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发展特高压电网 振兴装备制造业
2006年7月11日 8:39  来源:科技日报

    我国能源资源和生产力分布很不均衡的特点决定了能源大范围优化配置的必然性,使特高压电网在我国具有广泛的应用前景。在政府主导、企业推动下,我国特高压电网建设迈出了坚实的步伐,国家电网公司提出的特高压电网发展思路和特高压交、直流试验示范工程方案得到了各方面的认可和支持,特高压交流试验工程即将核准开工建设。这既是我国电力发展史上的大事,也是装备制造业的重大机遇,将推动我国电工设备制造从技术引进为主走向以自主创新为主的新阶段,抢占世界电力科技和设备制造技术的制高点,实现新的突破。

国外特高压设备研制情况

    上世纪60年代末70年代初,美国、欧洲、苏联、日本、加拿大、巴西等国在世界范围内推动了1000~1600千伏特高压输电技术的研究热潮。苏联、日本、意大利和美国等先后建成了交流特高压输电工程及试验工程。前苏联从70年代末开始1150千伏特高压工程的建设,研制了变压器、电抗器、断路器等全套敞开式特高压设备,先后建成特高压线路2462公里,其中两段共900公里长的输电线路及三个特高压变电站从1985起相继投入商业运行,累计全压运行五年时间。日本自1973年开始研究特高压输电技术,从1990年至今共建成426公里同塔双回特高压输电线路,同时成功研制了全套1000千伏气体绝缘全封闭组合电器,在新榛名试验站累计进行全压考核近5年,运行情况良好。

    国际上对各种不同类型高压设备或模型在工频、雷电、操作等各种电压作用下的性能进行了大量试验研究,高压设备的基础理论、设计技术、制造技术和运行技术已发展成熟,积累了经验,技术上能够涵盖并满足特高设备研制的需要。

    特高压输电的科研工作为百万伏级特高压设备的研究、开发和制造奠定了坚实基础。总体上看,经过30多年的研发,特别是国际上几个特高压工程的建设,特高压设备通过了型式试验,并投入试验或商业运行,经受了实际运行考验或长时间带电考核,解决了特高压设备的关键技术问题。各国单相变压器的最高水平已经做到1100千伏/1000兆伏安、1200千伏/667兆伏安,开关的最高水平做到双断口1100千伏/50千安、四断口1050千伏/50千安。

    近年来,计算机解析技术取得重大进展,并在高压设备的设计中得到了广泛应用,包括电场、磁场、温度场、流体场以及机械应力的分析等,使得对设备局部电气、机械、温度应力的精细分析和准确控制成为可能,大大提升了设备设计的水平,为特高压设备研制奠定了坚实的基础。

国内特高压设备研发能力

    随着三峡送出等一大批重点输变电工程的建设,在重大装备国产化政策的指引下,我国电网的技术装备水平不断提高,设备制造企业的技术水平和国产化能力不断提升。目前,500千伏输变电设备已全面实现国产化,基本具备生产直流500千伏主设备和控制保护系统的能力。通过750千伏设备制造技术的引进和消化吸收,设备国产化取得重大突破,为特高压设备的研发和制造打下了良好基础。

    变压器:特变电工、西安、保定三大变压器厂曾分别按照电力变压器的设计标准研制了特高压试验变压器,最高电压1200千伏,最大容量250兆伏安,已为西北750千伏示范工程提供了500兆伏安变压器及100兆伏乏高压并联电抗器,500千伏变压器的制造水平达到国际一流水平。三大厂按双百万(电压百万伏、容量百万千伏安)的标准新建或扩建了生产车间和试验室,硬件条件优于国外同行。在波过程计算、电场计算、端部出线设计、漏磁场计算、机械力计算等主要方面已有了成熟的技术和应用实例,具备了特高压变压器的设计和制造能力,可实现国产化供货目标。

    可控电抗器:结合变压器的研发并考虑电抗器磁路设计等特殊性,三大变制造1000千伏级固定式并联电抗器不存在难以解决的障碍。对于长距离特高压输电线路,为减少损耗、平衡无功、控制电压,长远看有必要采用可根据输电负荷自动调节容量的可控高抗。在国家电网公司的组织和支持下,特变电工和西变与中国电力科学研究院合作,已分别启动高阻抗和磁饱和两种原理500千伏可控高抗的研制。在此基础上,结合1000千伏固定高抗研制技术,将进一步开发1000千伏可控高抗,填补国际空白。

    开关设备:高压断路器可分为空气绝缘敞开式(AIS)和气体绝缘全封闭组合电器(GIS)两种。国内沈高、西开和平高从上世纪七、八十年代就开始陆续引进国外六氟化硫开关和GIS制造技术,尤其是经过三峡工程的锻炼,已形成500千伏GIS、AIS的批量生产能力。沈高以750千伏示范工程为依托,引进了750千伏GIS技术,其核心技术源于1000千伏GIS技术。多目前国内三大开已具备自主开发特高压AIS开关的能力。平高的特高压瓷柱式断路器已开始样机试验,西开已研制成功500千伏单断口、750千伏双断口罐式断路器,正在此基础上研制1000千伏双断口罐式断路器。GIS设备技术先进,运行可靠,占地面积小,是特高压开关设备的发展方向。在首个特高压工程中采用GIS设备并实现国产化供货,有利于提高工程的可靠性水平,推动国内厂商掌握GIS的核心技术。但国内500千伏GIS的制造起步较晚,研发能力和制造水平有待进一步提高,需要加强对外合作。

    套管:套管是高压设备的重要部件,仅瓷套长达10米、内径达1米,技术难度高。近年来,抚瓷、南通神马等企业的外套制造技术有了长足进展。南通神马已订购了特高压合成套的生产设备。抚瓷、西瓷等在对主要生产设备进行改造后,具备研制特高压套管瓷套的能力。但与国外产品相比,国产高压套管在产品质量和运行经验等方面存在差距,500千伏套管尤其是直流套管主要依靠进口。在我国首个特高压工程中,通过集中采购,形成规模优势,以市场换技术,推动国内外企业之间的合作,提升国内企业超高压、特高压套管的设计、制造水平。

    输电线路:特高压导地线、铁塔、金具、绝缘子等全部设备具备国产化供货能力,国内潜在供货厂商众多。我国500、630、720平方毫米导线已大规模使用,导线、多分裂金具的设计、生产与施工能力可满足特高压工程需要。国内已成功设计、建造高达346.5米的江阴交流大跨越,是目前世界上最高的输电线路铁塔,杆塔的设计技术完全成熟。特高压线路悬垂串将采用30~40吨的绝缘子。目前国内玻璃、瓷绝缘子和合成绝缘子的最大吨位均已达到40~53吨的水平,加之多年来长效有机涂料的大规模采用,能够解决特高压绝缘子的电气和机械问题。

    晶闸管:晶闸管是直流输电的重要元件,决定了直流的容量和规模。目前,国内5英寸晶闸管技术相对成熟,但通流容量有限,不能满足金沙江等西南大水电基地的送出需要。加快研究6英寸晶闸管,将±800千伏特高压直流的送出能力提高到640万千瓦,符合建设特高压直流的初衷,是科学发展的具体体现。国内西电集团和株洲南车世代公司可以通过自主研发或与外方合作生产等方式,实现6英寸晶闸管及相关设备的供货。

推动特高压设备国产化的思路和措施

    发展特高压,设备是关键。实现设备国产化,是确保我国特高压电网健康发展的基础。国家电网公司贯彻落实中央精神,始终把推进设备国产化作为核心工作来抓。

    一是认真贯彻落实《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》,坚持“自主创新,标准统一,安全可靠,规模适中”的原则建设特高压交、直流试验示范工程,加快推进1000千伏特高压交流和±800千伏直流输变电成套设备的研制,为振兴我国电工装备制造业创造条件。在电网建设中,大力支持国内电工设备制造企业,努力实现电网技术创新与装备制造业创新的有机结合,在坚持安全可靠和完善风险评估的前提下,大胆采用新技术、新产品,支持国内首台首套设备挂网运行,并积极推广应用,把振兴我国装备制造业的工作落到实处。

    二是深入开展调研,明确设备研制思路。会同中国机械工业联合会,组织院士、专家对国内主要输变电设备制造厂家进行全面调研,系统掌握了各厂特高压设备的研发计划和设计、制造与试验能力,明确了存在的问题和应对措施。组织赴日、俄特高压技术考察,了解和掌握国外特高压设备制造和运行情况。经综合分析,确立了立足国内、以我为主的特高压设备研发思路,对于国内有能力生产的变压器、高压电抗器、输电线路、低端换流变等绝大部分设备,全部自主研制和供货;对于GIS开关设备、6英寸晶闸管、高端换流变等少数关键设备,采取“联合设计、合作开发、技术共享、国内制造”的方式研制,加快提升国内制造能力。

    三是加强组织协调,健全自主创新体系。以促进特高压设备国产化为契机,与中国机械工业联合会、中国电力工程顾问集团公司、电工设备制造厂家、知名大学、科研院所等合作,充分发挥各方优势,聚集了国内大批优秀人才,组织阵容强大的设备攻关队伍,形成以企业为主体、产学研相结合的自主创新体系,为特高压设备研发开创了良好局面。

    四是发挥公司优势,加快推进设备研制。特高压设备研制是一个系统工程,涵盖研究、设计、试制、试验、生产、运输、安装、运行等环节。经过三十多年的超高压交、直流输变电工程和国家重大创新项目的磨练,国家电网公司所属科研、建设和运行等单位积累了丰富的经验,培养了大量人才,拥有较为雄厚的研发实力。公司充分发挥这一优势,加强与设备厂家等单位的合作,调动相关部门超前研究有关特高压设备关键技术、核心问题及其解决办法,研究并提出设备配置方案及技术规范要求,及时向国内企业发布,并根据反馈意见和建议,适时进行调整,为实现设备国产化创造有利条件。

    五是推动国际合作,加快引进关键技术。多次组织大规模国际特高压技术交流活动及专题研讨会,邀请国外资深专家与知名企业来华讲座,并开展对外咨询,涉及变压器、高抗、开关、套管等关键设备和系统,很快掌握了特高压系统参数确定、设备参数确定的原则方法与设备研制的经验教训。多次组织ABB、西门子、东芝、日立、韩国晓星、NGK等公司与国内企业开展交流,推动中外企业在开关设备、晶闸管、换流变等关键设备研发方面的合作,建立长效机制,确保关键设备技术引进和可靠供货。

    六是重视试验验证,健全完善试验条件。组织特高压中间设备的带电考核与试验,落实500千伏单断口断路器、500千伏可控高抗等特高压中间产品的挂网运行,安排特高压试验变压器、试验套管等设备到武汉特高压试验站带电考核,组织特高压避雷器阀片的集中测试,加快建设特高压交、直流试验基地,为设备试验和考核创造有利条件。

    一年多来,经过各方面的共同努力,特高压设备研制工作取得实质性进展。已完成所有1000千伏交流特高压设备的概念设计。西开、沈高和平高已与国外公司签订合作开发特高压开关的正式协议。基本完成变压器、高抗的计算研究,并开始绝缘模型试验,500千伏可控高抗正在进行样机调试。单断口500千伏断路器、1000千伏四断口瓷柱式断路器、1000千伏CVT等产品已造出样机,1000千伏隔离开关、支柱绝缘子、合成绝缘子已完成型式试验并通过鉴定。

    作为能源领域的重大创新,尤其在我国特高压发展的起步阶段,政府发挥主导作用十分重要。国家加强组织协调,鼓励企业培育核心竞争力,对于特高压试验、示范工程建设,制造企业的科研攻关和生产、试验条件改造,给予必要的资金和政策支持,有利于加快实现国产首台(套)特高压设备的成功研制和应用。

    2006年6月中旬,国家发展改革委组织召开了特高压输变电设备研制工作会议,进一步明确了发展特高压对推动装备制造业的重要意义,明确了特高压交、直流系统方案及设备国产化实施方案,要求坚持走自主化研制和供货的道路,在特高压工程实践中,充分吸收国内外的成功经验,通过集成创新、引进消化吸收再创新和原始创新,掌握特高压输电核心技术,提升制造水平,实现跨越式发展。

    国家电网公司将认真贯彻落实国务院关于加快振兴装备制造业的方针政策,在国务院的统一领导下,在国家发展改革委的统一组织和协调下,与国内设备制造企业、科研、设计等单位大力合作,共同推进特高压输电设备的研制和特高压电网的建设,显著提高自主创新能力和核心竞争力,推动我国电工装备制造业率先走向世界的最前沿。


 

 
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