我國是一個(gè)能源與電力負(fù)荷分布不平衡的國家，全國煤炭資源近80%集中在西部、北部地區(qū)，2/3以上的可開發(fā)水能資源分布在四川、西藏和云南，而全國2/3以上的電力負(fù)荷集中在京廣鐵路以東地區(qū)。特高壓直流輸電正是滿足我國超大容量、超遠(yuǎn)距離輸電，實(shí)施西電東送戰(zhàn)略的重大技術(shù)，能有效解決清潔能源并網(wǎng)，減少大氣污染，帶動基建、電力裝備等產(chǎn)業(yè)聯(lián)動，是保增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、促消費(fèi)、治霧霾的重要舉措。

換流閥設(shè)備是特高壓直流輸電工程的核心部件。目前，國內(nèi)運(yùn)行的特高壓換流閥產(chǎn)品額定電壓為±800kV，額定電流5000A。國外電壓等級最高的直流工程是印度±800kV、3750A特高壓直流輸電工程。特高壓6250A直流輸電換流閥輸送容量較±800kV/5000A換流閥提升了25%。進(jìn)一步提高了輸送效率，大大節(jié)約了成本，在世界范圍內(nèi)屬于同類產(chǎn)品通流能力之最，在國際上屬首次開發(fā)。

在國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目及許繼集團(tuán)重大科研項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目基金支撐下，通過對高壓直流輸電換流閥設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)的探索、研究，許繼集團(tuán)成功研制出了6250A特高壓直流輸電換流閥設(shè)備，全面攻克了6250A直流換流閥基礎(chǔ)理論、成套設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備研制、集成技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)，掌握了核心技術(shù)，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，滿足我國電力技術(shù)及建設(shè)快速發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

許繼集團(tuán)作為國內(nèi)重要的換流閥研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，參與了我國已建成和正在建設(shè)的全部特高壓直流輸電工程換流閥技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品供貨任務(wù)，為6250A換流閥關(guān)鍵技術(shù)突破奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

按照國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一部署，許繼集團(tuán)積極組織科研團(tuán)隊(duì)開展技術(shù)攻關(guān)，突破了眾多技術(shù)難題，歷時(shí)8個(gè)月成功研制出世界首個(gè)額定電流6250A的特高壓直流輸電換流閥組件，并于2013年9月率先完成運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。本成果主要技術(shù)指標(biāo)居世界第一：額定電流6250A，過負(fù)荷電流6238A，耐受故障電流63kA。

項(xiàng)目在元部件散熱、寬頻建模、水路設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、多源合成試驗(yàn)等方面取得了一系列自主創(chuàng)新成果。

主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1. 提出了大電流條件下?lián)Q流閥散熱及冷卻優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用多物理場耦合仿真工具對換流閥冷卻系統(tǒng)尤其是晶閘管以及閥飽和電抗器的水路系統(tǒng)進(jìn)行電場、磁場以及熱場仿真分析，提出冷卻優(yōu)化方案，以保證換流閥在額定功率及過負(fù)荷等特殊工況下的可靠運(yùn)行能力。

2. 提出了大電流條件下?lián)Q流閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研究了大電流條件下?lián)Q流閥的電氣性能，機(jī)械性能，熱性能以及絕緣材料的老化性能。

3. 提出了換流閥關(guān)鍵元器件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵元器件設(shè)計(jì)中，晶閘管、閥電抗器和散熱器采用新的設(shè)計(jì)方法，確保元器件滿足特高壓大電流的運(yùn)行條件。

4. 提出了特高壓6250A換流閥絕緣配合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用仿真計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了不同設(shè)計(jì)策略對最大電場強(qiáng)度、起暈電壓、電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力、制造成本、閥及閥廳尺寸、可靠性等的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大降低了雙閥組串聯(lián)換流閥的絕緣水平，節(jié)約了成本，減小了閥廳尺寸。

5. 提出了換流閥高效冷卻方法，發(fā)明了基于多列直通湍流式散熱結(jié)構(gòu)的換流閥串并聯(lián)水路結(jié)構(gòu)，克服了并聯(lián)水路結(jié)垢和串聯(lián)水路散熱效果差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效散熱和無結(jié)垢的統(tǒng)一。

6. 提出了閥控設(shè)備同步觸發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了特高壓條件下大規(guī)模晶閘管串聯(lián)同步觸發(fā)技術(shù)難題，做到了單閥內(nèi)90個(gè)晶閘管觸發(fā)時(shí)差小于1μs。

7. 首次在6250A閥控設(shè)備上實(shí)現(xiàn)接口信號錄波功能，能夠?qū)崟r(shí)記錄換流閥狀態(tài)參數(shù)，以及控保接口信號，便于現(xiàn)場故障的快速定位。

8. 基于換流閥運(yùn)行試驗(yàn)等效機(jī)理，采用多源合成試驗(yàn)方法研制出國際上綜合試驗(yàn)?zāi)芰ψ顝?qiáng)(運(yùn)行電流6.5kA，短路電流65kA)的換流閥合成試驗(yàn)回路。

產(chǎn)品通過了運(yùn)行型式試驗(yàn)和絕緣型式試驗(yàn)，獲得授權(quán)專利9項(xiàng)，受理專利20項(xiàng)。

社會經(jīng)濟(jì)效益

±800kV/6250A特高壓直流輸電工程額定輸送容量可達(dá)10000MW，能夠大大提高現(xiàn)有特高直流輸電工程的電力輸送能力，能夠以高效環(huán)保的輸電方式，減少輸電走廊占地面積、提高輸電效率、降低輸電成本，滿足國家大氣污染綜合治理方案的貫徹執(zhí)行，并能作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的有利實(shí)踐工具，積極響應(yīng)國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略。

國家電網(wǎng)2020年前規(guī)劃將建設(shè)27回特高壓直流輸電工程，其中包括錫盟-泰州和上海廟-山東兩條特高壓6250A直流工程。此外，國外新興經(jīng)濟(jì)發(fā)展體俄羅斯、巴西、印度、巴基斯坦等國家也規(guī)劃了容量可觀的特高壓直流工程，由此可見， 6250A特高壓直流輸電換流閥發(fā)展前景十分可觀。

通過6250A特高壓直流輸電換流閥項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)品創(chuàng)新，許繼集團(tuán)獲得了其核心關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的6250A換流閥產(chǎn)品。在完善國內(nèi)自主化特高壓直流輸電換流閥設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的同時(shí)，進(jìn)一步鞏固了我國特高壓直流輸電換流閥技術(shù)和產(chǎn)品國際領(lǐng)先的優(yōu)勢地位。