我國5000A特高壓直流換流閥研制成功

我國煤炭資源近80%集中在西部、北部地區，而約75%的煤電裝機分布在東中部，大規模、遠距離向東中部輸煤在運、儲環(huán)節會(huì )造成嚴重的大氣污染。特高壓直流輸電正是滿(mǎn)足我國超大容量、超遠距離輸電，實(shí)施西電東送戰略的重大技術(shù)，能有效解決清潔能源并網(wǎng)，減少大氣污染，帶動(dòng)基建、電力裝備等產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)，是保增長(cháng)、調結構、促消費、治霧霾的重要舉措。
　　
　　特高壓換流閥作為特高壓直流輸電的核心裝備，是交直流電能轉換的核心單元，多組換流閥按照程序觸發(fā)可實(shí)現換流器電壓、電流及功率的控制與調節。本項目屬于電氣工程科學(xué)領(lǐng)域，涉及電力電子、電力系統、輸配電工程、自動(dòng)控制等十多個(gè)專(zhuān)業(yè)，技術(shù)難度巨大。立項前只有±600kV及以下直流輸電工程，核心技術(shù)被三大跨國公司壟斷，±800kV特高壓直流工程尚處于前期論證階段。
　　
　　項目依托科技支撐計劃、國家973課題、北京市以及國家電網(wǎng)公司等十余個(gè)重大科研項目，中電普瑞電力工程有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“普瑞工程公司”)歷時(shí)十年產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，解決了理論研究和研發(fā)手段開(kāi)發(fā)、設備研制、試驗方法研究、標準規范制訂、工程實(shí)施及推廣應用等系列關(guān)鍵問(wèn)題，打破了跨國公司四十多年的技術(shù)壟斷，特高壓換流閥核心參數達到世界領(lǐng)先水平。
　　
　　項目創(chuàng )新點(diǎn)

普瑞工程公司主研成功世界首個(gè)±800kV/4750A特高壓換流閥。項目在寬頻建模及分布參數提取、非線(xiàn)性組件協(xié)調配合、多物理場(chǎng)建模及數值分析、晶閘管規?；山M電氣均衡設計、智能化觸發(fā)監控以及多源復合試驗技術(shù)等方面取得了系列自主創(chuàng )新成果。項目成果主要技術(shù)指標居世界第一：額定電流5000A，過(guò)負荷電流6000A，耐受故障電流60kA。2010年8月15日，國家能源局主持的成果鑒定認為“±800kV/4750A特高壓直流換流閥產(chǎn)品總體技術(shù)性能達到國際先進(jìn)水平，核心部件整體技術(shù)指標處于國際領(lǐng)先地位”。當年普瑞工程公司自主知識產(chǎn)權換流閥裝備被正式命名為A5000型換流閥。經(jīng)過(guò)近5年工程歷練和技術(shù)迭代，2015年3月11日，由中國電機工程學(xué)會(huì )主持的“±800kV/5000A特高壓直流換流閥關(guān)鍵技術(shù)研究、產(chǎn)品研制及工程應用”技術(shù)成果鑒定會(huì )上，以周孝信等六位院士組成的15人鑒定委員會(huì )一致認為：“±800kV/5000A特高壓直流換流閥關(guān)鍵技術(shù)研究、產(chǎn)品研制及工程應用的研究成果，打破了跨國公司的技術(shù)壟斷，全面提升了我國直流輸電換流閥自主設計和研發(fā)水平，研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權的高可靠性特高壓大容量直流換流閥，其綜合技術(shù)水平國際領(lǐng)先。”
　　
　　1.解決了晶閘管規?；山M電氣均衡、高電位分布熱源冷卻、多點(diǎn)懸吊大型閥塔結構抗震等難題，首次研制了混合復用無(wú)局放一體化電阻、分體式飽和電抗器和環(huán)保阻燃絕緣槽梁等系列關(guān)鍵零部件。
　　
　　2.提出了換流閥分布參數提取方法和強非線(xiàn)性數值仿真方法，建立了換流閥多物理場(chǎng)模型和電磁暫態(tài)仿真模型，解決了換流閥寬頻暫穩態(tài)應力精確數學(xué)解析難題。
　　
　　3.提出了多級高電位復合取能和保護閥值自適應調節方法，構建了雙冗余控制系統架構，實(shí)現了強電磁干擾下多信息量測控與故障診斷，首次實(shí)現了換相失敗的智能化預測，研制了智能化換流閥觸發(fā)監控系統。
　　
　　4.提出多源復合運行試驗方法和分頻復用網(wǎng)絡(luò )絕緣試驗方法，解決了高電壓、大電流及強熱場(chǎng)聯(lián)合作用下的換流閥微秒級開(kāi)通和關(guān)斷應力等效的難題，研制了國內首個(gè)特高壓換流閥成套型式試驗裝置，改變了漂洋過(guò)海試驗的歷史。
　　
　　5.自主研制的換流閥在世界首個(gè)7200MW錦屏—蘇南、首個(gè)8000MW哈密南—鄭州±800kV直流工程中應用，制訂了換流閥主設備、工程設計、試驗、調試及運維規程和規范。
　　
　　項目受理專(zhuān)利285項，其中授權發(fā)明專(zhuān)利69項(含國際6項)，發(fā)表論文52篇，制訂國家標準5項，國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準1項。
　　
　　工程應用及效益歷時(shí)10年，普瑞工程公司完成了特高壓換流閥基礎理論、關(guān)鍵技術(shù)、設備研制、試驗方法和技術(shù)標準等研究工作，掌握了特高壓換流閥的核心技術(shù)，實(shí)現了自主化特高壓換流閥技術(shù)的工程應用及推廣。
　　
　　項目研究成果投入市場(chǎng)后，成功應用于世界首個(gè)7200MW錦屏—蘇南和8000MW哈密南—鄭州、溪洛渡—浙西直流工程，正在8000MW靈州—紹興直流工程中推廣。
　　
　　2012年7月12日，A5000型換流閥一次性無(wú)故障通過(guò)系統試驗，實(shí)現“零”異常報文，在錦屏—蘇南特高壓直流輸電工程中正式投運，實(shí)現年輸電容量630億千瓦時(shí)。兩年來(lái)，自主知識產(chǎn)權換流閥運行狀態(tài)良好，與一同投運的其他技術(shù)路線(xiàn)比較，是唯一未發(fā)生非計劃事故停運的產(chǎn)品，投運當年即解決了蘇州十年來(lái)限電的困局，每年可減少煙塵、二氧化硫排放30多萬(wàn)噸。
　　
　　哈密南—鄭州特高壓直流工程已于2014年1月成功投運，成為連接西部邊疆與中原地區的“電力絲綢之路”，促進(jìn)了我國能源基地的開(kāi)發(fā)利用，緩解了中東部地區的缺電局面。溪洛渡—浙西特高壓直流工程也順利于2014年7月雙極投運。它是連接我國西南水電基地和東部負荷中心的能源大通道，建成后每年可向浙江地區輸送清潔水電約400億千瓦時(shí)，相當于節省標煤1228萬(wàn)噸，減排二氧化碳超過(guò)3400萬(wàn)噸，是國家實(shí)施“西電東送”戰略的重點(diǎn)工程。
　　
　　憑借出色的產(chǎn)品性能與工程實(shí)施能力，2014年12月，普瑞工程公司成功中標靈州—紹興±800kV特高壓直流輸電工程靈州站全部換流閥及閥控、水冷系統設備供貨。以高端裝備工程推廣應用落實(shí)國務(wù)院大氣污染防治行動(dòng)計劃，促進(jìn)西電東送，優(yōu)化電網(wǎng)結構，提高供電安全可靠。
　　
　　此外，依托本項目成果“特高壓換流閥成套型式試驗能力”，首次在歐洲大陸以外完成直流換流閥型式試驗，復合運行試驗裝置最高電壓80kV、最大電流7500A，直流耐壓試驗裝置最高電壓2400kV。已先后為三滬Ⅱ回，±660kV寧東至山東，以及±800kV錦屏—蘇南、哈密南—鄭州、溪洛渡—浙西等8項重大直流工程換流閥提供了型式試驗服務(wù)，包含了國內外全部4種技術(shù)路線(xiàn)，結束了我國直流換流閥“國內組裝，國外試驗”的歷史，提高了工程建設效率，縮短了建設周期，節約了數億的外匯支出。
　　
　　普瑞工程公司研發(fā)的自主知識產(chǎn)權A5000型特高壓換流閥產(chǎn)品因突出的技術(shù)和成本優(yōu)勢，在國內市場(chǎng)的占有率正穩步提高，四年來(lái)累計實(shí)現銷(xiāo)售收入近20億元。隨著(zhù)西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)的全面實(shí)施，特高壓換流閥有著(zhù)更加廣闊的市場(chǎng)應用前景。