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从创造到引领中国特高压示范工程的调研与思考 |
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6/2/2011 11:03:00 AM
中国工业报
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 作者： 纪明波 薛禹胜 魏昭峰 刘红儒 田卫东 徐向阳 杜煜坤
图为特高压交流示范工程荆门变电站全景 （海波供图）
编者按：4月28日，国家电网公司1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程项目在第二届中国工业大奖表彰大会上荣获中国工业大奖。
该工程由我国自主研发、设计和建设，是目前世界上运行电压最高、技术水平最先进的交流输电工程，占据了世界电网技术的制高点，实现了“中国创造”和“中国引领”。在这一伟大跨越中，有诸多经验值得总结借鉴。
现将中国工业大奖第二考察组就该项目的考察调研报告刊登如下，以飨读者（标题系编者所加）。
国家电网公司1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程是我国的第一个特高压工程，是目前世界上运行电压最高、技术水平最先进、我国具有完全自主知识产权的交流输电工程。
这项工程北起山西长治晋东南变电站，经河南南阳开关站，南止湖北荆门变电站。线路全长640千米，标称电压1000千伏，最高电压1100千伏。工程于2006年8月获得国家核准，同年12月开工建设，2009年1月6日建成投运，连接华北和华中两大电网，至今已安全稳定运行两年多。
这项工程是我国电力工业学习实践科学发展观的世界级重大创新成就，完全由国内自主研究、自主设计、自主制造和自主建设，在特高压输电方面率先实现了“中国创造”和“中国引领”，是世界电力发展史上的重要里程碑。
改革开放以来，我国电力工业长期保持较快增长趋势，2004年的发电装机仅为4.4亿千瓦，2010年的发电装机已增至9.6亿千瓦，而2020年的发电装机预计将超过17亿千瓦，增长空间巨大。我国的能源资源和负荷中心呈逆向分布：70％以上的能源需求集中在东中部，而76％的煤炭资源分布在北部和西北部、80％的水能资源分布在西南部、风电等新能源也主要集中在北部和西北部，远离负荷中心800～3000公里。
我国的资源禀赋和基本国情决定了必须实施远距离、大规模输电，建设坚强电网，在全国范围优化配置和消纳电力。目前我国电网的骨干网架为500千伏电压等级，现有500千伏电网的简单扩大无法满足上述要求，并受到走廊资源和环境保护的双重“硬约束”，必须依托技术创新，转变发展方式、提高发展质量、满足发展需要。
交流输电工程的输送能力与电压平方成正比。在500千伏电网基础上发展1000千伏特高压输电，具有明显优势：
一是输送容量大，自然功率是500千伏线路的4～5倍；二是送电距离远，约是500千伏线路的3倍；三是输电损耗低，约是500千伏的1/3～1/4；四是走廊占地少，单位走廊输送能力约是500千伏的2～3倍；五是联网能力强，稳定极限功率高，有利于构建结构坚强、输电能力强的电网。
发展特高压输电，有利于全面提升我国电网的资源优化配置能力，促进大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地的集约化开发利用，解决长期困扰我国的煤电运紧张难题，促进清洁能源发展，保障国家能源安全和电力可靠供应，是我国电力工业科学发展的迫切需要。
发展特高压输电是国家从能源和电力工业发展全局作出的重大战略决策和部署，2005年5月，特高压试验示范工程建设列入国务院《今明两年能源工作要点》；2005年12月，发展特高压输电技术列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》；2006年2月，特高压输变电成套设备研制列入《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》；2006年10月，特高压输变电系统开发与示范列为“十一五”国家科技支撑计划项目；2007年1月，特高压输变电与电力系统安全关键技术开发和试验设施建设列入国家自主创新基础能力建设“十一五”规划；2007年6月，研究开发特高压输电技术与装备列入《中国应对气候变化国家方案》；2006年8月，国家核准建设特高压交流试验示范工程，作为我国发展特高压输电技术的依托工程。
该工程研发、设计和建设中，有以下六大成功经验：一、敢为人先，引领电网发展潮流
电压等级越高，研究开发的技术难度越大、安全可靠性的要求越高。特高压输电技术是国际电力工业的珠穆朗玛峰，达到了现有工业水平的极限，研究工作极具挑战和风险。上世纪60～90年代，前苏联、美国、日本、意大利等国开展了特高压交流输电的前期研究，建设了试验工程和试验站，但没有成熟的技术和设备，没有成功商业运行的经验，更没有技术标准和规范。目前，国外交流输电的最高电压等级为750千伏等级。
我国的特高压交流试验示范工程代表了国际高压输电技术研究和工程应用的最高水平，需要系统研究并掌握世界上一个全新电压等级从系统规划、工程设计、设备制造、施工安装、调试试验到运行维护的全套关键技术，需要在世界上首次研制电压最高、容量最大的变压器、高抗和开关等核心设备。2005年，国务院在听取国家电网公司建议发展特高压输电的汇报后，特别强调“特高压输变电技术在国际上没有商业运行业绩，我国必须走自主开发研制和设备国产化的发展道路”。
特高压输电核心技术既“不能买”,也“买不来”，必须立足国内、自主创新，经过艰苦努力，在世界上率先实现技术突破。特高压交流试验示范工程承载着中国几代电力人赶超世界先进水平的梦想，是我国电力工业和电工装备制造业在国际上实现从学习者、追赶者向引领者转换的历史舞台。
二、自主创新，勇攀科学技术高峰
为应对一个全新电压等级面临的一系列问题，在国家统一领导下，国家电网公司建立了政府支持、企业主导、产学研联合、社会各方参与的特高压创新工作体系，研究提出了“基础研究—工程设计—设备研制—试验验证—系统集成—工程示范”的创新路线，统筹国内各方资源，以工程应用为导向，全面开展了特高压关键技术的自主攻关。
据统计，有227家单位约5万人参与了项目论证和工程建设。其中包括10多个行业组织和咨询机构、8所高等院校、100多家科研设计、设备制造和建设运行单位，30多名院士、2000余名专家学者。这充分体现了社会主义集中力量办大事的优越性。
为支撑科研、掌握技术规律，建设了武汉特高压交流试验基地、北京工程力学试验基地、西藏高海拔试验基地和国家电网仿真中心，改造了西安高电压、强电流试验站，升级了制造厂的试验检测能力，建成了世界上功能最完整、技术水平最先进的特高压试验研究体系，为科学研究奠定了的实证基础。通过“十一五”国家科技支撑计划“特高压输变电系统开发与示范”等180余项重大课题攻关，全面攻克了特高压系统的过电压深度控制、绝缘配合、无功平衡、潜供电流控制、外绝缘配置、雷电防护、电磁环境控制和大电网运行控制等关键难题，在世界上率先掌握了特高压交流输电的全套核心技术，共形成专利技术431项（其中发明专利185项），占领了国际高压输电领域的制高点，技术水平国际领先。
在科研攻关和工程实践的基础上，同步推进标准化建设。在世界上率先建立了由7大类77项国家标准和行业标准构成的特高压交流输电标准体系，已发布国家标准16项、行业标准1项、企业标准73项，为特高压输电的发展奠定了坚实基础，同时极大地提升了我国在国际电工标准制定领域的话语权。我国的特高压标准电压已被推荐为国际标准电压。
三、立足国内，攻克装备制造难关
与国外先进企业特别是大型跨国公司相比，国内电工装备制造业在规模、效益、管理及产品的性能和质量等方面仍有一些差距，综合竞争能力处于弱势地位，而自主创新能力和技术开发能力尤为欠缺。利用我国发展特高压输电的契机，依托特高压工程建设，集中优势力量突破高端产品核心技术，是我国电工装备制造业实现跨越式发展的重大历史机遇。国家高度重视装备制造业的振兴，特别明确特高压交流试验示范工程是我国特高压设备自主化的依托工程。
国家电网公司为此要求工程设备全部立足国内研制供货，坚持了以我为主、自主创新的国产化路线。特高压设备大都达到了设计和制造极限，常规设备的制造、运行经验不能确保对特高压设备特性的精确把握，极具挑战和风险。为成功实现设备国产化研制，国家电网公司研究提出了依托工程、业主主导、专家咨询、质量和技术全过程管控的产学研用联合创新模式，充分调用各种资源和力量，组成由专家委员会和科研、设计、制造、试验、建设、运行单位以及高校组成的常态设备研制工作体系，打破了业主与厂家、厂家与厂家之间的技术壁垒，集中力量进行开放式创新，形成了创新合力。
在国家电网公司的全面主导下，电力装备行业通力合作，大专院校和研究机构大力支持，用短短四年时间，走过了前苏联和日本等国15～20年的道路并实现了全面超越，研制成功了代表世界最高水平的全套特高压设备，创造了一大批世界纪录，设备国产化率达到90%，掌握了核心技术，形成了批量生产能力，实现了国内电工装备制造的产业升级。国际上电压最高、容量最大、损耗最小的变压器和并联电抗器，技术水平最先进的气体绝缘金属封闭组合电器等高端设备均为“中国制造”。
在特高压项目带动下，国产全系列高压设备制造水平和品牌形象大幅提升，在国际国内市场竞争中形成了核心竞争力，掌握了国内市场主动权，并全面进军国际市场。依托特高压工程实践，我国输变电设备制造企业已进入从“装备中国”向“装备世界”转变、实现跨越式发展的重大战略机遇期。
四、安全可靠，奠定科学发展基础
工程投运至今已安全运行28个月，最大输送功率283万千瓦，一般输送功率100～250万千瓦，按设计预期实现了大容量送电，经受了雷雨、大风、高温、严寒等恶劣条件以及各种运行方式、运行操作和电网故障扰动的考验，未发生任何因特高压设备和系统缺陷引发的事故。
运行过程中，特高压工程沿线2000米走廊通道内先后遭受雷击5000余次，但未发生任何雷击跳闸，成功解决了国外同类工程雷击跳闸率过高难题，运行可靠性优于同走廊的500千伏工程。特高压设备的在线监测和年度例行试验结果表明，设备参数与初始值完全一致，指标优异、性能稳定。
工程连接华北和华中两大电网，总装机容量达到3.7亿千瓦，联网系统运行稳定，潮流、电压和频率控制有效。工程与原来500千伏联网方式比较，资源配置能力显著加大，系统抗扰动能力增强，事故支援能力提高，已成为我国南北方向的一条重要能源输送通道，经济社会效益十分显著。
截至2011年4月底，已累计送电234亿千瓦时，其中华北火电送华中155亿千瓦时，替代运送标煤500万吨；华中水电送华北79亿千瓦时，相当于节约标煤255万吨、减排二氧化碳694万吨。实测输电损耗率仅为1.7%，约为500千伏工程的1/3，节能降耗效果十分显著。
2009年末，通过该工程向华中的紧急支援功率达到248万千瓦、日均电量约5000万千瓦时，对缓解华中电网的供电紧张局面发挥了十分重要的作用。随着特高压电网的逐步建设，工程的输送能力将进一步释放、作用将进一步凸显，发挥更为显著的经济和社会效益。
工程的成功实践，全面验证了特高压输电的技术可行性、设备可靠性、系统安全性、环境友好性和经济合理性，使我国具备了规模应用特高压输电技术的条件。特高压输电技术的全面突破，为我国电网科学发展奠定了坚实基础。
五、全面突破，树立电力工业丰碑
工程严格按照国家要求建设，全面实现了安全、质量、进度和投资控制目标，提升了电网技术水平，实现了电工装备制造的产业升级，通过了水利部、环保部、科技部、国家能源局和国家档案局的水土保持、环境保护、科研攻关、设备国产化与工程档案国家专项验收。2010年9月，经上报国务院同意，国家发展改革委批复了国家验收意见。工程全面通过了国家组织的验收，获得高度评价，并得到党和国家领导人的充分肯定。
工程的成功在国内外引起广泛关注。被授予第二届中国工业大奖、国家优质工程金质奖、中国标准创新贡献奖一等奖、国家重大工程标准化示范、新中国成立60周年百项经典暨精品工程等重要荣誉。国际大电网会议、国际电工委员会、国际电气电子工程师学会等国际组织在工程投运后给予了高度评价，认为是“世界电气工程领域具有重要意义的成功”，“为国际特高压输电技术的发展作出了重大贡献”，“无论对中国还是世界都有重要意义”，是“世界电力工业发展史上的重要里程碑”。
六、百炼成钢，铸就特高压精神
电网发展的世界性难题在中国。发展特高压既是重大创新，也是重大挑战。在提出发展特高压战略构想、全面启动特高压工作之初，无论是国内还是国外都没有现成的技术、设备和标准可以利用，必须率先实现“中国创造”和“中国引领”。
作为能源领域的世界级重大创新工程，推进特高压发展的过程，是一个探索规律、锐意创新的过程，是一个统一思想、凝聚共识的过程，是一个团结奋斗、攻坚克难的过程，也是一个挑战自我、攀登高峰的过程。特高压的成功，靠的是忠诚与责任，靠的是奉献与付出，靠的是团结与奋斗。
通过特高压建设，我国实现了核心技术、关键装备、工程建设、标准制定和工程应用五大创新突破，创造了具有鲜明时代特色的“特高压精神”，这就是忠诚报国的负责精神、实事求是的科学精神、敢为人先的创新精神、百折不挠的奋斗精神和团结合作的集体主义精神，为电网的创新发展提供了强大动力。
当前，全球正经历着一场以能源多元化、清洁化为方向，以优化能源结构、实现能源转型为目标，以清洁能源和智能电网为特征的新一轮能源变革。特高压技术的全面突破，为中国乃至世界电力工业的创新变革提供了战略选择。巴西、俄罗斯、印度等国已相继将特高压作为能源和电力发展的重要方向。
从我国情况看，加快发展特高压的任务非常紧迫。转变经济发展方式是我国“十二五”发展的主线。要转变经济发展方式，需要转变能源发展方式，转变我国过度依赖输煤的能源配置方式和就地平衡的电力发展方式，推动能源生产和利用方式的变革。尽快形成交直流协调发展、结构布局合理的特高压骨干网架，在此基础上构建起资源配置能力强、抵御风险能力强、技术装备水平先进的坚强智能电网，加快形成现代电网体系，适应各类大型能源基地集约化开发和清洁能源大规模外送消纳的要求，是转变电力发展方式的关键，是满足经济社会发展的基本需求。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中已明确指出，要“适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电东送规模，完善区域主干网，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术”。
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