“寧電入湘”工程正式開(kāi)工！探索±800kv特高壓直流輸電換流閥國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用

6月11日，寧夏-湖南+800千伏特高壓直流輸電工程正式開(kāi)工建設(shè)，這是我國(guó)首條以輸送“沙戈荒”風(fēng)電和光伏大基地新能源為主的電力外送通道，是我國(guó)“西電東送”標(biāo)志性工程，項(xiàng)目建成后每年可向湖南輸送電量360-400億千瓦時(shí)，其中新能源輸送占比將達(dá)50%以上。此通道建成后，長(zhǎng)期以來(lái)困擾湖南的缺電問(wèn)題或?qū)⒌靡越鉀Q。

寧電入湘”工程途經(jīng)寧夏、甘肅、陜西、重慶、湖北、湖南等五省(區(qū)) 一市，線路全長(zhǎng)1634千米。工程配套電源裝機(jī)容量共計(jì)1764萬(wàn)千瓦，其中風(fēng)電400萬(wàn)千瓦、光伏發(fā)電900萬(wàn)千瓦。按年輸送電量360億至400億千瓦時(shí)計(jì)算，該工程將于2025年未建成投產(chǎn)。這條電力外送通道以及電網(wǎng)配套設(shè)施投資近400億元，再加上配套火電、新能源項(xiàng)目、儲(chǔ)能項(xiàng)目共投資約1000億元，同時(shí)帶動(dòng)1000億元的新能源上下游制造產(chǎn)業(yè)投入。

±800kv特高壓直流輸電換流閥關(guān)鍵技術(shù)

±800kv特高壓直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)的先進(jìn)輸電技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電力輸送的最主要技術(shù)手段。換流閥是實(shí)現(xiàn)電能交直流轉(zhuǎn)換的核心裝備，是直流工程的“心臟”，也是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性高端裝備。

換流閥研發(fā)設(shè)計(jì)集電力、高壓、均壓、整流、絕緣、電子、控制、冷卻等多種技術(shù)于一體，產(chǎn)品需要具有優(yōu)良的屏蔽性、整流轉(zhuǎn)換性、導(dǎo)電性、絕緣性、局部放電控制性、散熱性、抗壓性等性能，在直流特高壓主設(shè)備中，換流閥是技術(shù)含量最高、產(chǎn)品附加值最高的設(shè)備，在換流站中，其價(jià)值在設(shè)備總價(jià)值中的占比達(dá)到23%左右，但行業(yè)技術(shù)壁壘高，是制約我國(guó)“西電東送”戰(zhàn)略實(shí)施的瓶頸。

在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家973計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃和北京市重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過(guò)8年的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合科研攻關(guān)，系統(tǒng)地開(kāi)展了±800kv特高壓直流換流閥的自主化研制工作。主要包括以下4個(gè)方面：

■ 針對(duì)換流閥多物理場(chǎng)綜合調(diào)控問(wèn)題，建立了換流閥塔電、磁、熱、力多物理場(chǎng)耦合分析模型，發(fā)明了多跨混合構(gòu)架式閥模塊及其磁滯伸縮振動(dòng)抑制緩沖和冷卻管路迎流錐面電位鉗制技術(shù)，提出了雙列對(duì)稱式換流閥塔結(jié)構(gòu)。解決了±800kv/6250a換流過(guò)程帶來(lái)的閥塔局部放電、電磁振動(dòng)、溫升控制、位移約束難題，實(shí)現(xiàn)了特高壓大容量換流閥塔的自主設(shè)計(jì)。

■ 針對(duì)換流閥晶閘管串聯(lián)寬頻均衡問(wèn)題，建立了換流閥集成寬頻分析模型，發(fā)明了雜散電容調(diào)節(jié)控制、開(kāi)通暫態(tài)非線性參數(shù)配合和關(guān)斷恢復(fù)電壓過(guò)沖抑制技術(shù)。解決了換流閥3ka/s開(kāi)通浪涌電流和1200kv/s陡波沖擊電壓作用下，百余支晶閘管及其組件串聯(lián)電氣應(yīng)力均衡難題，全工況下電壓不均衡度小于5%。

■ 針對(duì)強(qiáng)電磁環(huán)境換流閥觸發(fā)與保護(hù)問(wèn)題，提出了序列脈沖雙冗余晶閘管觸發(fā)方法，發(fā)明了晶閘管過(guò)電壓閾值自適應(yīng)調(diào)節(jié)保護(hù)、前置模擬濾波寬頻域高精度電壓測(cè)量和復(fù)加時(shí)間窗標(biāo)識(shí)信息交互編解碼技術(shù)。解決了150ka/m脈沖磁場(chǎng)和100v/m吉赫茲高頻電磁環(huán)境下，換流閥的高電位可靠觸發(fā)、保護(hù)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)難題，觸發(fā)與保護(hù)誤動(dòng)率小于10-12。

■ 針對(duì)換流閥多應(yīng)力等效試驗(yàn)問(wèn)題，提出了宏觀運(yùn)行特征與微觀失效機(jī)理結(jié)合的試驗(yàn)等效分析方法，發(fā)明了多應(yīng)力源微秒級(jí)復(fù)合注入和分頻復(fù)用寬頻阻抗模擬技術(shù)，首次建立了換流閥試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系。解決了特高壓大電流換流閥的電壓(電流)及其變化率、熱等多應(yīng)力復(fù)合等效試驗(yàn)難題，開(kāi)發(fā)了具有80kv/60ka、450kv/10ka等13種復(fù)合運(yùn)行方式的換流閥試驗(yàn)平臺(tái)，參數(shù)和功能居世界首位。

我國(guó)首個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的a5000型±800kv換流閥，2012年在世界首條±800kv/7200mw錦屏至蘇南工程中示范應(yīng)用，并推廣應(yīng)用于哈密至鄭州等5條更大容量的特高壓直流工程。