特高壓科研創(chuàng)新提供堅強聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)——訪中國科學院院士、國家電網(wǎng)公司副總工程師陳維江
文 / 本刊記者 房曉童
人物簡介
中國科學院院士，教授級高級工程師，高電壓與絕緣技術(shù)專家，現(xiàn)任國家電網(wǎng)公司副總工程師。長期從事電力系統(tǒng)電磁瞬態(tài)分析方法與防護技術(shù)研究。曾獲國家科學技術(shù)進步特等獎，國家技術(shù)發(fā)明二等獎。
2016年政府工作報告首次提出“建設(shè)特高壓”。多年來，我國特高壓科研和工程實踐有了長足發(fā)展進步。未來，構(gòu)建“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”的全球能源互聯(lián)網(wǎng)，特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵。近日，記者就特高壓輸電科研創(chuàng)新與發(fā)展，采訪了中國科學院院士、國家電網(wǎng)公司副總工程師陳維江。
《國家電網(wǎng)》
今年政府工作報告首次提出“建設(shè)特 高壓”。作為我國特高壓科研和實踐全程的親歷者，您認為有何意義？
陳維江：
今年的政府工作報告第一次明確提出發(fā)展特高壓輸電，推廣應(yīng)用特高壓技術(shù)，將助力解決我國能源發(fā)展問題，是非常有意義的。
我國特高壓輸電技術(shù)研發(fā)可以追溯到上世紀80年代中期。蘇聯(lián)建設(shè)的交流特高壓試驗工程投入運行時，我國剛開始應(yīng)用500千伏輸電等級。當時的一批老專家跟蹤國外特高壓技術(shù)研究進展，翻譯了大量技術(shù)資料。隨后國家也給予了支持，1996年，原武高所在戶外試驗場建設(shè)了1000千伏交 流試驗線段，開展了電磁環(huán)境與外絕緣等研究。直到2004年，我國關(guān)于特高壓輸電必要性、可行性的小規(guī)模研究從未間斷。
2004年，國家電網(wǎng)公司提出了發(fā)展和應(yīng)用特高壓輸電技術(shù)的戰(zhàn)略布局，集合科研、設(shè)計、設(shè)備、施工等100余家單位開展協(xié)同攻關(guān)，攻克了交流1000千伏、直流±800千伏特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)。
2009年1月，1000千伏交流試驗示范工程建成投運；次年7月，向家壩—上?！?00千伏直流示范工程建成投運。這標志著我國特高壓交直流輸電技術(shù)取得重大突破，躋身高壓輸電領(lǐng)域國際領(lǐng)先行列。在隨后的7年中，我們通過工程建設(shè)和運行不斷總結(jié)經(jīng)驗，深化關(guān)鍵技術(shù)研究，形成一批新的科研成果，使特高壓交直流輸電技術(shù)又上了一個新臺階。
可是在這之前，我國每個電壓等級的出現(xiàn)，都比發(fā)達國家晚了約20年，我國電力工業(yè)沿襲了跟蹤國外發(fā)展的模式。近10多年來，我們從跟蹤變?yōu)樽汾s，并實現(xiàn)趕超，提升了我國在國際電工領(lǐng)域的影響力。這次發(fā)展特高壓被寫入政府工作報告，這是對創(chuàng)新 本身的認可，也是具有里程碑意義的標志。國家推動特高壓的技術(shù)應(yīng)用， 有助于我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化。
《國家電網(wǎng)》
特高壓交直流示范工程之后，又有哪些創(chuàng)新的成果？
陳維江：
在線路方面，試驗示范工程是單回路，為了充分利用特高壓線路走廊，實現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好，7年來， 我們在交流特高壓方面又突破了更具優(yōu)勢的同塔雙回技術(shù)。2013年淮南—浙北—上海工程投運就是一個里程碑。同塔雙回線路的電磁環(huán)境、系統(tǒng)運行特性、線路本體設(shè)計等技術(shù)難題，均通過這些年的自主研發(fā)、協(xié)同攻關(guān)取得了突破。
變電技術(shù)方面也有提升。交流試驗示范工程的兩個變電站是HGIS，一個變電站是GIS。為了節(jié)省土地，更好發(fā)揮GIS的技術(shù)優(yōu)勢，后來的變電站都使用GIS。 特別值得一提的是，GIS變電站中隔離開關(guān)在關(guān)合空載母線時產(chǎn)生的波前時間極短的過電壓，稱為“特快速瞬態(tài)過電壓”。它最高頻率可達百兆赫茲，對設(shè)備絕緣可能產(chǎn)生危害，還可能干擾控制保護系統(tǒng)。對它的研究，國際上比較少。這7年，我們對特快速瞬態(tài)過電壓的測量、仿真、抑制，以及絕緣配合、二次設(shè)備電磁干擾等，都開展了攻關(guān)研究，實現(xiàn)了突破?？蒲谐晒{入了國際大電網(wǎng)組織（CIGRE）專門的工作報告。
電磁環(huán)境方面，從單回到同塔雙回，電磁環(huán)境可能有疊加效應(yīng)，要讓特高壓技術(shù)成為環(huán)境友好型技術(shù)，更要解決這個問題。國家設(shè)立了973重 大科研計劃“特高壓交直流輸電系統(tǒng)電磁與絕緣特性基礎(chǔ)問題研究”，經(jīng)過5年研究，從技術(shù)到實踐都解決得很好。四個指標——地面1.5米處的工頻電場、磁場、電暈噪聲、無線電干擾，控制到了與500千伏相當?shù)乃?，甚至低于這個水平，確實做到了環(huán)境友好，對普通居民沒有影響。直流±800千伏的電磁環(huán)境與交流工程不同，直流具有單極性，發(fā)生電暈后，空間電荷在恒定電場作用下向空間擴散，控制難度更大。離子流的場和標稱場形成的“合成場”，要滿足國家規(guī)定的標準限值，才能做到環(huán)境友好。我們的幾個工程都通過技術(shù)創(chuàng)新達到了標準。
特別是特高壓直流輸電，通過技術(shù)創(chuàng)新，不斷實現(xiàn)了輸送容量、電壓等級提升。向上工程額定容量640萬千瓦，錦蘇是720萬千瓦，再到哈鄭工程達到800萬千瓦，也就是俗稱的“雙八百”。后來的幾個直流工程按照“雙八百”設(shè)計。此后又提升至1000萬千瓦，在錫盟—泰州、上海廟—臨沂這兩項工程應(yīng)用。直流線路方面， 大截面導線從早期720平方毫米截面提升到1250平方毫米，去年在靈紹工程成功展放。
在±800千伏基礎(chǔ)上，公司經(jīng)過大量研究，將直流再次提升到±1100千伏、容量達1200萬千瓦，其設(shè)備研制、電磁環(huán)境控制、絕緣配合等技術(shù)難度增加。仍是靠產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，目前關(guān)鍵問題都突破了，核心設(shè)備也研發(fā)成功了。去年年底，國家核準了±1100 千伏、1200 萬千瓦容量準東—皖南工程，成為一個新的里程碑。
總體上，7年來，交流的每項工程都有技術(shù)提升；直流不僅技術(shù)，電壓等級也提高了，取得了更新更大的突破。
《國家電網(wǎng)》
特高壓已經(jīng)走出國門，未來將應(yīng)用更廣。我們的自主創(chuàng)新在國際電工領(lǐng)域產(chǎn)生了怎樣的影響？
陳維江：
2004年年底到現(xiàn)在，特高壓輸電技術(shù)在國家電網(wǎng)公司主導下，從研發(fā)成功到不斷深化提升，一直是創(chuàng)新到實踐、實踐再創(chuàng)新的過程。我親歷了這個過程，深刻體會到在公司黨組的堅強領(lǐng)導下，特高壓輸電在國內(nèi)的從無到有，再到應(yīng)用提升，成為我國工業(yè)領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新的典范，為工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展闖出了一條路子。從管理上，以企業(yè)為主導，聯(lián)合科研、高校、制造、 設(shè)計等方面真正組成協(xié)同創(chuàng)新團隊，體現(xiàn)得十分到位。
之前國際上最高輸電電壓等級，交流是750千伏，直流是±600千伏。我們的突破，使得我國在高壓輸電領(lǐng)域提升到領(lǐng)先地位。在國際的電工領(lǐng)域我們過去基本是跟人家學，但是現(xiàn)在的國際話語權(quán)大不一樣了。在電工領(lǐng)域的三大國際組織——國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）、國際電工委員會（IEC）、國際電氣與電子工程師學會（IEEE）中，中國的影響力大幅提升。很多工作組都是中國專家牽頭，擔任主席、秘書長等職務(wù)，以前是不可想象的。過去，我們參加學術(shù)會議只能坐在邊上聽，發(fā)言機會很少；即使有機會發(fā)言，意見被采納的也不多。現(xiàn)在，中國特高壓交直流輸電技術(shù)起主導作用，國際上的看法發(fā)生了很大變化，認為中國確實實現(xiàn)了重大突破，為世界高壓輸電技術(shù)發(fā)展貢獻了力量。我們的工作、形成的標準，得到國際同行的高度認可。
IEC專設(shè)了兩個特高壓委員會，直流TC 115和交流TC 122都由國家電網(wǎng)公司專家主導。我們還在IEEE發(fā)起并主導制定了三個關(guān)于特高壓交流輸電的標準，已經(jīng)發(fā)布；目前還在IEC做一些相關(guān)的特高壓輸電標準。CIGRE也有多個工作組基于中國的經(jīng)驗形成相應(yīng)技術(shù)報告。
《國家電網(wǎng)》
公司持續(xù)推進特高壓科研創(chuàng)新，對我國這一領(lǐng)域的人才儲備發(fā)揮了怎樣的作用？
陳維江：
國家電網(wǎng)公司在特高壓方面的貢獻，體現(xiàn)在工程建設(shè)上，也體現(xiàn)在人才培養(yǎng)上。高壓輸電領(lǐng)域涉及多個技術(shù)環(huán)節(jié)和部門。特高壓創(chuàng)新把不同單位的科研人員聚集在一起，鍛煉了一支協(xié)同創(chuàng)新的隊伍，在協(xié)同管理方面積累了豐富經(jīng)驗，為國家的重大技術(shù)創(chuàng)新模式提供了重要參考，研究人員也獲得了成長。十幾年來，參與特高壓的科研和制造企業(yè)人員，學術(shù)有建樹、管理有提高，有的成了技術(shù)骨干，有的走上了管理崗位。
特高壓創(chuàng)新同時促進了高電壓與絕緣技術(shù)學科的發(fā)展和人才培養(yǎng)，以973重大計劃為例，2011年啟動以來，中國電科院(300215,股吧)、中國科學院電工所、武高院，以及清華大學、華北電力大學、西安交通大學、武漢大學、華中科技大學、浙江大學、重慶大學十家單位共120多名科研人員參與。五年研究中，一批科研骨干成長起來，學科發(fā)展也提升了一個臺階。培養(yǎng)和造就了一批高科學素質(zhì)、有創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才，培養(yǎng)了多名本領(lǐng)域國際知名專家。建立起了高壓輸電領(lǐng)域的中青年技術(shù)骨干隊伍。已經(jīng)培養(yǎng)了83名碩士研究生、64名博士研究生。
《國家電網(wǎng)》
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動國內(nèi)電網(wǎng)乃至跨國高電壓等級電網(wǎng)互聯(lián)，將對特高壓科研提出什么新要求？
陳維江：
全球能源互聯(lián)網(wǎng)是一項宏大的系統(tǒng)工程。用特高壓輸電進行跨國電網(wǎng)互聯(lián)，輸電距離會更長，復雜的地理、 氣象條件會帶來以前沒有遇到過的問題，還要圍繞可靠性和經(jīng)濟性深入開展科研工作。
目前我?guī)е蒲嘘犖檫€在做相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作，在總結(jié)現(xiàn)有特高壓工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)備性能、工藝等，降低成本，并應(yīng)對各種復雜環(huán)境問題，在差異化技術(shù)上做文章，提升特高壓工程的可靠性和經(jīng)濟性。
