嘉賓簡介:
孫昕,國家電網公司總經理助理。
安徽省旌德縣人,博士學位,教授級高工,享受國務院政府特殊津貼專家,IEEE高級會員,中國電機工程學會高級會員,中國電機工程學會電力建設專委會主任委,第二屆西藏自治區發展咨詢委員會委員,現任國家電網公司總經理助理兼交流建設部主任。
長期從事電力系統及自動化、輸變電工程設計、設備及建設管理等專業,組織研發了我國特高壓交、直流輸電核心技術,主持建設了我國首條特高壓交、直流輸電示范工程。獲國家科技進步獎特等獎1項、進步獎1項、中國電力科學技術獎7項、國家電網公司科技進步獎10余項,獲國家專*20余項,出版技術專著10余部,發表論文50余篇。
發展特高壓,設備是關鍵。特高壓輸電代表了國際高壓輸電技術研究、設備制造和工程應用的最高水平。2004年底國家電網公司提出發展特高壓輸電之時,世界上沒有商業化運行的特高壓工程,沒有成熟的特高壓設備和技術。既“不能買”,也“買不來”,中國研發特高壓設備,必須走自主創新的國產化路線。
2006年8月,國家核準建設1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程,作為我國特高壓設備自主化的依托工程。在掌握特高壓設備核心技術并通過運行驗證基礎上,國家相繼核準擴建特高壓交流試驗示范工程、建設皖電東送淮南—上海特高壓交流工程和浙江—福州特高壓交流工程,持續推動國產特高壓設備技術創新和工程應用,實現了全面突破。
特高壓設備國產化研發思路
特高壓設備國產化研制面臨三大挑戰:技術難度大、可靠性要求高、研發基礎薄弱。
特高壓設備大都達到了現有設計制造的極限,需要承受高強度、極不均勻的電、磁、熱、力聯合作用,但受制造、運輸等條件嚴格限制,尺寸、重量不能簡單線性放大,需要研發新技術、新結構和新材料,實現重大技術突破。
特高壓輸電容量大、系統位置重要,必須具有與其重要性相適應的高可靠性。我國的特高壓工程是國家正式核準建設的需要商業化運行、具有示范效應的工程,需要在全電壓、大功率下長期安全運行,關系電網發展方式,進一步增加了國產化研制壓力。
特高壓項目啟動之初,國內500kV設備及關鍵原材料、組部件仍主要依賴進口,技術、標準和設備均建立在引進、消化、吸收基礎上,基礎薄弱、受制于人。在我國工業和技術基礎上,自主開發世界上一個全新的、最高電壓等級輸電所需的全套設備并安全運行,極具挑戰和風險。
為應對特高壓設備國產化研制的艱巨任務、在較短時間內取得全面突破,國家電網公司研究提出了依托工程、業主主導、專家咨詢、質量和技術全過程管控的產學研用聯合創新模式,集中國內電力、機械行業的優勢資源和力量,建立創新聯合體,立足國內、開放式創新,形成創新合力。
一是建立產學研用聯合攻關體系。在國家支持下,綜合運用市場、政策、資金、技術等各種措施,打破用戶與廠家、廠家與廠家等創新主體之間的技術壁壘,在國家電網公司主導下,依托工程,建立由國內100多個廠家、科研、設計、試驗、建設、運行單位和高等院校及專家委員會共同組成的創新聯合體,統一組織協調特高壓設備國產化研制工作,有效整合了國內各方的創新資源。
二是堅持把安全可靠放在首要位置。突出強調風險意識,以保障長期安全運行為目標,將安全可靠第一的原則落實到每個細節、每個環節、每個人員。
三是大力開展科研攻關。組織開展關鍵共性技術聯合攻關,共享研究成果和經驗。創造條件開展關鍵組部件和關鍵結構的模型試驗和裕度試驗,組織中間產品運行試驗,研究典型結構和材料在特高壓、強電流電磁作用下的特性規律,突破新結構、新材料和新設計技術難關。
四是堅持從設計源頭抓質量。從功能需求、技術路線和設計原則抓起,確保國產設備先天具有“強健”體質。
五是全過程嚴格管控質量。質量管控全面覆蓋了從原材料檢驗、生產制造、出廠試驗到運輸和現場安裝的整個過程。
六是嚴把試驗驗證關口。推動試驗檢測能力升級,采用嚴格的型式試驗、出廠試驗標準與判據,開展整機真型試驗和大比例抽樣試驗,進行整機極端工況安全裕度試驗和長時間帶電考核,研發現場試驗技術和試驗設備,力求在各個試驗關口嚴格把關。
特高壓設備創新成果
國內電力、機械行業團結協作、攻堅克難,依托特高壓工程實踐,全面攻克了特高壓交流設備核心技術難題,成功研制了全系列特高壓交流設備,創造了一大批世界紀錄,占領了國際高壓設備制造技術的制高點。
例如,100萬千伏安特高壓變壓器研制上,我國研制成功兩柱并聯、三柱并聯兩種結構形式的1000MVA單體式特高壓變壓器并實現工程應用,創造了變壓器行業電壓等級、單體容量、單柱容量的世界紀錄,具備有載調壓能力,實現無局部放電設計,溫升、損耗、噪音等關鍵性能指標國際領先。
又如,特高壓升壓變壓器研制方面,我國研制成功發電廠用400MVA單體式特高壓升壓變壓器樣機,可與百萬機組形成“一機一變”搭配。安徽平圩電廠三期工程將采用該技術,直接升壓至1000kV接入皖電東送特高壓工程。
此外,在關鍵組部件、原材料上,國際市場高壓輸變電設備用高端原材料、組部件長期被國外少數專業廠或跨國公司壟斷,存在價格昂貴、供貨不穩定等突出問題,影響整機設備國產化、影響工程造價和工期。國家電網公司在全力推進特高壓主設備國產化研制過程中,同步組織了關鍵組部件、原材料的國產化,實現重要突破。
特高壓設備的工程應用
2009年1月,1000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程正式建成投運,一次投運成功。2011年12月,工程完成擴建,輸電能力提升至500萬千瓦。該工程全面采用了我國自主研制的特高壓設備,國產化率達到90%以上。
調試試驗中,為全面嚴格考核國產設備性能,創造條件在工程現場開展了特高壓變壓器帶局放測量的長時感應耐壓試驗、特高壓開關耐壓試驗、變電站出口人工短路試驗、開關及變壓器多工況投切操作、電磁環境影響等大量試驗。
工程投運后經受了全電壓、大電流長時間送電考核,已連續安全運行近5年,經受了雷雨、大風和高溫、嚴寒等惡劣條件考驗,系統運行穩定、設備狀態正常,沒有發生因特高壓設備導致的系統停運事故。截止2012年底,工程已累計輸送電量419億千瓦時,發揮了重要的送電和水火互濟聯網功能,成為我國南北方向的一條重要能源輸送大通道。
連續五年的運行監測以及五次全面的年度預防性試驗結果表明:國產特高壓設備性能穩定、狀態正常,能夠保證特高壓工程長期安全穩定運行。
2013年9月,我國第二個特高壓交流工程,也是世界上首個商業化運行的同塔雙回特高壓交流輸電工程——皖電東送淮南至上海特高壓交流工程,經過全面嚴格調試后正式建成投運。工程投運后一直保持安全運行。
皖電東送工程全部55臺特高壓變壓器和高抗、33個間隔的特高壓開關及其他設備均為國產設備,成功實現了國產特高壓設備的大批量穩定制造,指標優異、性能穩定。
在特高壓成功實踐的帶動下,國內企業已占據我國輸變電設備市場主導地位,并進軍國際市場、實現了高端產品出口零的突破。
總之,依托特高壓工程建設,我國電力、機械行業通力合作、協同攻關,采用“依托工程、業主主導、專家咨詢、質量和技術全過程管控的產學研用聯合創新模式”,立足國內、自主創新,在世界上率先成功研制了全套特高壓交流設備、形成了批量生產能力并通過實際工程驗證,占領了國際高壓設備制造技術制高點。
特高壓設備的國產化研制,帶動我國輸變電設備制造業實現了產業升級,研發設計、生產裝備、質量控制、試驗檢測能力達到國際領先水平,形成了核心競爭力,徹底扭轉了我國電力設備制造長期跟隨西方發達國家發展的被動局面,為我國電力工業和裝備制造業的創新發展奠定了堅實基礎。