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勇闯“无人区” 为国铸重器 | 南方电网公司特高压柔性直流输电技术研发团队背后的故事

2024-03-01   广东科技报   阅读量:120

    2024年1月,备受瞩目的“国家工程师奖”表彰大会在北京人民大会堂隆重举行。南方电网公司特高压柔性直流输电技术研发团队荣获了“国家卓越工程师团队”这一国家级荣誉。这支团队由中国工程院院士、南方电网公司专家委员会名誉主任委员李立浧,中国工程院院士、南方电网公司首席科学家饶宏领衔。团队核心成员囊括了南方电网公司科创部、南网总调、南网超高压公司、南网科研院等单位的15名直流输电技术专家。

    过去二十年,这支团队凭借坚定的信念和创新的精神,在特高压直流输电领域攻坚克难,不断攀登新高峰,实现了我国直流输电技术从跟跑、并跑到领跑的跨越式发展。他们的辉煌成就不仅有力推动了国家电力工业的蓬勃发展,更以“中国智慧”的独特魅力,在世界直流输电技术的舞台上绽放出耀眼的光芒。

南方电网特高压柔性直流输电技术研发团队在仿真实验室开展研究(许建军 摄)

开启中国直流输电技术

自主创新之路

    将大规模、大容量的西部清洁能源输送至东部的用电负荷中心,直流输电技术是最佳选择。然而,从20世纪90年代西电东送拉开序幕起,到2000年天广直流工程投运时,我国都还未自主掌握这项技术。

    “外方项目经理跟我说,调试马上要开始了,请你们无关的人员离场。”多年后,天广直流工程通电调试时的场景仍深深地烙在饶宏的脑海里。

    无实力就难以言尊严。“我们能花高价请外国专家到现场进行调试,也可以用钱买来所谓的‘技术转让’,但真正的核心技术是要不来、买不来、讨不来的。他们给我们的东西,或许这个工程能用,下个工程就用不了。”李立浧感叹道,“要尽好我们这一代的使命,把中国的能源发展好,为国家争一口气。”

    从那时起,实现科技自立自强的希望之火,开始在西电东送电力科技工作者的胸中燃烧。

    2005年,贵州至广东第二回±500千伏直流工程开工。这是我国确定的首个直流自主化依托工程。“这件事国内没人做过。当时压力真的很大,稍有差错都会给国家造成巨大损失。”饶宏坦言。

±500千伏天广直流输电工程天生桥换流站直流阀厅(李耀钟 摄)

    那一年,团队成员李岩才32岁。在这个项目中,他第一次承担工程的控制保护及调试研究,这也是第一次在高压直流输电工程中以中方为主进行的调试。

    “虽然决心很大,但真的就能做到吗?我当时心里还真的没底。”李岩说。控制保护系统是工程的“大脑”,结构复杂,涉及的技术面很广。为了攻克这座大山,在接下来的三年中,团队进行了无数次调研、计算、试验,最终成功解决了100多项技术难题,主持完成深圳换流站调试工作,为工程顺利投产奠定了基础。

    凭借着全体成员的努力,研究团队从堆积成山的研究资料、计算草稿和试验记录中,走出了一条自主化之路,建立了中国高压直流输电成套设计技术系统,打破国外对关键技术和装备的垄断,建成我国首个±500千伏高压直流输电自主化依托工程,能量可用率等核心指标优于国外同期工程,获国家科技进步一等奖。

    从此,“外方总承包”在我国直流输电工程建设中成为了过去时。

    引领世界直流输电迈入

    特高压等级

    虽然±500千伏直流输电技术已是世界前列,但输送距离2000公里,其损耗可能超过10%。要提高经济性、让西电东送更有可持续性,就需要加大电压。2005年,我国首次提出发展±800千伏特高压直流输电。然而,“从±500千伏到±800千伏”并不是一件容易的事。

    “在国际上,特高压直流是个完全空白的领域,但我们就是要去闯这个无人区,因为国家需要我们去做这件事。”李立浧回忆。

    当时,特高压下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等一系列世界级难题摆在团队面前。尤其困难的是,国内没有能够满足特高压直流设备试验的条件。

    然而,项目组在选择国际合作的过程中发现,要研究特高压的绝缘现象,污秽实验是必不可少的。但欧洲的污秽源材料和中国的污秽源材料不尽相同,不能完全代表中国的空气环境。研发团队评估后认为,要使用中国的材料高岭土来做污秽实验,才有实际的参考意义。

    为达到实验要求,项目组硬是把1吨高岭土漂洋过海运到欧洲,费尽多番周折,完成了满足特定风速、气温要求的测试。在此过程中,团队成员常常通宵做实验,24小时轮班倒。最终,团队率先揭示了特高压直流污闪特性与电磁环境等基础理论规律,首创特高压直流双阀均衡串联结构,牵头研制了世界首批特高压直流成套装备。

    2010年,世界第一个±800千伏特高压直流输电工程——云广特高压直流工程建成投产。当电压成功升到800千伏的那一刻,团队所有人都忍不住鼓掌欢呼。

±800千伏云南至广东直流输电工程楚雄换流站(南网超高压公司 供图)

    特高压技术的诞生,意味着中国电力技术在国际上真正实现了从跟跑到领跑的飞跃,“中国标准”成为“国际标准”。团队首创的特高压±800千伏直流输电技术相关成果获得国家科技进步特等奖。

    如今,以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系,已成为提升我国能源安全保障能力、推动社会绿色低碳发展的重要支撑。

    打造世界电力技术

    新里程碑

    “技术引领要有一定的判断能力。柔性直流技术将大有可为。”李立浧认为,南方电网公司通过在主电网应用、掌握特高压多端柔性直流技术,推动了柔性直流技术的进步,是中国电力人对世界电力技术发展做出的贡献。

    昆柳龙直流工程是世界直流输电工程技术发展史上的一个重要里程碑。“在这个工程中,我们在世界上第一次提出特高压多端柔性直流技术。”团队成员蔡希鹏感慨。柔性直流是新一代直流输电技术,全世界都非常重视。研发团队早在2012年开始,就立足高水平科技自立自强,先后承担了我国首个柔性直流863计划项目的研发任务,独立自主构建了我国的柔性直流技术体系,建成了世界首个多端柔性直流工程、首个西电东送主网柔性互联工程。

    为了充分验证创新想法的可行性,团队成员经历了无数次的考量、试验。

±800千伏云南至广东直流输电工程—鲁西背靠背换流站( 南网超高压公司 供图)

    “从概念到具体方案,从研究设计到实施,我们先后组织召开了50多次专题技术交流会,30余次现场试验见证,8次攻关组大会,解决了特高压柔直阀参数确定、设计、生产、试验等40多项关键问题。”在昆柳龙直流工程涉及的柔性直流技术体系中,“高可靠性功率模块旁路技术的研究”也是团队攻关的重点。团队成员任成林介绍,团队自主研究的柔直换流阀拓扑、研发的新型电力电子器件,取得了多项原创性成果,获得了21项核心知识产权专利,实现了“单一模块故障不导致系统跳闸”的攻关技术目标。

    昆柳龙直流工程建设过程中,团队还与相关厂家、高等院校联合组建了创新联合体,攻克各种“卡脖子”难题。

    昆柳龙直流工程作为一个“超级工程”,不仅创造了19项电力技术的世界第一,还通过项目攻关推动建成了多个国家级平台,自主培养了1名中国工程院院士,3名国家级人才,在推动我国电气工程学科和电力工业的发展过程中发挥了重要作用。

    从对直流输电技术一窍不通,到创造直流输电领域多项世界第一,这不是偶然发生的奇迹,而是日夜兼程的坚持,是不忘使命的赤诚,和深入骨髓的报国初心。南方电网特高压柔性直流输电技术研发团队,这群平凡又不平凡的电力科技工作者,举起我国电力工业发展的一把火炬,必将激励一代又一代电力科技工作者接续奋斗、砥砺前行。

    广东科技报社融媒体中心出品
    记    者 | 李婉欣

    通讯员 | 杨彬  金南汐  李桦  刘仰奇

    编    辑 | 李婉欣
    审    核 | 冯海波  刘肖勇