!

  截至目前,我国已累计建成20多项特高压工程,单回输电能力最高达1000万千瓦,输送距离达2400公里,刷新世界电网技术新纪录。

 

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±800千伏上海庙—山东、±800千伏晋北—南京特高压输电线路跨越黄河(徐可 摄)

 

  “我国成为世界首个,也是唯一一个成功掌握并实际应用特高压这项尖端技术的国家,不仅全面突破了特高压技术,率先建立了完整的技术标准体系,而且自主研制成功了全套特高压设备,实现了跨越式发展。”国家电网公司党组书记、董事长舒印彪说。

 

  “电从远方来,来的是清洁电”

  ——特高压破解我国能源资源与电力负荷分布极不平衡的现实难题

 

  打开中国地图,不难发现,能源资源与生产力布局呈逆向分布,是我们国家的一大现实国情。

 

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我国能源资源与电力负荷分布极不平衡

 

  “80%以上的能源资源分布在西部、北部,70%以上的电力消费集中在东部、中部。在一段时期内,这就存在‘冰火两重天’的局面:一头是中西部资源大省有电送不出、白白浪费掉,另一头是东中部经济大省电不够用。”国家电网公司副总工程师、中国科学院院士陈维江向我们介绍。

  据测算,有多达2.7亿千瓦电力需要跨越2000多公里输送至电力负荷中心,而已有500千伏输电技术面临输电能力不足、损耗高、走廊资源稀缺等一系列突出问题,无法满足高效送出的要求。

  基于这个国情,发展特高压这一更先进的输电技术成为破解难题的必由之路。

  早在2004年,国家电网公司就联合科研院所、高校、设备制造等160多家单位协同攻关,开展309项重大关键技术研究,连续攻克了特高电压、特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等世界级难题,成功研制世界上通流能力最大的6英寸晶闸管、换流阀、变压器等一批国际领先的电工装备,在世界上率先掌握了特高压大容量输电系统集成、大电网运行控制等技术,研制成功了全套特高压设备,建立起完整的特高压输电技术标准体系。

  那么,研发出来的特高压输电技术,“特”在哪儿呢?

  在采访中,国家电网公司专家解答说:输电网电压等级一般分为高压、超高压(直流±500千伏、±600千伏等,交流330千伏-1000千伏)、特高压(直流±800千伏及以上、交流1000千伏及以上)。电压越高,输电效率就越高。特高压的“特”就特在输出的电压特高、输送的容量特大、传输的距离特远。

  “与传统输电技术相比,特高压输电技术的输送容量最高提升3倍,输送距离最高提升2.5倍,输电损耗可降低45%,单位容量线路走廊宽度减小30%,单位容量造价降低28%。可以更安全、更高效、更环保地配置能源。”中国电科院高电压研究所所长李鹏说。

 

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空中俯瞰锡盟-泰州±800千伏特高压输变电工程泰州换流站(汤德宏 摄)

 

  另一个大家经常问到的问题是,特高压交流输电技术和特高压直流输电技术有什么不一样?

  “特高压直流好比直达航班、一飞到底,中途不能‘停’,而特高压交流则是高速公路,既能快速到达目的地,在中途也有出口、能‘停’”。专家解答,交流与直流从来都是配合使用、相互补充的。交流输电具有输电和组网双重功能,电力的接入、传输和消纳十分灵活。直流输电只具有输电功能,不能形成网络,主要以中间落点的两端工程为主,可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。

  2008年底,1000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程建成,并于次年1月6日投入商业运行。这是世界上首个实现商业化运行的特高压输电线路。

  2010年7月8日,向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程投入运行,标志着国家电网全面进入特高压交直流混合电网时代。

  两条特高压工程线路投运以来一直保持稳定运行,全面验证了特高压输电的技术可行性、设备可靠性、系统安全性和环境友好性。

  国家对工程作出了高度评价。“特高压交流输电关键技术、成套设计及工程应用”和“特高压±800千伏直流输电工程”分别摘得2012年度和2017年度国家科学技术进步奖特等奖。

  “荣获两个国家科学技术进步奖特等奖,是鼓励更是激励。”舒印彪表示,发展特高压输电技术是21世纪以来我国电力工业最艰难、最成功的创新实践之一,扭转了我国电力工业长期跟随西方发达国家发展的被动局面,成为又一张亮丽的“中国名片”。

 

  “世界上唯一将特高压输电项目投入商业运营的国家”

  ——抢占世界电网科技制高点,带来经济、环境、社会等多重效益

 

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全球首条特高压长江综合管廊在江苏南通贯通

 

  8月21日9时许,长江北岸,江苏南通,巨大的“卓越号”盾构机翻卷着泥浆驶出过江隧道。这一刻,1000千伏淮南—南京—上海交流特高压输变电工程苏通GIL(气体绝缘输电线路)综合管廊隧道工程贯通。这也是特高压工程首次穿越长江隧道。

  自晋东南-南阳-荆门、向家坝-上海两条特高压示范工程投入运营以来,特高压建设驶入快车道,一项项特高压工程犹如巨龙纵横东西南北。“运行电压最高、输送能力最强、技术水平最高”的指标一次次被刷新:

  2012年12月,锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程投入运营;

  2016年7月,锡盟—山东1000千伏特高压交流输电工程投入运营;

  2017年9月,锡盟—泰州±800千伏特高压直流输电工程投入运营;

  2018年5月31日,总长3000多公里的新疆昌吉至安徽古泉±1100千伏特高压直流工程全线贯通。整个项目建成后,将是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。

  ……

 

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国家电网公司在运在建23项特高压工程,线路长度达3.3万公里

 

  目前,我国是世界上唯一一个将特高压输电项目投入商业运营的国家。截至今年9月,国家电网公司已累计建成“八交十直”特高压工程,在建“四交一直”特高压工程,在运在建23项特高压工程,线路长度达到3.3万公里,变电(换流)容量超过3.3亿千伏安(千瓦)。

  “国家电网公司已初步建成了特高压电网架构,形成全国‘西电东送、北电南供、水火互济、风光互补’能源互联网新格局、资源优化配置新平台,为保证电力可靠供应、推动能源转型和区域经济协调发展奠定了坚实基础。”国家电网公司特高压建设部副主任王绍武说。

  特高压电网,“一头连着西部清洁能源开发利用,一头连着东中部清洁发展”。

  2014年5月,包括“四交四直”特高压工程在内的12条重点输电通道纳入国家大气污染防治行动计划,并于2017年底全面建成投运,形成了一幅自北向南、自西向东的清洁电能输送蓝图:新增跨区输电能力8500万千瓦,每年可减少燃煤运输约1.9亿吨,减排二氧化碳约3.2亿吨、二氧化硫约100万吨、氮氧化物约94万吨,为打赢蓝天保卫战做出了重要贡献。

 

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±800千伏沂南换流站阀厅直流设备验收(徐可 摄)

 

  许继集团研制出世界首套±800千伏直流输电控制保护系统,完成世界首套±1100千伏控制保护系统开发,总体技术达到国际领先水平;南瑞集团研发的统一潮流控制器达到国际领先水平……依托特高压工程建设,中国电工装备制造企业技术水平大幅提升,创新能力显著增强。

  特高压不仅在国内遍地开花,还走出了国门。“近年来,国家电网公司先后中标巴西美丽山±800千伏特高压直流一、二期项目,实现了特高压输电技术、标准、装备、工程总承包和运行管理全产业链、全价值链输出,带动超、特高压设备出口超过50亿人民币。”国家电网公司国际部党总支书记于军说。

 

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巴西美丽山±800千伏特高压直流一期项目

 

  据介绍,我国在世界上率先建立了由168项国家标准和行业标准组成的特高压输电技术标准体系。同时,成功推动了国际电工委员会(IEC)成立专门的特高压直流和交流输电技术委员会(TC115和TC122),秘书处均设在中国,占据了技术和标准制高点,显著提升了我国在国际电工标准领域的话语权。

 

  “勇攀电力技术珠穆朗玛峰”

  ——坚定自信又冷静清醒,把特高压这张“金色名片”擦得更亮

 

  看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。

  谈起中国特高压输电技术发展历程,相关参与者都有着说不完的故事。

  “长期以来,电力工业领域,我们一直是跟在西方发达国家后面亦步亦趋。在特高压以前,我们国家每一个电压等级的出现都至少晚了西方国家20年。”陈维江说。

  王绍武讲了一个让他记忆犹新的画面:“我是2001年参加工作的,当时中国只有一条高压直流输电工程,就是±500kV葛洲坝—上海直流工程。这是外国公司参与建设的项目,里面几乎找不到国产的设备,就连换流站里值班人员的椅子、变电站里的马桶都是国外整装进来的。”

  从跟着别人、一直落后,到较短时间内研发特高压成功,并取得成熟的实际运用,靠的是什么?

  “一个是我国能源资源大范围配置的迫切需要,为发展特高压注入了强大需求动力。”陈维江说,还有一个关键因素,就在于我们国家集中力量办大事的制度优势,使政府支持、企业主导、产学研联合、社会各方广泛参与的科技创新工作体系高效运转。“特高压输电在国际上没有成熟适用的经验可供借鉴,面对巨大的创新压力和工程挑战,两大电网公司集聚电力、机械行业300多家单位的专家和资源,开展产学研协同攻关。”

 

 

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1000千伏锡盟—山东特高压输电线路高空作业(徐可 摄)

 

  有这样一个故事。当时研制特高压变压器时,参与的两家企业一开始各自进行技术攻关,分头研制出了样品,但是在做试验时,先后都失败了。这时产学研协同攻关体系发挥了作用。国家电网公司主导,召集相关企业,联合国内外专家,一起分析会诊,很快找到了问题所在,分析出了原因,然后进行了技术上的改进,最后非常顺利地通过了试验,取得了研制成功。

  研发特高压,还需要完备的试验研究体系和严谨细致的科学精神,需要敢为人先、坚定自信的精神力量。

  “特高压电网不是500千伏高压电网的简单放大,而是关键技术和配套设备质的提升。既面临高电压、强电流的电磁与绝缘技术世界级挑战,又面临重污秽、高海拔的严酷自然环境影响,创新难度极大,一直被喻为输电领域的‘珠穆朗玛峰’。”李鹏说,我们敢为人先,非常注重试验验证,用科学的态度开展研究。

 

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2006年8月以来,国家电网公司先后建成特高压直流试验基地、特高压交流试验基地、特高压工程力学试验基地、高海拔试验基地、国家电网仿真中心、特高压直流输电工程成套设计研发(试验)中心等“四基地两中心”,用大量科学严密的试验攻克了一个又一个世界性难题。

  以高海拔试验基地为例,在基地建成之前,国际上对海拔2000米以上的输电技术研究尚缺乏系统全面的试验数据。高海拔试验基地的建立,为海拔4000米及以上输变电线路、设备外绝缘和电磁环境特性的研究提供了可能,填补了世界特高压高海拔试验研究的空白。

  正是在一大批科研专家、电力工作者的艰辛奋斗下,特高压输电技术在中国成为现实,一项项特高压工程崛起在华夏大地,也培育锻造出难能可贵的特高压精神:忠诚报国的负责精神、实事求是的科学精神、敢为人先的创新精神、百折不挠的奋斗精神和团结合作的集体主义精神。

征途漫漫,由中国书写的特高压传奇还在继续。

  党的十九大对我国能源转型与绿色发展作出重大决策部署,强调“推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。”“瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破”。

  “在成就面前要始终保持冷静清醒的头脑,创新的脚步不能停歇。”陈维江说,下一步我们将继续推进特高压输电技术研究,实现相关设备彻底国产化,不断提高其可靠性、经济性、环保性,建设更多符合实际需要的特高压工程,把特高压这张“金色名片”擦得更亮。(兰琳宗)

来源: 中央纪委国家监委网站