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第十六届南网国际技术论坛:自主,让电网更坚强(图文)

  2019-12-06

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  滇西北特高压直流工程受端东方换流站阀厅设备。李品 摄

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  南方电网主网发展重要节点


  如果把电网比喻成一棵枝繁叶茂的大树,那么配电网是分散在各处的细小枝叶,主电网则是强大的枝干骨架。没有骨架的支撑,大树存活不了。为坚强的主网架提供强大科技支撑,是为电网科技之骨。


  对于南方电网公司而言,落实西电东送战略,在南方五省区建成“八条交流、十条直流”输电大通道构成了主网架最重要的部分。其中,直流输电更是大放异彩:“特高压±800千伏直流输电工程”项目成果荣获2017年度国家科技进步奖特等奖,应用柔性直流技术在建乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(以下简称“昆柳龙直流工程”)创造多项世界第一……南方电网在特高压输电领域处于世界领先地位,直流输电已经成为中国的国际名片,南网人一直在科技创新的路上。


  从追逐到超越,直流输电技术引领世界


  1998年,天生桥至广州±500千伏直流输电工程开工建设,这也是南方电网首条500千伏直流线路。工程由德国西门子公司总承包,所有的技术、设备都由他们安排。南方电网员工们就像是学生,下班在穷乡僻壤的天生桥换流站里自学,西门子给的全英文技术资料,成千上万页,每个人就分几百页,对着辞典一行行翻译成中文看;上班,则跟着德国的技术专家,看他们怎么安装调试,听他们讲解系统知识。然而,当工程通电调试时,德方项目经理要求无关人员离场。虽然最后经过协调,中方工作人员仍然留在了现场。


  翻阅发黄的历史资料,类似的案例屡见不鲜。中国电力人意识到,天下没有免费的午餐。真正的核心技术是从别人那里看不到、学不来的。只有独立自主,研发出属于自己的核心技术才能拥有话语权。


  后来,依托一系列的工程建设,南方电网公司逐渐提升工程的国产化水平。而到了规划设计±800千伏特高压直流工程时,以中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧为代表的团队成员信念坚定。“不能因为国外没有,我们就不能搞、不敢搞。”李立浧说,要通过自主创新,把特高压技术做成。


  功夫不负有心人。2009年底,±800千伏云南至广东特高压直流输电示范工程调试完成,单极投运。这是世界首个特高压直流输电工程。南方电网人创造了世界第一,实现了从追赶者到超越者角色的转变。


  此后,南方电网公司又先后建成两条±800千伏特高压直流输电工程。无论是建设过程中的系统成套设计与建设,还是建成后不断积累运行维护经验,南方电网人都抢占了世界直流输电技术的制高点,我国直流输电技术开始引领世界。


  解决大电网安全稳定运行难题


  “随着输电容量越来越大,交直流混合的南方电网越来越复杂,对于其安全稳定运行的要求也越来越高。”南方电网公司系统运行部高级技术专家苏寅生认为,尤其当特高压直流项目并网运行后,实现电能低损耗、高容量传输,一旦出现故障,输电功率瞬间转移将给大电网造成极大风险,“网是连起来的,电流这条路走不通了,瞬间涌到其他的路上,搞不好就堵车甚至瘫痪了。”


  对此,南方电网公司谋划建设了背靠背异步联网工程,将云南电网与南方电网主网“实施隔离”。这也是世界上首次采用大容量柔性直流与常规直流组合模式的背靠背工程。柔性直流较常规直流更加灵活的特点,保证了大规模送电的云南端电网发生故障时,不影响南方电网主网架的安全稳定运行。


  跨省域的大电网风险能解,城市电网的风险同样能解。广州电网是世界上最难以驾驭的特大型复杂区域电网之一,如何有效解决大容量短路电流的开断问题,就成为考验大电网安全稳定运行的关键命题。


  为此,广州供电局与华中科技大学、西安西电变压器公司、西安高压电器研究院组成的联合研发团队,提出了一种基于高耦合度分裂电抗器的断路器并联技术,极大地提升了大容量短路电流的开断能力,不但能够满足现阶段系统发展与设备开断能力的需求,更重要的是给电网规划与电网风险应对提供了强大的技术支持。项目研发出国内首套252千伏80千安大电流开断装置已顺利通过性能验证试验。在保障电网安全稳定运行方面,广州供电局又向国际先进技术迈进了一步。


  祸患常积于忽微。很多风险常常隐藏在设备中,难以察觉,等到发现为时已晚。这也需要创新技术手段发现隐患。


  充有六氟化硫气体的特高压套管、GIS设备等,会发生因过热故障造成损坏,但由于设备是密封的,检查诊断起来很麻烦。广东电网电科院的研究员们创新了方式方法,突破了诊断技术瓶颈。


  “我们提取设备内六氟化硫气体,做化学成分分析,终于找到了造成设备损坏的原因。”广东电网电科院环化所主管唐念说,原本纯净的六氟化硫能起到很好的绝缘作用,但长期运行之下产生硫化氢、羰基硫等其他气体,这就是设备损坏的元凶。


  新的诊断技术应用在500千伏及以上电压等级工程,近五年成功预警了重大缺陷15起,南方电网超高压、特高压套管再未发生故障。


  “卡脖子”了,大家一起想办法


  有成绩有突破,但在关键装备技术上也遭遇了一些“卡脖子”难题。超高压公司科技创新中心副主任吕金壮2004年入职南方电网公司,参与过包括已建成3条特高压在内的多条西电东送直流输电大通道建设。从他的经验看来,“卡脖子”最为典型的设备有分接开关、穿墙套管等。


  据吕金壮回忆,安装在换流变压器的分接开关传统采用油浸式技术。±800千伏云南至广东特高压直流输电示范工程建设时,德国企业生产出真空式开关。不少业内人士认为,这是开关技术的巨大进步,代表着未来发展方向,“传统开关很笨重,而且长期使用油会产生杂质;新型开关就不存在这些问题,运行维护方便。”


  然而,新型开关实验过程出现了系列问题,比如电压过大、电阻发热等情况,甚至爆炸。“我们跟厂家一道,选择不同的开关元器件,反复修改试验参数,最终解决了这个问题。”吕金壮说。


  此后,南方电网公司建设的特高压工程均采用新型开关。虽然成品仍不完美,但每一次工程实践应用,对产品质量都是一次提升。


  目前,南方电网公司正在建设昆柳龙直流工程,建成后将创造多项世界第一的工程,目前已在进行一系列的核心技术攻关。


  由于工程是将常规直流和柔性直流技术混合应用在一起的特高压工程,电抗器选型有特殊要求,必须采用桥臂电抗器。在设备研发过程中,作为业主方的南方电网公司与厂家特变电工沈阳变压器集团有限公司(简称“沈变集团”)协同合作。


  “国内早期的电网工程,电抗器都是进口国外的,国内生产不了。业主把当时试错教训都跟我们讲,避免我们生产时再走弯路。”沈变集团设计部工作人员刘均菲很感激南方电网公司。目前,生产出的电抗器已通过全性能试验,准备出厂发往惠州龙门换流站。


  在南方电网公司的科技蓝图中,大电网安全稳定运行、直流输电、大规模新威尼斯人接入、大规模储能等成为关键领域和技术方向,而继续“开放搞科研”也是必不可少的。


  “未来我们会继续对外开放国家、省部级重点实验室,对内共享实验室资源。推进创新联合体、项目开发团队、行业领先的科学实验室和研发中心建设,加强行业共性技术问题的应用研究。”南方电网公司创新管理部总经理唐广学表示,在行业之间联合外,南方电网公司还通过与政府部门共同设立威尼斯人科技创新联合基金、创新创业投资基金,引导社会创新力量共同参与面向国家、行业、公司战略需求的关键核心技术攻关,继续在技术创新的道路上大步向前。


  南网传媒全媒体记者 帅泉 通讯员 黄语嫣 李品 周慧 朱盈


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  气体检测新技术给设备“诊病”


  电能从发电厂“出生”后,需要穿越崇山峻岭,途经大大小小的高压换流站和变电站,历经层层降压后,才能到达千家万户带来光明。在长距离的“旅途”中,为保障电能稳定运输,针对交直流高压电网的关键枢纽设备——充有六氟化硫的电气设备在线监测手段与缺陷预警技术必不可少。


  特高压套管属于特高压六氟化硫电气设备其中一类,它在整个直流输电工程中处于“咽喉”位置,重要性极强,但实现实时监测预警并不是那么容易。由于环境因素制约,特高压套管常位于极高的位置,且是全封闭结构,当固体绝缘出现放电、过热等缺陷时,难以直观清晰地了解其运行状态,状态诊断极其困难。


  常规监测方法是在高压设备停电检修期间进行检查,频率约为一年一次。但由于时间间隔长,难免出现突发故障情况,造成严重的设备和经济损失。研发六氟化硫在线监测与缺陷早期预警技术,成为广东电网电科院环化所亟需解决的大难题。


  问题摆上台面后,寻找答案足足用了5年的时间。早在2013年,环化所主管唐念牵头成立研发小组,攻克交流设备固体绝缘缺陷诊断难题。在不停电的基础上,抽取特高压套管内六氟化硫气体,分析其衍生物与套管故障程度的关联性。


  长期的分析有了大发现。六氟化硫气体在充入时是100%的纯度,但却检测出二硫化碳、羰基硫和硫化氢三种气体,“三种气体出现的预警程度依次递增,如果硫化氢出现,则代表绝缘套管出现严重问题,必须停电处理,其余两种保持观察即可。”唐念骄傲地说,“我们的发现在业内是空前的,通过直流电压下六氟化硫衍生物的变化规律,判断特高压套管的放电严重程度以及载流结构过热缺陷,这种识别方法能够起到精确的预警效果,也是高压套管实现在线监测的核心原理之一。”


  最难的核心技术已打开,结合仪器投入应用就水到渠成了。2017年,小组研发的六氟化硫特征衍生物新型监测仪器和在线监测装置的相继问世,实现了特高压套管实时监测、缺陷预警“一条龙服务”。次年,监测预警系统已大规模运用于±800千伏云广直流、±500千伏天广直流等重点工程的套管监测中,使用至今已经成功预警放电和过热重大缺陷15起,高压套管再未突发故障。


  在此基础上,广东电网电科院还研制出六氟化硫无损在线监测装置,实现了系统远程操作、随时检测。装置常用于220千伏及以下电压等级变电站,采用“呼吸式”采样方法,通过设备排气口电磁阀“吸”一部分六氟化硫进装置中,分析完毕后再“呼”回GIS设备内部,在保证精度的基础上可同时分析七八套电气设备,极大地提升了设备检测效率。


  项目成果鉴定专家组给出如此评价:为六氟化硫电气设备潜伏性缺陷诊断、状态评估和可靠运行提供了新的有效手段,形成了集理论、技术、装置于一体的系列成果,经济效益和社会效益显着,对高电压设备状态监测行业发展起了重要推动作用,总体处于国际领先水平。目前,成果产品销往广东、江苏等省,是唯一推广的六氟化硫在线监测产品。


  探索脚步永不停歇。在解决了绝缘套管监测问题后,唐念和他的团队又把研究方向转向了六氟化硫替代物上。据唐念介绍,虽然六氟化硫是目前已发现最适用于电力行业的气体,但强绝缘性的它具有强温室性,其温室效应是二氧化碳的2.2万倍,对环境造成较大污染,在提倡环保的形势下,寻找其替代物成为电力行业当下和未来需要思考的问题。(黄语嫣)


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来源:南方电网报

 

标签:南网,国际技术论坛,自主,电网坚强

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