特高压升压变的诞生与前程

电力18讯：    
　　从投入商业运行到现在，安徽淮南平圩电厂5号机组一直保持安全稳定运行。就在5月29日，5号机组完成了168小时试运行，正式投入商业运行。今年4月，安徽淮南平圩电厂三期扩建的5号百万千瓦机组，通过1组额定容量为120万千伏安升压变压器，将机端电压从27千伏一次升压至1000千伏，直接接入特高压电网。特高压升压变压器研制成功，投入商业运行，在世界范围内尚属首次。

　　【一次升压技术“好用”在哪里?】

　　节约输电走廊，电能顺畅送出

　　5 月初，淮南已进入初夏。从淮南市区一路向西北进发，经过十几公里路程，远远就能看到平圩电厂高耸的烟囱。进入电厂需要穿过周边村庄内的一条狭窄小路，不远处可以见到低矮的平房和一条还在运行中的铁路轨道。电厂正门外，一基特高压铁塔连接着输电线路直接接入电厂，格外醒目。

　　在大型煤炭能源基地淮南，输电线路随处可见，电厂外的这一条线路并不会引起过往人们特别的注意。但人们不知道的是，不久前，平圩电厂三期扩建的5号百万千瓦机组，就是通过这条配套建设的线路直接接入了特高压电网，而将机端电压从27千伏一次升至1000千伏的特高压升压变压器投入商业运行，这在全世界尚属首次。用平圩电厂总经理章义发的话说，“这在中国电力工业发展进程中又写下了重要一笔。”

　　在应用特高压升压变技术之前，平圩电厂三期扩建发电机组将电力输送至特高压电网，需要经过二次升压，即先升压至500千伏，再经过500千伏线路送至特高压变电站，最后经特高压自耦变压器升压至1000千伏。

　　应用特高压升压变技术后，除了减少了输电中间环节，特高压升压变一次升压技术到底“好用”在哪里?第一个“吃螃蟹”又是第一个受益的平圩电厂显然最有发言权。

　　“你们也看到了，我们电厂门口的送出走廊已经快满了……”望向电厂外上空，密密麻麻的输电线路几乎占满了空间，正在平圩电厂三期扩建工程检修现场工作的章义发停下脚步，为记者细数了电厂发的电直接接入特高压电网后带来的变化。

　　章义发举了一个例子：“许多电厂，像秦山核电站，厂址很好，很适合扩建。但事实上已经很难扩建，就是因为电厂周围线路密密麻麻排满了，没有路再新建一条走廊了。”如果采用500千伏输电线路，需要接8条线路，而利用特高压线路，两条线路就能送出6台100万千瓦机组的电力，“从电网规划角度讲，这对电厂意义很大。”他说。

　　直接升压可提高电网稳定性

　　除了节省输电走廊，特高压无论从线损，还是送出的安全性、稳定性上，都具有优势。

　　直接升压可提高电网稳定性，华东电力调控分中心书记励刚对这一点非常认同。“皖电东送特高压送端的其他机组，均采用两级升压模式，即先把电压升到500千伏，然后通过输电线路汇集到特高压淮南站，最后通过淮南站的自耦变压器升压到1000千伏线路送出。平圩电厂三期直接升压接入特高压电网，机组与电网更加紧密，送出稳定性大幅提升，这正是直接升压的最大优势。”

　　作为电力专业人士，章义发对“电压升高，电流减少，从而降低线损”的原理了如指掌。而这样的自信，也得到了数据的支撑。在国家电网公司发策部，记者了解到平圩电厂的一组数据：与二次升压相比，特高压升压变等值电阻减少约64%，两台 100万千瓦机组一年就减少电能损耗1640万度。由于减少了输电中间环节，采用一级升压的等值电抗减少了37%，相当于减少500千伏线路47公里。

　　“特高压升压变的研制是国家电网公司组织牵头的，这样的眼光的确十分超前。”章义发感慨道。平圩电厂三期工程2台100万千瓦机组是1000千伏淮南―南京― 上海特高压线路配套的唯一100万千瓦级电源项目。华东地区目前接纳外部清洁能源发电比例非常高，而火电本身调峰能力相对较强，所以从淮南这个起点将火电送到华东电网，特别是通过特高压这种方式，能够起到重要的应急保障作用。通过交流特高压，华东电网形成了一个有机整体，同时解决了外部水电和新能源大幅送入的问题。

　　特高压升压变研发大事记

　　●项目启动(2009.5~2009.10)

　　5月24日在北京召开技术研讨会，项目正式启动。

　　●技术条件制定(2009.9-2009.12)

　　2009年9月，国网电科院编制了特高压升压变压器技术条件初稿。2009年12月底，国家电网公司组织包括发电集团在内的各有关单位和专家审查通过了80万千伏安科研样机的技术条件。

　　●方案设计阶段(2009.10-2010.08)

　　在这一阶段，各制造厂已开始进行多种方案的初步设计和比选。此后，根据发电厂的意见以及项目实际情况，2010年2月国家电网公司在武汉组织项目研讨会，将升压变容量从80万千伏安调整为40万千伏安。

　　2010年4月底~5月初，国家电网公司在北京组织了1000千伏/40万千伏安升压变第一次设计审查会。2010年7月8日～9日，国家电网公司在北京组织召开1000千伏/40万千伏安升压变第二次设计审查会。

　　8月17日～19日，对特变电工沈阳变压器集团有限公司(特变沈变)和西安西电变压器有限责任公司(西电西变)的1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器科研样机设计方案进行了收口审查。

　　【技术研发，一个反复打磨的过程】

　　汇集多方力量 共同研发

　　特高压升压变从一个想法变成现实，还要追溯到6年前，第一条特高压工程投运之时。

　　王晓宁是国家电网公司交流部变压器专责。在特高压交流升压变压器研制项目中，他作为国家电网公司的代表，主要负责沟通协调工作和推动科研按计划开展。他介绍，早在2009年，国家电网公司首个特高压工程晋东南―南阳―荆门1000千伏特高压交流试验示范工程投运后，国家电网公司党组就要求进一步推动创新，开展特高压输电技术深化研究和特高压新设备研制工作。2009年，国家电网公司立了一批课题，第一大类课题是特高压新设备的研制，特高压升压变就是其中的重点之一。

　　“大型能源基地送出，特高压势在必行，由此，也必将出现特高压升压变的问题。”回忆起特高压升压变研发之初，国网电科院副总工伍志荣仍记忆犹新，“尽管意识到特高压升压变课题设立的重要性，但设备最终要由发电公司来用。因此我们就把五大发电集团组织起来，共同研发。”

　　起初，五大发电集团的态度并不相同，面对当时特高压工程建设刚刚起步的现状和高昂的制造、运输成本，设备厂商也一度心存顾虑。但很快，各方就在解决大型能源基地集中送出问题，以及自主创新，提升国内变压器制造业研发实力和制造水平的共同目标下达成一致。

　　2009 年4月，项目最终确定了工作目标和思路，由国家电网公司牵头，五大发电集团组成研制工作组，由科研院所负责系统研究、编制技术规范，组织关键技术研究，并由特变电工沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限责任公司、中电装备山东电力设备有限公司，以及保定天威保变电气股份有限公司4家变压器厂负责设备的设计、制造和试验，由此，研制工作全面启动。

　　运用成熟技术 反复验证

　　提起第一台样机研制试验成功，伍志荣仍显得有些激动。当时，特变电工在样机制造方面的步伐比较快，第一台样机就是沈变制造出来的。在最严苛的条件下，采用最高电压，样机几乎没有放电，“那个场景给我留下了太深的印象。”伍志荣说。

　　伍志荣的激动不是没有理由的。在特高压升压变研发之初，1000千伏的升压变在国内还是空白，没有制定过技术条件和技术要求。在如此高的电压下，调压范围和形式、变压器结构、传递过电压的容量、冷却方式等等细节都需要重新考虑。

　　与试验示范工程用的特高压交流自耦变压器相比，发电厂用特高压升压变在原理和结构型式上都十分不同，在技术上存在着许多难点。用王晓宁的话说，就是要解决“电、磁、热、力”4大问题。

　　首先，由低压27千伏直接升压至1000千伏，传递过电压的问题特别突出，漏磁和局部过热的控制难度也更大。其次，低压绕组的工作及短路电流大、抗短路的问题非常突出。另外，还需要研究全新的线圈结构、主纵绝缘结构和出线结构。除此之外，还需研究满足特殊调压方式和要求、电压等级高的无励磁调压开关。

　　“从设计来讲，升压变不是凭空想象。500千伏和750千伏变压器的技术已经非常成熟，很多东西包括绝缘设计都可以用在升压变上，这是过去的成果和百万交流变压器新成果的结合。但技术是否真正可行，还要经过反复的模拟计算和验证。”王晓宁说。

　　提起联合研发的过程，王晓宁说：“从前期的方案研讨会、设计审查会，到样机制造阶段的总结、鉴定会，定期分阶段召开的专题会议近20次，每次都是各方意见及成果的碰撞和交汇。”他举了一个例子：最初，工作组计划研制单相容量80万千伏安的样机，但电厂出于安全的考虑，更倾向于单机单变的调压方式。除此之外，40万千伏安的变压器在运输方面更具优势，最终，工作组确定采用80万千伏安做研究，科研样机容量确定为40万千伏安。目前，平圩电厂使用的就是40 万千伏安变压器(单相)，采用一台发电机对应一组变压器的形式。

　　经过一年半左右的努力，2010年12月，沈变生产的国内首台1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器样机一次成功通过试验。“当时最大的感受就是松了一口气。我们又完成了一项攻关，这是世界首台，所以当时特别高兴。”沈变副总经理钟俊涛回忆。

　　为能源基地电力送出模式提供参考

　　未来，平圩电厂四期计划扩建4台100万千瓦机组，特高压升压变的成功应用为电厂后续扩建预留了空间，为扩建提供了可能。

　　章义发对记者表示，未来，我国将规划建设多个大型煤电基地，这些基地的电都需要通过特高压交流电网送到华北、华中、华东三大电网。1000千伏电压等级升压变在电厂成功运营，对国家后续电网规划建设具有重大意义。“未来，那么多个千万千瓦基地，规划一个1000万的电源送出，用什么模式建设?我想我们就提供了一个最大的参考。”他说。

　　记者从国家电网公司发策部了解到，目前，国家已批复蒙西、陕北、山西等能源基地到我国京津冀鲁负荷中心的特高压交流输电通道。特高压升压变技术的推广应用，对于推动这些大型能源基地的集约开发，有效解决集中送出面临的输送容量受限、走廊紧张等难题都将产生积极作用。

　　特高压升压变的研发和应用，也为中国装备制造业提升国际影响力发挥了积极作用。“1000千伏升压变压器提升了我国在巴西、欧洲、美国、韩国等市场的国际竞争力，这是前所未有的。”伍志荣说。钟俊涛也表示，这不仅提升了我国在IEC等国际组织的话语权，提升了国际竞争力，同时，更高一级别的技术也将反哺上一个电压等级的技术，形成更加良性的循环。

　　特高压升压变研发大事记

　　●样机制造(2010.08-2011.11)

　　2010年12月17日～18日，国内首台1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器科研样机成功通过试验，完成制造。

　　2011年9月，山东电力设备有限公司完成1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器科研样机试验。

　　2011年11月，西电西变完成1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器科研样机试验。

　　2012年7月，保变完成1000千伏/40万千伏安特高压升压变压器科研样机试验。

　　●样机鉴定(2012.01-2012.03)

　　2011年1月26日，1100千伏/40万千伏安特高压升压变压器通过完成鉴定。

　　2011年10月23日，中电装备山东电力设备制造厂的1100千伏/40万千伏安发电机用特高压升压变压器完成产品鉴定。

　　2012年3月25日，西变研制的1100千伏/40万千伏安发电机用特高压升压变压器完成产品鉴定。

　　2012年8月11日，保变1100千伏/40万千伏安发电机用特高压升压变压器完成产品鉴定。

　　【国家电网公司华东分部保障项目顺利进行】

　　安徽淮南平圩电厂三期工程包括2台100万千瓦超超临界燃煤发电机组，是1000千伏淮南-浙北-上海(皖电东送)特高压工程配套的唯一1000兆瓦级电源项目。百万千瓦机组通过世界首创的百万伏主变压器进行直接升压，送电至百万伏淮南至上海特高压线路，是世界上的第一个“三百工程”，融合了发、输、变电三大领域目前最先进的技术，是新时期厂网合作的典范，开创了中国发电大机组、高电压的新历史，在煤电基地通过特高压远距离输电方面具有极其重要的示范意义。

　　平圩电厂三期2台100万千瓦机组扩建项目2013年2月16日获得国家发改委核准后，国家电网公司华东分部即高度关注该工程的建设进展，同步开展输电能力和运行方式分析工作，按期完成电厂配合改造工程的启动工作，并与电厂保持密切联系，做好电厂与国调中心、国网交流部的协调工作。为保障机组顺利并网调试，国家电网公司华东分部在三月中旬组织调度、安监等专业，赴工程现场开展了交流督查工作，并按期完成调度方案、运行方式及控制限额、安控管理规定、保护和安全自动装置定值单等的流转、签发工作，保障了工程顺利启动和机组并网。