北京換流站現(xiàn)場圖。聯(lián)研院供圖
作為2022年冬奧會清潔能源配套項(xiàng)目,由國家電網(wǎng)承建的張北柔直工程是世界首個柔性直流電網(wǎng)工程,總換流容量900萬千瓦,將張北地區(qū)豐富的風(fēng)能、光能等清潔能源連接在一起,實(shí)現(xiàn)張北地區(qū)新能源匯集外送。工程每年可向北京地區(qū)輸送約140億千瓦時的清潔能源,相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤490萬噸,減排二氧化碳1280萬噸,助力冬奧場館實(shí)現(xiàn)100%清潔能源供電。
這項(xiàng)工程的核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備均為國際首創(chuàng),囊括了12項(xiàng)世界第一!而在這一重大工程中,堪稱“心臟”的柔性直流換流閥誕生于北京未來科學(xué)城“能源谷”內(nèi),由國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院(聯(lián)研院)幾代科研人不懈努力,成功研發(fā)。
為何說柔性直流換流閥是張北柔直工程的“心臟”?聯(lián)研院直流所科研人員宗文志告訴記者,在每個傳輸節(jié)點(diǎn)必須有換流閥存在,它的主要作用是在送端將各種清潔能源整合打包變?yōu)橹绷麟娸斔椭潦芏?,在受端通過它再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電送給用戶。
北京換流站俯視圖。聯(lián)研院供圖
此次應(yīng)用在張北柔直工程中的換流閥究竟有何技術(shù)難點(diǎn)?宗文志介紹,它是目前世界上電壓等級最高,可傳輸容量最大的柔性直流輸電核心設(shè)備。“電壓等技術(shù)參數(shù)提高,導(dǎo)致?lián)Q流閥運(yùn)行工況比兩端柔性直流輸電系統(tǒng)更為復(fù)雜,故障傳播速度更快,對閥控系統(tǒng)提出了微秒級超高速控制保護(hù)要求。”
2016年,聯(lián)研院正式啟動了“高壓大容量柔性直流電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目,經(jīng)過一年多的集中研發(fā),2017年6月,±500kV/3000MW級柔性直流換流閥研制成功,并通過全部型式試驗(yàn),換流閥總體技術(shù)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平,部分技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。
2018年,張北柔直工程正式動工,2019年底,工程北京換流站現(xiàn)場調(diào)試正式開始。北京換流站坐落于北京延慶山區(qū)的一座山頂,深冬時節(jié),寒風(fēng)凜冽,氣溫低至零下20℃。為了保證工程進(jìn)度,換流閥調(diào)試團(tuán)隊技術(shù)人員提前奔赴現(xiàn)場,在設(shè)備控制室未完全建好的艱苦環(huán)境下毅然開始分系統(tǒng)調(diào)試工作。
設(shè)備控制室的地板下一般中空用于鋪設(shè)控制光纖,調(diào)試初期,設(shè)備控制室地板還沒安裝,整個地面上只有不到一腳寬的支撐鋼條縱橫交錯。在沒有任何取暖設(shè)施的情況下,調(diào)試人員每天穿著笨重的棉服,踩著支撐鋼條走入控制室,站在設(shè)備邊臨時鋪設(shè)的木板上進(jìn)行調(diào)試工作。面對如此艱苦的工作環(huán)境,團(tuán)隊中最年輕的技術(shù)人員武思捷苦中作樂地調(diào)侃道:“經(jīng)過這次調(diào)試,平衡能力大增,可以C位出道當(dāng)雜技演員了。”
現(xiàn)場工作人員路建良擔(dān)負(fù)著把控測試進(jìn)度,解決現(xiàn)場問題的職責(zé),溝通工作繁忙??刂剖覜]有手機(jī)信號,路建良只能頻繁地去戶外冰天雪地里接打各類電話,很長一段時間,呼呼風(fēng)聲成了老路電話自帶的背景音。
正是在整個團(tuán)隊的共同努力下,張北柔直工程北京換流站系統(tǒng)調(diào)試圓滿完成,換流閥設(shè)備性能優(yōu)越,一次上電成功,一次解鎖成功。
今年以來,新冠肺炎疫情突發(fā),團(tuán)隊成員們依然心系張北柔直工程。開放復(fù)工以后,團(tuán)隊調(diào)試成員在做好健康篩查、復(fù)工登記后,立馬奔赴現(xiàn)場開展端對端大功率試驗(yàn)。經(jīng)過幾周每天24小時輪班試驗(yàn),今年4月,新能源并網(wǎng)接入系統(tǒng)調(diào)試圓滿成功。
除了換流閥,張北柔直工程中還應(yīng)用了聯(lián)研院研發(fā)的高壓直流斷路器。“斷路器可以看做是柔性直流輸電安全可靠運(yùn)行的保險栓,當(dāng)某處出現(xiàn)重大短路故障,它將自動切斷幾十千安的電流,保證關(guān)鍵設(shè)備不被燒壞,確保了張北柔直工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。”宗文志表示。