《±800kV特高壓直流輸電關(guān)鍵成套技術(shù)裝備研制及產(chǎn)業(yè)化》獲中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)特等獎

文／機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 果巖／

2006年初，中國南方電網(wǎng)公司開工建設(shè)“云南—廣東”±800千伏特高壓直流輸電工程；2007年底，國家電網(wǎng)公司建設(shè)“向家壩—上海”±800千伏特高壓直流輸電工程。鑒于此，為滿足世界上首條±800kV直流輸電工程缺少輸變電主設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的急需，解決工程建設(shè)的實(shí)際需要，迫切需要我國開展特高壓直流關(guān)鍵設(shè)備規(guī)范，從標(biāo)準(zhǔn)層面做好對我國發(fā)展特高壓直流輸電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)支撐。

機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所承擔(dān)了國家科技部的國家“十一五”科技支撐計(jì)劃“特高壓輸變電系統(tǒng)開發(fā)與示范”課題22的任務(wù)，組織行業(yè)的科研和企業(yè)單位共同研制我國特高壓直流輸電用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，榮獲2011年度中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)特等獎。

此次獲獎的“±800kV特高壓直流輸電關(guān)鍵成套技術(shù)裝備研制及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目是在國家重大技術(shù)裝備支撐計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，以形成±800kV直流輸電設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)體系為研究目標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)施以我國在建±800kV直流輸電工程為基礎(chǔ)，以自主創(chuàng)新技術(shù)為手段，以推進(jìn)特高壓直流工程自主化設(shè)計(jì)、設(shè)備自主化制造能力為方向，解決我國特高壓直流設(shè)備規(guī)范化問題。

深入開展±800kV特高壓直流換流站關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，確定特高壓直流輸電系統(tǒng)對設(shè)備的要求，各設(shè)備主要性能參數(shù)，最終完成±800kV特高壓直流換流站關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)規(guī)范。具體包括：《±800kV直流輸電用油浸式換流變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》；《高壓直流輸電用干式空心平波電抗器》；《±800kV直流系統(tǒng)用金屬氧化物避雷器》；《±800kV直流系統(tǒng)用支柱絕緣子 第1部分：環(huán)氧玻璃纖維棒芯復(fù)合絕緣子》；《±800kV直流支柱復(fù)合絕緣子 第2部分：瓷質(zhì)芯體復(fù)合絕緣子》；《±800kV直流系統(tǒng)用穿墻套管》；《高壓直流輸電系統(tǒng)直流電壓測量裝置》；《高壓直流輸電系統(tǒng)直流電流測量裝置 第1部分 電子式直流電流測量裝置》；《高壓直流輸電系統(tǒng)直流電流測量裝置 第2部分 電磁式直流電流測量裝置》；《高壓直流輸電系統(tǒng)直流轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備》。

1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.1 研究內(nèi)容在世界上具有原始創(chuàng)新性和集成創(chuàng)新性，形成國內(nèi)外第一個±800kV直流輸電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系和特高壓直流設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

特高壓直流輸電標(biāo)準(zhǔn)體系要充分反映我國特高壓直流的研究成果。目前國際上還沒有建立完整的直流輸電標(biāo)準(zhǔn)體系，IEC、IEEE等國際組織也只在個別工作組有少量與直流輸電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足直流工程的需要。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立定位是建立我國±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)用主設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。體系研究對象是主設(shè)備及其系統(tǒng)中與主設(shè)備相關(guān)的因素，如工程對主設(shè)備的要求、環(huán)境對主設(shè)備的要求以及主設(shè)備間的相互關(guān)系等。

特高壓直流輸電主設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系除了滿足我國±800kV特高壓直流輸電工程的需要，保障特高壓直流輸電主設(shè)備的成功研發(fā)和可靠安裝使用外。作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系還應(yīng)考慮體系的通用性與普遍的適用性。

標(biāo)準(zhǔn)體系采用層次性結(jié)構(gòu)形式，體系的第一層次的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，包括術(shù)語、特高壓直流輸電系統(tǒng)性能、系統(tǒng)損耗、換流站噪聲四個方面的標(biāo)準(zhǔn)；體系的第二層次由試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)導(dǎo)則、設(shè)備成套導(dǎo)則、可靠性、環(huán)境要求以及設(shè)備交接共6個方面的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成；體系的第三層次，全部為主設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，共包括換流變、平波電抗器、換流閥、晶閘管、避雷器、套管、絕緣子、濾波器、控制與保護(hù)、直流斷路器、直流測量等十余個方面，由南網(wǎng)牽頭承擔(dān)的“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“特高壓輸變電系統(tǒng)開發(fā)與示范” 課題 22“±800kV直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范研究”中研究制定的11項(xiàng)主設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)研制項(xiàng)目都在這個層面中。

1.2 在國家標(biāo)準(zhǔn)制定中提出的如何綜合體現(xiàn)不同技術(shù)的解決方案，為我們今后在這一領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

依托我國在建的世界首條特高壓直流輸電工程，以我國自主研發(fā)技術(shù)為主，參考企業(yè)規(guī)范，完成的標(biāo)準(zhǔn)全部為我國自主制定，填補(bǔ)了國內(nèi)外該領(lǐng)域的空白。

我國首條特高壓直流輸電云-廣工程以及隨后開工的向-上工程，其系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備布局、要求不盡相同，實(shí)質(zhì)是兩種技術(shù)的體現(xiàn)。但著眼于直流輸電設(shè)備的自主設(shè)計(jì)與制造，國家層面的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是具有普遍指導(dǎo)意義的，而不僅僅針對某一項(xiàng)工程，相關(guān)政府部門、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)在參加本任務(wù)歷次會議中也曾多次提出這個問題。本標(biāo)準(zhǔn)的提出，根據(jù)國家特高壓直流輸電工程的實(shí)際情況，并兼顧今后的原則，具體采用了解決方案。

將目前在建工程的不同技術(shù)特點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄，提供標(biāo)準(zhǔn)使用者作為設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)的參考，對于能在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中涵蓋在建工程典型特點(diǎn)的，則直接體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)正文的條款中。

2 技術(shù)難度

2.1 融合不同技術(shù)體現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)對特高壓直流輸電的指導(dǎo)

我國首條特高壓直流輸電云-廣工程以及隨后開工的向-上工程，其系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備布局、要求不盡相同，實(shí)質(zhì)是兩種技術(shù)的體現(xiàn)。但著眼于直流輸電設(shè)備的自主設(shè)計(jì)與制造，作為國家層面的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是具有普遍指導(dǎo)意義的，而不僅僅針對某一項(xiàng)工程。本任務(wù)除了從國家標(biāo)準(zhǔn)工作組人員構(gòu)成上注意由系統(tǒng)、工程、制造、運(yùn)行、高校各方面專家組成。重點(diǎn)提出了國家標(biāo)準(zhǔn)要著眼目前，兼顧今后的原則，具體采用了兩個解決方案。一是將目前在建工程的不同技術(shù)特點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄，提供標(biāo)準(zhǔn)使用者作為設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)的參考，例如直流輸電用金屬氧化物避雷器、干式空心平波電抗器、穿墻套管、復(fù)合支柱絕緣子以及直流電壓測量裝置等6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都是在資料性附錄中采用工程A、工程B或者工程1、2等方式列出了云-廣、向-上工程的典型參數(shù)；二是對于能在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中涵蓋在建工程典型特點(diǎn)的，則直接體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)正文的條款中，例如我國已能自主設(shè)計(jì)制造并批量供貨的環(huán)氧玻璃纖維實(shí)心芯支柱復(fù)合絕緣子標(biāo)準(zhǔn)等。

2.2 國家標(biāo)準(zhǔn)如何與已建立的±500kV高壓直流輸電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系銜接，也是本任務(wù)的重點(diǎn)考慮之一。

考慮不同情況采取不同的技術(shù)方案。對于換流變、避雷器等標(biāo)準(zhǔn)，在通用要求和試驗(yàn)方面，可以采用已經(jīng)制定的±500kV相關(guān)設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)中的適用部分；而對于新研發(fā)的±800kV特高壓直流輸電工程用設(shè)備，在制定中同時考慮兼顧到500kV電壓等級，例如新制定的直流開關(guān)、穿墻套管等標(biāo)準(zhǔn)就是采取這個原則。使得本任務(wù)在搭建特高壓直流設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的同時，也完善了高壓直流輸電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系。

3 經(jīng)濟(jì)或社會效益

通過本項(xiàng)目的開展，做到有利于科研、設(shè)計(jì)和制造等部門掌握±800kV直流核心技術(shù)，全面提升國內(nèi)研究、設(shè)計(jì)和輸變電設(shè)備制造企業(yè)的制造水平，使國內(nèi)超高壓設(shè)備制造技術(shù)更加成熟，實(shí)現(xiàn)我國交、直流設(shè)備制造技術(shù)升級，發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，帶動我國電力科技水平再上一個新臺階，對于增強(qiáng)我國科技自主創(chuàng)新能力、占領(lǐng)世界電力科技制高點(diǎn)、提升我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)競爭力具有重大的意義。

提升了我國自主技術(shù)的研發(fā)成果，制定為國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物，例如環(huán)氧玻璃纖維實(shí)心芯體復(fù)合絕緣子國家標(biāo)準(zhǔn)，就是以南通神馬自主研制并批量供貨的特高壓直流輸電用環(huán)氧玻璃纖維實(shí)心芯體復(fù)合絕緣子技術(shù)為基礎(chǔ)制定的，干式空心平波電抗器則是以北京電力設(shè)備總廠、特變沈陽電工等企業(yè)研發(fā)并批量供貨為基礎(chǔ)制定的，在這部分標(biāo)準(zhǔn)中凝聚了我國自主技術(shù)的成果，同時制定的標(biāo)準(zhǔn)又反過來指導(dǎo)企業(yè)今后的設(shè)計(jì)與制造，由此帶來的示范作用突出。

據(jù)了解，2006年初，中國南方電網(wǎng)公司開工建設(shè)的云南—廣東±800千伏特高壓直流輸電工程，全長1373公里，額定電壓±800千伏，額定容量500萬千瓦，于2009年12月單極投產(chǎn)，2010年6月雙極投產(chǎn)，實(shí)際輸送功率達(dá)到500萬千瓦。2007年底，由國家電網(wǎng)公司建設(shè)的向家壩—上海±800千伏特高壓直流輸電工程，線路全長1907公里，工程額定電壓±800千伏，額定輸送功率640萬千瓦，于2010年7月份投入運(yùn)行。正在建設(shè)的錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程，全長約2100公里，額定輸送容量720萬千瓦，預(yù)計(jì)2012年投產(chǎn)。

據(jù)此，±800kV特高壓直流輸電關(guān)鍵成套技術(shù)裝備研制及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目是以我國正在實(shí)施的云-廣特高壓直流輸電工程為基礎(chǔ)，參考了世界首條云-廣特高壓直流輸電工程的部分企業(yè)規(guī)范，重點(diǎn)考慮我國在建的其他工程并兼顧今后工程的要求，制定的設(shè)計(jì)和設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這部分標(biāo)準(zhǔn)在制定中已經(jīng)體現(xiàn)了為工程之所用的作用，并直接指導(dǎo)了工程相關(guān)設(shè)計(jì)和設(shè)備的研發(fā)、制造以及試驗(yàn)，體現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。我國首次制定的特高壓直流輸電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系及標(biāo)準(zhǔn)，極大地提升了我國在國際標(biāo)準(zhǔn)化的話語權(quán)，其中部分標(biāo)準(zhǔn)會上升為國際標(biāo)準(zhǔn)提案，社會效益顯著。