紹興換流站交流場、交流濾波器場低壓電抗、電阻、電容元件，布局整齊緊湊，節(jié)省了大量空間。王旋 攝
目前，±800千伏靈州—紹興特高壓直流輸電工程即將投運，由國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術研究院（簡稱“國網(wǎng)經(jīng)研院”）負責的特高壓直流工程成套設計取得突破，進一步確立了我國在特高壓直流工程輸電技術方面的引領地位。通過國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設計咨詢中心設計團隊的努力，該工程成套設計在無功補償與控制策略、接入750千伏系統(tǒng)、交流濾波器結構設計、不同技術路線設備之間的接口、首次接入交流750千伏的直流800千伏閥廳設計等方面取得了實質(zhì)性突破，大大提高了工程國產(chǎn)化率，提升了我國輸變電制造業(yè)自主創(chuàng)新能力。
5月4日，位于浙江諸暨市次塢鎮(zhèn)的±800千伏靈州—紹興特高壓直流輸電工程紹興換流站內(nèi)一派繁忙景象，工作人員有條不紊地對各項電力設施進行最后的調(diào)試。在調(diào)試現(xiàn)場，來自國網(wǎng)經(jīng)研院直流設計咨詢中心設備處的工作人員季一鳴告訴記者，為了保障工程調(diào)試的順利進行，她已經(jīng)在現(xiàn)場參加聯(lián)合調(diào)試兩周，此次雙極低端換流器順利啟動，標志著紹興換流站雙極低端系統(tǒng)帶電調(diào)試正式開始，工程具備接收電能條件。
據(jù)了解，作為我國“加快推進大氣污染防治行動計劃12條重點輸電通道”之一，±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程將有效承接西北風電和太陽能等新能源，每年減排二氧化碳4375萬噸，每年減排二氧化硫18.5萬噸，在全國范圍內(nèi)能源資源優(yōu)化配置、節(jié)能減排和霧霾治理中發(fā)揮重要作用。該工程采用了1250平方毫米世界較大截面導線，每千公里的輸電損耗僅為2.79%，建成后將是世界上單位輸電距離損耗最低的直流輸電工程之一。
作為國家電網(wǎng)公司直流特高壓輸電工程的技術支撐部門，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術咨詢中心負責梳理總結常規(guī)直流工程及已投運特高壓直流工程成套設計的經(jīng)驗和運行成果，負責落實“國家電網(wǎng)公司防止直流換流站單、雙極強迫停運21項反事故措施”。目前，±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程即將順利投運，是國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設計團隊創(chuàng)新成果的匯聚。
標準化設計與可靠性并行
成套設計是特高壓直流示范工程設計建設的關鍵環(huán)節(jié)，是直流關鍵技術和核心成果的集成，是工程的總體技術方案，是實現(xiàn)直流工程整體功能的技術基礎。該工程目前的技術水平究竟如何，它的直接效益體現(xiàn)在何處？
“±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程作為第一條接入交流750千伏的±800千伏直流成套設計項目，雙極額定輸送功率800萬千瓦，輸電距離1720千米，工程靜態(tài)投資211億元，同比這么長距離大功率的采用交流500千伏系統(tǒng)輸電，投資更省，線路走廊占用更少?！眹W(wǎng)經(jīng)研院直流成套設計咨詢中心主任陳東介紹說。
在接到國家電網(wǎng)公司的任務后，國網(wǎng)經(jīng)研院立即組織精兵強將，針對工程首次實現(xiàn)特高壓直流接入750千伏交流的技術開展重點研究，全面開展特高壓直流工程成套設計，確保工程可靠性、經(jīng)濟性和建設進度。
經(jīng)過幾個月的努力，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術咨詢中心形成成套設計研究報告28冊，其中，包括：《主回路參數(shù)設計》、《過電壓與絕緣配合研究》、《無功功率補償與控制研究》、《交流濾波器定值研究》、《交流濾波器分組容量優(yōu)化研究》、《直流控制保護系統(tǒng)設計》等關鍵技術報告和成套設計書5冊。同時，完成靈州站和紹興站主設備技術規(guī)范共47冊，包括：《換流閥設備技術規(guī)范》、《換流變壓器設備技術規(guī)范》、《平波電抗器設備技術規(guī)范》、《直流開關設備技術規(guī)范》等，聯(lián)調(diào)試驗報告6冊，為工程主設備采購提供詳細的技術支撐。
國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心作為國內(nèi)首個采用全3D技術完成直流換流站設計的負責單位，多項設計成果均為國內(nèi)首創(chuàng)。此次，該工程閥廳設計作為首次接入交流750千伏的直流換流站800千伏閥廳設計，既是目前國內(nèi)第一個，目前世界上首個，也是由國網(wǎng)經(jīng)研院獨立完成的。
此外，國網(wǎng)經(jīng)研院還負責該工程的控制保護聯(lián)調(diào)實驗，即：在工程用的控制保護設備運至現(xiàn)場前，預先在實驗室通過搭建好的閉環(huán)實時數(shù)字仿真系統(tǒng)進行一系列試驗，以測試控制保護系統(tǒng)的功能、性能及與其他二次系統(tǒng)的接口。國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心共負責完成該工程控制保護聯(lián)調(diào)實驗1422項，發(fā)現(xiàn)并消除重要技術問題22個。這對于保障工程順利推進，提高直流工程運行可靠性具有重要意義。
設計過程中，國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心嚴格落實國家電網(wǎng)公司防止直流換流站單、雙極強迫停運21項反事故措施和國家電網(wǎng)公司18項電網(wǎng)重大反事故措施，分析總結±800千伏哈密—鄭州工程、±800千伏溪洛渡左岸—浙江金華工程的調(diào)試經(jīng)驗，并及時在成套設計和技術規(guī)范中落實，依托工程開展了《提高交直流混合電網(wǎng)安全穩(wěn)定性工作方案》部分研究，成果在成套設計中得到了應用；依托工程編制了《±800千伏特高壓直流輸電工程換流站工程改進完善措施》和《防止直流工程閉鎖改進措施專題手冊》，成為特高壓直流工程設計的指導性文件。
直流輸電首次接入750千伏系統(tǒng)
±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程起于寧夏銀川。近幾年，寧夏電網(wǎng)新能源裝機呈爆發(fā)式增長，寧夏電力通過建設750千伏堅強主環(huán)網(wǎng)、開發(fā)新能源功率預測系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等舉措，在電網(wǎng)運行中逐步緩解新能源并網(wǎng)及消納帶來的壓力。但由此也帶來了該工程直流成套設計需要解決的一個新的技術問題，即：±800千伏特高壓直流系統(tǒng)網(wǎng)側接入750千伏交流系統(tǒng)。
國網(wǎng)經(jīng)研院該工程直流成套設計項目負責人──直流設計咨詢中心設備處處長張濤博士說：“目前，±800千伏特高壓直流網(wǎng)側接入500千伏交流系統(tǒng)已有多個工程建設和運行經(jīng)驗，但直接接入750千伏交流系統(tǒng)目前尚為世界首次?！?/p>
張濤介紹，研究分析表明，±800千伏特高壓直流接入750千伏交流電網(wǎng)時，需解決系統(tǒng)穩(wěn)定、濾波器設計、空氣凈距選取等基礎性科研問題，同時還要攻克換流站內(nèi)關鍵設備（如：換流變壓器、交流濾波器斷路器、組合電器等）的研制等難題。
在這些難題中，首先需要完成網(wǎng)側750千伏換流變壓器的設計。張濤強調(diào)，對于±800千伏靈州—紹興直流工程，送端換流站換流變網(wǎng)側直接接入750千伏，要求鐵路運輸，尺寸重量限制嚴格。國網(wǎng)經(jīng)研院需要研究750千伏網(wǎng)側出線結構和有限尺寸下的換流變整體絕緣設計問題，并保證內(nèi)部電氣強度裕度。通過組織有關單位、專家反復研究討論，確定了網(wǎng)側750千伏特高壓換流變的主要技術參數(shù)，避免了分接開關研制難題。國網(wǎng)經(jīng)研院在保證絕緣裕度的前提下，通過優(yōu)化油箱和線圈結構設計，使換流變尺寸滿足鐵路運輸要求。
國網(wǎng)經(jīng)研院同時搭建仿真模型，根據(jù)規(guī)劃中特高壓直流工程750千伏濾波器小組斷路器實際存在極端工況的仿真計算結果，考慮設備實際制造能力，確定恢復電壓值為2100千伏，提出了斷路器恢復電壓的試驗標準以及試驗方法，制定了加裝合閘電阻抑制合閘涌流方案，推薦采用1500歐的合閘電阻，并提出了相應的技術參數(shù)。
在750千伏交流濾波器設計時，國網(wǎng)經(jīng)研院多次組織設計單位和設備廠家進行深入研究，創(chuàng)造性地提出采用雙橋差不平衡電流保護方案，提高了不平衡電流保護的靈敏性和可靠性。
國網(wǎng)經(jīng)研院在設計網(wǎng)側接入750千伏換流變的交流空氣間隙與閥廳時，提出換流變壓器網(wǎng)側套管適當偏心布置方案。與以往所有特高壓直流輸電工程巡視走道設計方案不同，國網(wǎng)經(jīng)研院提出了兩種通長式巡視走道設計方案，并對巡視走道至閥塔的空氣間隙取值進行了優(yōu)化，有效地控制了閥廳寬度。
換流站綜合損耗創(chuàng)新低紀錄
“創(chuàng)新”是國網(wǎng)經(jīng)研院的企業(yè)價值理念之一，也是國網(wǎng)經(jīng)驗院直流技術攻關團隊的力量源泉。工程的創(chuàng)新，不僅是在技術層面上，更體現(xiàn)在施工應用等全方位。
“工程首次提出并研究交流濾波器預裝式方艙方案，實現(xiàn)濾波器的就地控制，節(jié)省控制樓建筑面積；交流濾波器小組數(shù)目優(yōu)化，均為四大組、16小組，節(jié)約占地和工程投資；研究了不同技術路線換流變壓器接入同一12脈動換流器的可行性?！闭劦皆摴こ痰闹庇^建設施工創(chuàng)新成果，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術咨詢中心的換流站處處長吳方劼博士一口氣說了出來。
據(jù)了解，靈州站和紹興站的交流濾波器小組數(shù)目分別由工程可研收口的20組和19組均優(yōu)化到16組，大幅度降低了交流濾波器的損耗，減少了換流站占地。同時，換流站高低端換流變壓器運輸時按共軌設計，大大優(yōu)化了換流變廣場尺寸。此類設計優(yōu)化舉措對于需要開山建站的紹興換流站優(yōu)化占地面積，減少挖填方工程量具有重要意義。
在工程中，國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設計團隊通過優(yōu)化變壓器設計、降低換流變短路阻抗損耗等手段，使靈州站比短路阻抗優(yōu)化前損耗降低4.1%，控制到僅比哈密換流站（短路阻抗20%）增大9%的水平。紹興換流站換流變短路阻抗損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低5%。
±800千伏靈州—紹興工程首次研發(fā)并應用75豪亨的平波電抗器，靈州站平波電抗器損耗為3050千瓦，比±800千伏哈密—鄭州工程降低5.3%，紹興站損耗為2440千瓦，比±800千伏哈密—鄭州工程降低11%。
國網(wǎng)經(jīng)研院降低晶閘管的通態(tài)電壓降，降低導通損耗、改善晶閘管的開通特性，降低擴散損耗、降低閥主回路導體電阻（增大導體截面積、降低接觸電阻等措施）降低導通損耗、降低串聯(lián)電容交流耦合電路的阻性元件阻值和非導通期間閥兩端的電壓，降低阻尼損耗、研制反向恢復期電荷更優(yōu)化的晶閘管降低關斷損耗。靈州換流站閥損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低1%，紹興換流站閥損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低3%。
在成套設計之初，國家電網(wǎng)公司相關負責人就提出：要注重設計功能的完善性，滿足運行維護的安全性和方便性；注重設計方案的合理性，滿足施工的方便性；學習借鑒優(yōu)秀工程的經(jīng)驗，把創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)精品工程的要求落實到每個局部設計方案的細節(jié)上；高度重視特高壓工程的經(jīng)濟性。從目前來看，國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設計團隊成功貫徹了這些設計指導理念，在滿足這些要求同時，推動了大國工程中的“中國標準”落地。
