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张北柔性直流工程:协同创新的精彩实践

       张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程(以下简称“张北柔性直流工程”)是世界首个柔性直流电网工程,也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程。工程额定电压±500千伏,建设666公里±500千伏直流输电线路,新建张北、康保、丰宁和北京4座换流站,总换流容量900万千瓦。工程汇集了大规模风电、光伏、储能、抽蓄等多种形态能源输送方式,可满足河北张家口地区新能源送出和北京市接纳新能源电量的需要,并支撑冬奥场馆全清洁能源供电,对推动我国能源生产和消费革命将起到科技引领示范作用。

张北换流站全站鸟瞰图(浙江院/供图)
       当冬奥会进入“北京时间”,服务清洁低碳奥运的又一重大电力工程开工。
       2月28日,张北柔性直流工程开工动员大会在北京召开。
       在此项工程中,共有13家设计院联合承担换流站、光纤通信和输电线路设计,其中8家来自中国能建。浙江院中标张北换流站勘察设计,中电工程西南院中标丰宁换流站勘察设计,中南院中标北京换流站勘察设计,华北院、东北院、安徽院、湖南院、江苏院中标输电线路勘察设计。此外,电规总院北京洛斯达公司中标工程航拍数字技术服务,天津电建中标北京段换流站工程第一标段建筑工程施工。
       集成最新柔性直流技术
       北京延庆,长城脚下,张北柔性直流工程北京换流站已经开工建设,这是中电工程中南院中标的第三个柔直项目。
       工程首次采用真双极、半桥MMC+直流断路器构建直流电网技术,核心技术和关键设备均为国际首创,将创造12项世界第一。多种新技术的使用,带来了设计上的诸多挑战,对设计人员的理论功底、学习能力、创新思维提出了更高要求。
       4座换流站中,北京换流站容量、规模最大,占地面积却最小;交直流合建,500千伏交流变电站采用全户内布置,配电装置在二楼,布置形式罕见。中南院各专业密切配合,在充分调研、收资的基础上,充分利用每一寸土地,采用三维数字化设计手段,使换流站布置既满足功能要求,又紧凑合理。
       为解决新能源机组孤岛接入张北换流站时可能发生的功率盈余问题,浙江院设计团队考虑增加耗能装置,随即开展“直流耗能装置和交流耗能装置方案比选”“220千伏和66千伏交流耗能装置方案比选”等专题研究。共制定12个小组方案,每一个方案背后,都凝聚了全体设计人员的心血。
       作为世界首个柔直电网工程,项目主设备研发聚集了国内外一流装备制造单位,设计输入资料随时都在调整,中电工程中南院、西南院,浙江院设计团队积极主动与厂家沟通、配合,多次相互迭代,确保工程集成最新柔直技术。
       “柔性直流输电技术是世界上最先进的输电技术,相当于在电力系统中接入一个完全可控的‘水泵’,能够精准控制水流的方向、速度和流量,弥补了常规直流输电只能控制方向的局限性。张家口风能、太阳能资源丰富,柔性直流技术自身可调节能力强,可以大规模接纳清洁电能。”中南院北京换流站设总杨明说。
       湖南院承担了张北柔性直流工程导地线选型的专题研究。导线担负着传输电能的重任,结合以往设计经验,湖南院共敲定6种常规导线组合方案、5种新型导线组合方案,金属回流线选择了10种导线组合方案,通过对电气性能、机械性能和全寿命周期费用等各方面进行技术经济比较,最终确定选型,保证线路运行安全可靠。
       全面应用全站全三维设计
       接到中标通知后,中电工程西南院迅速成立了党员先锋队和青年突击队。凌晨4点,丰宁换流站的设计人员们还在紧张地忙碌着:时而不停敲击键盘,将理想效果逐步呈现在电脑屏幕上;时而针对技术难题激烈讨论,理顺思路打破困惑;时而各专业默契配合,协同高效推进设计进程。
       张北柔性直流工程是国网第一个全站全专业三维设计的换流站示范工程,所有技术方案直接基于三维设计平台,要求所有参与人员必须熟练掌握三维设计。
       设计工具牵一发而动全身。要在极短的时间内全面掌握三维设计方法并拿出成果,任务看似不可能。队员们从零开始,迎难而上,互相帮助,紧密协作。由于三维软件的特殊性、试验示范工程方案本身的不确定性,三维设计经常推翻重来。面对反复,他们不气馁、不沮丧,相互鼓励打气,“我们是第一批用三维平台做方案设计的,以后可就是三维专家喽。”
       这是作战能力的竞赛,也是意志作风的比拼。队员们夙兴夜寐,圆满完成了丰宁换流站全专业三维初步设计,并提出了完整、直观的丰宁换流站总装模型,初步设计成果得到业主好评。
       十八般武艺精准踏勘
       江苏院中标丰宁换流站-赤城县曹家村线路勘察设计,线路长86千米,是全线第二大包。工程地处河北北部山区,沿线海拔820-1880米,沟壑纵横,荆棘遍布,交通条件较差。
       工程地形北缓南陡,沟谷深切,地表破碎,雨裂冲沟众多;线路所经之处地形复杂,地质结构异常多变。岩土专业根据现场情况,十八般武艺悉数登场。山地塔位以槽探、山地小钻机、探井为主,辅以洛阳铲;黄土地区以探井、洛阳铲为主,辅以工程地质钻探、静探;山前平原和河漫滩地区以钻探、小钻机为主,辅以探井。全线使用电阻率与大地导电率测试,确保信息及时、详实,满足工程要求。
       勘察过程中,岩土工程部还自主研发了线路采集系统。可别小看这个APP,打开便可直接采集塔位各种地质信息,还能拍照、录音,通过网络迅速将信息上传至云端,实现前线后方及时联动互通,工作效率大大提高。
       电规总院北京洛斯达公司在大雪极寒的天气条件下见缝插针,抓住每个满足空情条件的窗口进行作业,短短2个月就高质量地完成了航拍工作。在航拍工作开展的同时,外控调绘工作组也开始进场作业,他们制定了详细的外业控制测量方案,每一处选点都反复推敲,避免内外业判读误差。珠联璧合,最终,内业平台完成7个设计包段的平台建立工作,产品合格率达100%。
       据悉,张北柔性直流工程投产后,每年最多可为北京电网注入100亿千瓦时的清洁能源,相当于北京全社会年用电量的十分之一。截至目前,各线路开工图已全部交付,随着工程开工建设,一个刷新世界纪录的标志性工程再次镌刻下中国能建的名字。


来源:中国能源报