北京換流站現(xiàn)場圖。聯(lián)研院供圖

作為2022年冬奧會(huì)清潔能源配套項(xiàng)目，由國家電網(wǎng)承建的張北柔直工程是世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)工程，總換流容量900萬千瓦，將張北地區(qū)豐富的風(fēng)能、光能等清潔能源連接在一起，實(shí)現(xiàn)張北地區(qū)新能源匯集外送。工程每年可向北京地區(qū)輸送約140億千瓦時(shí)的清潔能源，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸，助力冬奧場館實(shí)現(xiàn)100%清潔能源供電。

這項(xiàng)工程的核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備均為國際首創(chuàng)，囊括了12項(xiàng)世界第一!而在這一重大工程中，堪稱“心臟”的柔性直流換流閥誕生于北京未來科學(xué)城“能源谷”內(nèi)，由國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院(聯(lián)研院)幾代科研人不懈努力，成功研發(fā)。

為何說柔性直流換流閥是張北柔直工程的“心臟”?聯(lián)研院直流所科研人員宗文志告訴記者，在每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)必須有換流閥存在，它的主要作用是在送端將各種清潔能源整合打包變?yōu)橹绷麟娸斔椭潦芏耍谑芏送ㄟ^它再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電送給用戶。

北京換流站俯視圖。聯(lián)研院供圖

此次應(yīng)用在張北柔直工程中的換流閥究竟有何技術(shù)難點(diǎn)?宗文志介紹，它是目前世界上電壓等級最高，可傳輸容量最大的柔性直流輸電核心設(shè)備。“電壓等技術(shù)參數(shù)提高，導(dǎo)致?lián)Q流閥運(yùn)行工況比兩端柔性直流輸電系統(tǒng)更為復(fù)雜，故障傳播速度更快，對閥控系統(tǒng)提出了微秒級超高速控制保護(hù)要求。”

2016年，聯(lián)研院正式啟動(dòng)了“高壓大容量柔性直流電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，經(jīng)過一年多的集中研發(fā)，2017年6月，±500kV/3000MW級柔性直流換流閥研制成功，并通過全部型式試驗(yàn)，換流閥總體技術(shù)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。

2018年，張北柔直工程正式動(dòng)工，2019年底，工程北京換流站現(xiàn)場調(diào)試正式開始。北京換流站坐落于北京延慶山區(qū)的一座山頂，深冬時(shí)節(jié)，寒風(fēng)凜冽，氣溫低至零下20℃。為了保證工程進(jìn)度，換流閥調(diào)試團(tuán)隊(duì)技術(shù)人員提前奔赴現(xiàn)場，在設(shè)備控制室未完全建好的艱苦環(huán)境下毅然開始分系統(tǒng)調(diào)試工作。

設(shè)備控制室的地板下一般中空用于鋪設(shè)控制光纖，調(diào)試初期，設(shè)備控制室地板還沒安裝，整個(gè)地面上只有不到一腳寬的支撐鋼條縱橫交錯(cuò)。在沒有任何取暖設(shè)施的情況下，調(diào)試人員每天穿著笨重的棉服，踩著支撐鋼條走入控制室，站在設(shè)備邊臨時(shí)鋪設(shè)的木板上進(jìn)行調(diào)試工作。面對如此艱苦的工作環(huán)境，團(tuán)隊(duì)中最年輕的技術(shù)人員武思捷苦中作樂地調(diào)侃道：“經(jīng)過這次調(diào)試，平衡能力大增，可以C位出道當(dāng)雜技演員了。”

現(xiàn)場工作人員路建良擔(dān)負(fù)著把控測試進(jìn)度，解決現(xiàn)場問題的職責(zé)，溝通工作繁忙。控制室沒有手機(jī)信號，路建良只能頻繁地去戶外冰天雪地里接打各類電話，很長一段時(shí)間，呼呼風(fēng)聲成了老路電話自帶的背景音。

正是在整個(gè)團(tuán)隊(duì)的共同努力下，張北柔直工程北京換流站系統(tǒng)調(diào)試圓滿完成，換流閥設(shè)備性能優(yōu)越，一次上電成功，一次解鎖成功。

今年以來，新冠肺炎疫情突發(fā)，團(tuán)隊(duì)成員們依然心系張北柔直工程。開放復(fù)工以后，團(tuán)隊(duì)調(diào)試成員在做好健康篩查、復(fù)工登記后，立馬奔赴現(xiàn)場開展端對端大功率試驗(yàn)。經(jīng)過幾周每天24小時(shí)輪班試驗(yàn)，今年4月，新能源并網(wǎng)接入系統(tǒng)調(diào)試圓滿成功。

除了換流閥，張北柔直工程中還應(yīng)用了聯(lián)研院研發(fā)的高壓直流斷路器。“斷路器可以看做是柔性直流輸電安全可靠運(yùn)行的保險(xiǎn)栓，當(dāng)某處出現(xiàn)重大短路故障，它將自動(dòng)切斷幾十千安的電流，保證關(guān)鍵設(shè)備不被燒壞，確保了張北柔直工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。”宗文志表示。