天津经纬正能电气设备有限公司在特高压电力装备领域关键技术、设计方法、制造水平、试验能力等多方面位居国际同类产品领先地位,成为我国特高压电力装备的骨干企业,该公司的干式平波电抗器成功应用于目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最高的吉昌—古泉±1100kV特高压直流输电工程。±1100kV特高压直流输电技术,大幅提高了电网配置资源能力,拓宽了电网配置资源范围,在构建全球能源互联网进程中起到积极作用。

随着近年来我国电网设备企业自主研发能力的大幅提高,对自主知识产权也越来越重视,加上我国明显的成本优势,外资企业在高端市场的竞争优势正在逐渐减弱。在巨大的特高压建设市场机遇中,我国企业的生产能力和技术水平能否有出色表现,满足特高压需求?
我国电网投资目前的重点是满足西部电源产品的东送及区域性电网互联的要求,其受益最大的是骨干输电网架建设与区域电网之间的联网建设,特别是由百万伏级交流和±800千伏级直流构成的特高压骨干网架成为重点。特高压电网具备超远距离大容量、低损耗的送电特点,一条特高压线路输电容量是目前500千伏高压线路的5倍速,一条特高压输电线路能够输送600万kV电力,等于运输了1800万吨煤炭。同时能优化资源、能源的配置,为西部水电、煤电的电力外送提供有效低耗的途径。
特高压的开建,给电网设备制造商带来良好机遇,但对所需设备的技术要求甚高,对制造商将是一次严格的“会考”。国家已将特高压电网确定为装备制造业技术提升和自主创新的依托工程,为了扶持国内企业,国家发改委明确表示:特高压设备全面实现自主研发、国内生产,其上网包括变压器、可控电抗器、开关设备、套管、输电线路、晶匣管、换流变等一次设备,以及继电保护、电网自动化等二次设备。目前部分企业的业绩不凡。
变压器制造能力:三大变压器厂家特变、西变、保变均已拥有电压百万伏、容量百万千伏安的试验室和生产车间,在电场计算、波过程计算、漏磁场计算、端部出线设计等方面都具备了成熟的技术,完全具有特高压变压器的设计与制造能力。另外,结合变压器的研究,三大厂家在可控电抗器方面也达到了1000千伏级固定式并联电抗器的生产能力,这无疑为下一步开发1000千伏可控电抗器打下坚实的基础。开关制造能力:从总体上看,我国特高压GIS起步较晚,需要通过引进技术和合作提高产品的竞争力。目前我国三大开关企业平高、西开、沈高已具备自主开发特高压AIS的能力,平高特高压瓷柱式断路器开始进入样机试验阶段,西开成功研制750千伏双断口式断路器及500千伏单断口式断路器,且正在研制更高级别的产品。在GIS方面,沈高的优势较为明显。
继电器制造能力:特高压继电保护装置目前仍由南瑞、许继及北京三家所垄断,其中以许继的竞争能力最强,其完全自主开发研制的800千伏直流输电保护在国内企业中竞争优势明显。
输电线路零件制造能力:我国在输电线路的特高压导地线、铁塔、绝缘子等各个零件领域,已经具备国产化能力,并拥有众多潜在供货商。世界上最高的输电线路铁塔落户我国江阴市,346.5米的世界第一高度证明了我国铁塔制造技术已经达到国际最高水平。
我们有理由相信,我国优秀的电网设备制造企业都将在特高压的“会考”中交出好卷,迎来空前高速发展。

攻克诸多科研难题

  天津经纬正能电气设备有限公司自主研制的±1100kV特高压干式平波电抗器,日前顺利通过专家鉴定。参与鉴定的专家通过资料审查、认真讨论,一致认为,该产品技术指标先进,综合性能达到国际领先水平,是国内特高压装备领域的一次新突破。

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我国已建成12条特高压直流输电工程,输送总容量9360万千瓦,年输送电量中清洁能源占比超过80%,相当于每年减少东中部地区煤炭消耗1.7亿吨,减少二氧化碳排放4.5亿吨。工程为推动我国西部资源优势转化为经济优势,推进能源革命奠定了坚实基础。

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掌握技术主导权

通过示范工程,项目创造了7项世界第一,获得114项发明专利,确立了我国在世界特高压直流领域的引领地位。舒印彪说。

超大容量特高压直流输电工程规模庞大,需要研究掌握设计、设备、施工、调试、运行、维护全套技术,实现安全性、可靠性、经济性的有机统一。项目依托研究成果,全面攻克了系统集成难题,建成世界上电压最高、容量最大的直流输电工程并稳定运行多回。

相对交流而言,直流具有容量大、占地少、损耗低等显著特点,研发直流工程,具有巨大的经济效益和社会效益。李立浧介绍,项目通过160多家单位联合攻关,攻克了设备研制、系统控制等一系列难题,研发了13大类73种主要电气设备,实现了从中国创造到中国引领,为全球能源互联提供了中国方案。

特高压800千伏直流输电工程第三完成人、国家电网公司董事长舒印彪告诉经济日报记者,我国80%以上的能源分布在西部和北部地区,70%以上的电力消费集中在东部和中部,西电东送战略将输电距离由1000公里延伸至2000公里以上,需要建设大容量、高效率、远距离的输电系统。数据显示,当输电距离大于800公里时,采用直流输电更加经济。但是原有的500kV直流输电技术占地大、损耗高。

我国能源资源和生产力分布不均衡,实施西电东送战略,加快开发并应用输电容量大、损耗小、适合远距离大容量输电的直流特高压输电技术,提高我国输变电技术的自主创新能力十分必要。近日,2017年度国家科学技术进步奖特等奖授予特高压800kV直流输电工程,以表彰该项目在支撑国家重大战略上作出的突出贡献。

我国曾经采用的500千伏直流输电技术要从国外引进,遇到了各种技术壁垒。从引进到消化吸收,再到创新引领,我国在特高压领域终于实现主导权

以外绝缘技术为例,由南方电网公司负责建设的云广特高压跨越滇、桂、粤三省,线路长度1400多公里,超长距离面临高海拔、重覆冰等复杂环境,常规的绝缘材料无法满足特高压直流的安全运行要求。

舒印彪表示,基于特高压直流工程,我国主导编制并发布了相关国际标准6项,建立了世界上首个特高压直流全套技术标准体系。目前,特高压800kV直流技术已经成为国际能源电力发展的重要方向。

2017年度国家科学技术进步奖特等奖特高压800kV直流输电工程项目攻克了特高压直流外绝缘、过电压、电磁环境、系统控制等一系列世界性难题,创造了7项世界第一,获得114项发明专利,构建起完整的特高压直流输电技术体系,确立了我国在世界特高压直流领域的引领地位

我国已建成12条特高压直流输电工程,年输送电量中清洁能源占比超过80%,为推动我国西部资源优势转化为经济优势,推进能源革命奠定了坚实基础

特高压800千伏直流输电工程第一完成人、南方电网公司专家委主任李立浧介绍,我国曾经采用的500千伏直流输电工程技术需要从国外引进,在实践过程中遇到了各种技术壁垒,因此决定要研究突破800千伏直流输电技术,实现我国在这个领域的真正主导权。

我国能源资源与负荷需求呈逆向分布格局,西部大型清洁能源基地与东部负荷中心相距1000至3000公里。特高压直流输电技术的突破,能够大幅提高电网远距离、大规模输电能力,使西部清洁能源的集约高效开发和大范围配置消纳成为可能,对保障能源安全、促进绿色发展、推动东西部地区协调发展,具有重要意义。

我们在研究这项技术的必要性时,首先瞄准国家的重大需求。舒印彪表示,经过共同努力,项目取得了一系列成果,对一带一路建设、构建清洁高效的能源体系等国家重大战略起到了重要支撑。

特高压直流成套设备还显著提升了我国电工装备制造的自主创新能力和国际竞争力。依托成熟的特高压直流输电技术,国家电网公司成功中标巴西美丽山水电站特高压直流送出一期、二期两个项目,实现了我国特高压输电技术、标准、装备、工程总承包和运行管理全产业链、全价值链走出去,实现了350亿美元的经济效益。

项目攻克了设备研制、系统控制等一系列难题,研发了13大类73种主要电气设备,并构建了国际领先的特高压直流试验技术体系和试验研究平台

项目首创6英寸晶闸管径向变掺杂制造工艺,攻克短路阻抗和运输尺寸约束下的设备复合电场计算、漏磁、温升和噪声控制等技术难题,首次成功研制世界上通流能力最大的换流阀,电压最高、容量最大的换流变压器,平波电抗器等特高压直流成套设备。

特高压复杂运行环境准确模拟难度大,对特高压和高海拔两个苛刻条件约束的试验装置和方法提出更高要求,国内外原有试验场均不能满足要求。项目构建了完备的特高压直流试验技术体系,建立了国际领先的试验研究平台,建成了世界上试验电压最高的国家工程实验室、世界上海拔最高的西藏高海拔试验基地和世界上最先进的电力系统仿真中心。

特高压直流输电线路工程扎鲁特换流站。

特高压800kV直流输电技术是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的输电技术,是解决我国能源与电力负荷逆向分布问题、实施国家西电东送战略的核心技术。

每一次电压等级的升高,都是特高压领域技术零的突破。从引进到消化吸收,再到创新引领,中国在特高压领域已完全摆脱西方的技术封锁,掌握了话语权。李立浧说。

如果说500kV直流输电是电力高速公路,那么特高压就是电力高铁。项目研发之初,国内最高电压等级为500kV,要从500kV提高到800kV,没有现成的设备、工程经验和技术标准可循,甚至国内都没有相应的试验条件,只能靠自主研发,迎接技术挑战。

瞄准国家重大需求

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