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◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 瞿劍

6月21日，雅中—江西±800千伏特高壓直流工程正式投運(yùn)，這是“十四五”期間我國(guó)首個(gè)建成投運(yùn)的特高壓直流輸電工程。

2007年10月9日，特高壓直流試驗(yàn)基地7200千伏沖擊電壓發(fā)生器輸出電壓創(chuàng)世界紀(jì)錄。國(guó)家電網(wǎng)供圖

至此，國(guó)家電網(wǎng)已累計(jì)建成“13交13直”特高壓工程，在運(yùn)在建特高壓工程線路長(zhǎng)度達(dá)到4.1萬(wàn)公里，變電（換流）容量超過4.4億千伏安（千瓦），累計(jì)送電超過1.8萬(wàn)億千瓦時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)跨區(qū)跨省輸電能力超過2.6億千瓦。加上南方電網(wǎng)公司建成投運(yùn)4條±800千伏特高壓直流工程，我國(guó)已有在運(yùn)特高壓工程30項(xiàng)，輸電線路長(zhǎng)度繞地球赤道一周有余。

國(guó)家電網(wǎng)對(duì)于雅中—江西直流工程的技術(shù)總結(jié)，只有一句“進(jìn)一步鞏固了我國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)”，少了十幾年前特高壓工程上馬之初比比皆是的“突破世界紀(jì)錄”“創(chuàng)下全球之最”……不是現(xiàn)在不創(chuàng)紀(jì)錄了，而是在特高壓輸電領(lǐng)域，我國(guó)拿金牌已拿到“手軟”。幾乎每一項(xiàng)特高壓工程的新建、投運(yùn)，都是對(duì)以往紀(jì)錄的突破；而新的紀(jì)錄，也都由我們自己創(chuàng)造。以至于，不是真正顛覆性的“黑科技”，我們已不輕言“創(chuàng)紀(jì)錄”。

2020年12月27日建成投產(chǎn)的烏東德水電站送電廣東、廣西特高壓多端柔性直流示范工程（以下簡(jiǎn)稱昆柳龍直流工程），正是這樣一個(gè)顛覆性工程。

該工程創(chuàng)造了19項(xiàng)“世界第一”，包括世界上第一個(gè)±800千伏特高壓柔性直流輸電工程，世界單站容量最大的換流站，世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動(dòng)能力等?！懊恳粋€(gè)'世界第一’都可以寫一篇大文章?！敝袊?guó)工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)名譽(yù)主任委員李立浧表示。

此前，世界主流輸電模式都是“直流送電、交流組網(wǎng)”。南方電網(wǎng)公司首席技術(shù)專家、南方電網(wǎng)科研院董事長(zhǎng)饒宏介紹，這緣于交直流輸電本身的技術(shù)特性：常規(guī)直流主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離、大容量的電源外送，并不能組網(wǎng)；交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網(wǎng)互聯(lián)的需求，且成本較低。但這一基本模式卻面臨一個(gè)“原理性障礙”，即所謂“多直流饋入”問題。他解釋，大流量的常規(guī)直流匯入電網(wǎng)，就像一條大河流入一個(gè)水庫(kù)，一旦常規(guī)直流線路“閉鎖”，河水突然截停，會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)缺水。

柔性直流改變了這一切。

和傳統(tǒng)“電流源型”直流相比，柔性直流對(duì)電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個(gè)完全可控的水泵，能夠精準(zhǔn)控制水流的方向、速度和流量，使水庫(kù)水位更加平穩(wěn)，河流被截停的幾率也大幅下降。

昆柳龍直流工程廣東段跨越北江線路。中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司供圖。　

昆柳龍工程在世界上首次采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)，送端云南昆北是常規(guī)直流，廣西柳北、廣東龍門兩個(gè)受端是柔性直流。“這種方案既經(jīng)濟(jì)又先進(jìn)?！崩盍平忉?，把西部水電送到用電需求大的廣東、廣西，這種遠(yuǎn)距離、大容量的輸電，最經(jīng)濟(jì)高效的辦法就是特高壓直流。常規(guī)直流并網(wǎng)后，因其換相失敗現(xiàn)象難以避免等固有特性，會(huì)對(duì)受端電網(wǎng)系統(tǒng)安全帶來一定沖擊。“柔性直流能解決這些問題，它調(diào)控更加靈活，還能在關(guān)鍵時(shí)刻支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。”李立浧表示。

但是，柔性直流作為一種新技術(shù)，以往工程最高電壓為500千伏，送電量、送電效率還不夠高。昆柳龍工程將其提升到800千伏，送電量也達(dá)到全球最高的800萬(wàn)千瓦。浙江大學(xué)教授、國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）會(huì)士徐政展望道：“這是一個(gè)開路工程。此后，遠(yuǎn)距離、大容量送電工程都會(huì)首選柔性直流技術(shù)?！?/p>

特高壓輸電從最早醞釀、提出到項(xiàng)目研發(fā)，再到工程實(shí)踐，自始至終瞄準(zhǔn)世界電力發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)制高點(diǎn)，緊密圍繞國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，政府支持，企業(yè)主導(dǎo)，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，社會(huì)各方廣泛參與，用科學(xué)手段和方法，以應(yīng)用為目的，破解重大技術(shù)難題。

特高壓輸電概念最早見諸國(guó)家層面，是在1986年初，原水電部下達(dá)“關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電方式和電壓等級(jí)論證”課題，研究認(rèn)為21世紀(jì)初葉在中國(guó)出現(xiàn)交流百萬(wàn)伏級(jí)電壓等級(jí)是可能的。此后，國(guó)務(wù)院原重大項(xiàng)目辦公室下達(dá)了“七五”國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目“特高壓輸電技術(shù)前期研究”。

由此發(fā)端，直至2006年8月9日，國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)首個(gè)特高壓輸電工程。其間20年，圍繞特高壓輸電的議題從未離開過國(guó)家相關(guān)部門的視野。特別是，特高壓輸電技術(shù)研究連續(xù)列入國(guó)家“七五”“八五”和“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃；特高壓交流輸電技術(shù)研發(fā)先后列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃，這些都為特高壓輸電技術(shù)研究積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2006年11月4日，中國(guó)工程院提出《關(guān)于我國(guó)特高壓輸電研究和工程建設(shè)的咨詢意見》，參加該項(xiàng)研究的27位院士、7位專家指出，中國(guó)有必要加快特高壓輸電研究和工程應(yīng)用的步伐，試驗(yàn)示范工程方案符合“全面試驗(yàn)驗(yàn)證”要求，建議作為國(guó)產(chǎn)化的依托工程，納入國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)計(jì)劃和重大裝備自主創(chuàng)新計(jì)劃。

同月，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心完成《我國(guó)能源輸送方式研究》報(bào)告，對(duì)特高壓輸電與輸煤成本進(jìn)行了綜合分析，提出了輸電與輸煤并舉，當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展輸電的建議。

由此，2006年國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》，要求重點(diǎn)研究開發(fā)大容量遠(yuǎn)距離直流輸電技術(shù)和特高壓交流輸電技術(shù)與裝備。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，民眾需求持續(xù)旺盛，中國(guó)已有的500千伏輸電主網(wǎng)架已經(jīng)面臨遠(yuǎn)距離、大容量輸送能力不足，走廊資源緊缺等瓶頸制約，亟待轉(zhuǎn)型升級(jí)。

張北—雄安1000千伏特高壓輸變電工程線路施工。圖片由國(guó)家電網(wǎng)提供

全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織主席、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)理事長(zhǎng)、國(guó)家電網(wǎng)原董事長(zhǎng)劉振亞指出，世界電力工業(yè)發(fā)展的歷史表明，用電需求的持續(xù)增長(zhǎng)推動(dòng)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、電壓等級(jí)不斷提升。

他強(qiáng)調(diào)，500千伏輸電系統(tǒng)有力支撐了我國(guó)近30年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，但我國(guó)能源資源與需求呈逆向分布，70%以上的能源需求集中在中東部，可用能源資源卻遠(yuǎn)離需求中心，76%的煤炭集中在北部和西北部、80%的水能資源集中在西南部，陸地風(fēng)能和太陽(yáng)能等新能源也大量分布在西北部，供需相距800—3000公里。所以，要在全國(guó)范圍內(nèi)優(yōu)化能源資源配置，打造電力“高速公路”。

從特高壓建設(shè)大幕開啟至今，十余載協(xié)同創(chuàng)新，多達(dá)30項(xiàng)特高壓工程投運(yùn)，在大范圍的能源優(yōu)化配置中發(fā)揮了主導(dǎo)作用。特高壓交直流工程分別榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。中國(guó)不僅全面突破了特高壓技術(shù)，構(gòu)建了完善的特高壓試驗(yàn)和研究體系，還率先建立了完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，自主研制成功了全套特高壓設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”再到“中國(guó)引領(lǐng)”的跨越。

隨著網(wǎng)架更堅(jiān)強(qiáng)、供電更可靠，中國(guó)電網(wǎng)安全運(yùn)行水平也有了驚人的飛躍。國(guó)家電網(wǎng)首創(chuàng)了以電網(wǎng)特性認(rèn)知、運(yùn)行控制和故障防御共同支撐的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行3大技術(shù)體系，自主研發(fā)建成仿真能力最強(qiáng)、計(jì)算效率最高、模擬精度最準(zhǔn)確的新一代仿真系統(tǒng)，構(gòu)建了以《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)體系，研發(fā)了“三道防線”關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了國(guó)際領(lǐng)先的大電網(wǎng)安全防御體系，我國(guó)電網(wǎng)成為世界上近20年來唯一沒有發(fā)生大停電事故的特大型電網(wǎng)。

其實(shí)，從“連換流站內(nèi)草皮都要花高價(jià)打包一齊買”到世界公認(rèn)的特高壓輸電技術(shù)“領(lǐng)跑者”，不過區(qū)區(qū)20多年。

20多年前，中國(guó)已經(jīng)建設(shè)的8條直流輸電線路中，核心設(shè)備直流換流閥全部依賴進(jìn)口。據(jù)介紹，直流換流閥核心技術(shù)長(zhǎng)期被3家跨國(guó)電工裝備制造企業(yè)壟斷，從1954年世界第一條高壓直流輸電聯(lián)絡(luò)線投入商業(yè)運(yùn)行以來，跨國(guó)公司一直把持這項(xiàng)技術(shù)。一條直流工程，近一半的設(shè)備投資都要花費(fèi)在直流換流閥上。還不止于此，“你要買換流閥？好，那就連換流站內(nèi)草皮打包一齊買，少一分錢都別想建你的直流工程！”至于花錢買斷技術(shù)，答復(fù)是：“門都沒有！”

為了保守這一核心技術(shù)機(jī)密，幾家互為對(duì)手的跨國(guó)公司步調(diào)竟難得一致：不在核心期刊發(fā)表相關(guān)技術(shù)文章，不發(fā)布任何產(chǎn)品的技術(shù)資料和細(xì)節(jié)圖片，出廠的產(chǎn)品都要蒙上厚厚的包裝，為換流閥做試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室都采取極其嚴(yán)格的保密措施……國(guó)家電網(wǎng)中國(guó)電力科學(xué)研究院的魏曉光博士介紹：“在我們建成同類實(shí)驗(yàn)室前，世界上只有2個(gè)同類實(shí)驗(yàn)室，做一次試驗(yàn)要200萬(wàn)元人民幣。而購(gòu)買他一個(gè)產(chǎn)品，再加個(gè)零，要2000萬(wàn)元！”

中國(guó)工程院院士、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院副院長(zhǎng)、時(shí)任中國(guó)電力科學(xué)研究院副總工程師湯廣福記得，中國(guó)電力科學(xué)研究院當(dāng)初建設(shè)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，手中現(xiàn)成的技術(shù)資料僅僅是七頁(yè)A4紙的宣傳資料。因此，直流換流閥研發(fā)工程，被稱為“爭(zhēng)氣閥”。而當(dāng)湯廣福率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用短短一年半時(shí)間完成“爭(zhēng)氣閥”的研發(fā)，并通過國(guó)家能源局主持、包括5位兩院院士在內(nèi)的16名專家組鑒定時(shí)，中國(guó)工程院院士楊奇遜發(fā)出了“揚(yáng)我國(guó)威”的由衷贊許。

“爭(zhēng)氣閥”爭(zhēng)氣在哪？湯廣福一一列數(shù)其相對(duì)國(guó)外產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，它擁有±800千伏/4750安的電壓等級(jí)和通流能力，超越了國(guó)外同類產(chǎn)品，“換流閥相當(dāng)于一個(gè)水壩，其所承受的高電壓代表了極高的蓄水高度，也就意味著能比其他換流閥在能量傳輸上距離更遠(yuǎn)，在相同距離上損耗更小；它所耐受的大電流，則代表了具有更大泄洪容量，也就意味著能輸送更多能量。同時(shí)，由于電壓、電流的提高，在整個(gè)能源流經(jīng)的路徑上，還能極大地節(jié)約線路走廊占地?！睖珡V福表示。

此外，它還減少了并聯(lián)的數(shù)量，能有效將閥模塊體積縮小1.5倍，使整個(gè)閥塔得到整體優(yōu)化，結(jié)構(gòu)更加緊湊；而它的水冷電阻一體化設(shè)計(jì)和飽和電抗器分體設(shè)計(jì)更是中國(guó)電力科學(xué)研究院的獨(dú)門絕技：將水冷系統(tǒng)與電阻合二為一，相當(dāng)于兩個(gè)部件成為一個(gè)，部件數(shù)量減少了，自然結(jié)構(gòu)更明了，造成安全隱患的環(huán)節(jié)減少了，從而具有更高的穩(wěn)定性；而分體的飽和電抗器就相當(dāng)于電腦的“雙核”，能使換流閥具有更強(qiáng)的兼容性，不僅滿足特高壓需求，而且具有向下兼容能力，覆蓋更多電壓電流等級(jí)工程需要。

具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“爭(zhēng)氣閥”進(jìn)入市場(chǎng)后，在10年內(nèi)整體降低國(guó)內(nèi)直流輸電建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用超百億元，同時(shí)也在國(guó)際市場(chǎng)上打破了跨國(guó)公司壟斷?！皳P(yáng)我國(guó)威”，誠(chéng)哉斯言。

親歷者說

不能因?yàn)閲?guó)外沒有，

我們就不能搞、不敢搞

◎李立浧 中國(guó)工程院院士 

南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)名譽(yù)主任委員

1968年9月，我從清華大學(xué)畢業(yè)，在甘肅開啟了我的電力職業(yè)生涯。

作者供圖

中國(guó)第一個(gè)成套引進(jìn)設(shè)備的電網(wǎng)項(xiàng)目——±500千伏葛洲壩到上海直流輸電工程（以下簡(jiǎn)稱葛上直流工程）是我們向世界先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)的開端，是引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的極好實(shí)踐。1992年，葛上直流工程建設(shè)結(jié)束后，我們已經(jīng)基本掌握了高壓直流輸電技術(shù)，并且培養(yǎng)了一大批直流輸電技術(shù)人才。

我相繼主持和參加了天廣直流、貴廣直流、貴廣第二回直流等多項(xiàng)±500千伏超高壓直流輸電工程的建設(shè)，參加三峽工程送出直流項(xiàng)目的技術(shù)確定，主持直流技術(shù)規(guī)范書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。

隨著這些直流工程的建成投產(chǎn)，西部清潔水電源源不斷地送往廣東、華東。

進(jìn)入21世紀(jì)，西南水電開發(fā)需求強(qiáng)烈，一批大型水電站陸續(xù)開建，要將西部水電跨越大半個(gè)祖國(guó)，調(diào)往東部負(fù)荷中心，這就必須要提高電壓等級(jí)。在此背景下，我首次提出要發(fā)展和研究±800千伏特高壓直流輸電技術(shù)，構(gòu)建特高壓直流輸電技術(shù)體系。

這一想法提出后，激起國(guó)內(nèi)外一片質(zhì)疑聲。當(dāng)時(shí)我國(guó)最高電壓等級(jí)為±500千伏，許多技術(shù)是從國(guó)外引進(jìn)的，一些關(guān)鍵技術(shù)掌握在別人手中；國(guó)際上既沒有現(xiàn)成的設(shè)備，也沒有任何工程和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以參考，中國(guó)要挑戰(zhàn)世界級(jí)難題，有人認(rèn)為這是天方夜譚。但我們不能因?yàn)閲?guó)外沒有，就不能搞、不敢搞，中國(guó)人也可以站在世界之巔，引領(lǐng)未來技術(shù)發(fā)展。

后來，我們下了苦功夫和硬功夫，這個(gè)想法最終成為現(xiàn)實(shí)。

2010年，世界首個(gè)特高壓直流輸電工程——±800千伏云南—廣東特高壓直流輸電工程建成投產(chǎn)；2018年5月，±800千伏滇西北至廣東特高壓直流工程投運(yùn)，成為世界海拔最高、設(shè)防抗震級(jí)別最高的特高壓直流輸電工程。一大批±800千伏特高壓直流輸電工程在我國(guó)建成投產(chǎn)，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)繁榮發(fā)揮了巨大的作用。

去年12月，烏東德水電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程（以下簡(jiǎn)稱昆柳龍直流工程）投產(chǎn)，這是世界首個(gè)特高壓柔性直流工程，也是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的多端混合直流工程。該工程創(chuàng)造了19項(xiàng)電力技術(shù)的“世界第一”，對(duì)于中國(guó)乃至世界電網(wǎng)發(fā)展有引領(lǐng)示范作用，是世界電網(wǎng)發(fā)展史上的里程碑，代表著更先進(jìn)的遠(yuǎn)距離、大容量輸電技術(shù)方向。

如今，特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)成為大國(guó)重器，是中國(guó)的一張名片，是公認(rèn)的我國(guó)領(lǐng)銜世界的技術(shù)。特高壓直流改變了中國(guó)的能源版圖，也帶動(dòng)了中國(guó)輸變電技術(shù)裝備的躍升。柔性直流換流閥被稱為特高壓直流工程的“心臟”，研發(fā)難度極高，目前這顆國(guó)產(chǎn)“心臟”已經(jīng)在昆柳龍直流工程龍門換流站穩(wěn)定“跳動(dòng)”；作為特高壓工程中的關(guān)鍵設(shè)備，穿墻套管方面也徹底突破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，國(guó)產(chǎn)的±800千伏柔性直穿墻套管已經(jīng)在昆柳龍直流工程柳州換流站成功投運(yùn)。

現(xiàn)在，我們正在依托數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)?！笆奈濉逼陂g，隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)展，這些間歇性、波動(dòng)性大的能源將大規(guī)模接入電網(wǎng)，特高壓直流輸電技術(shù)將在我國(guó)能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)中發(fā)揮更為積極的作用。

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