張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“張北柔性直流工程”)是世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)工程，也是世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的柔性直流工程。工程額定電壓±500千伏，建設(shè)666公里±500千伏直流輸電線(xiàn)路，新建張北、康保、豐寧和北京4座換流站，總換流容量900萬(wàn)千瓦。工程匯集了大規(guī)模風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、抽蓄等多種形態(tài)能源輸送方式，可滿(mǎn)足河北張家口地區(qū)新能源送出和北京市接納新能源電量的需要，并支撐冬奧場(chǎng)館全清潔能源供電，對(duì)推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命將起到科技引領(lǐng)示范作用。

張北換流站全站鳥(niǎo)瞰圖(浙江院/供圖)

當(dāng)冬奧會(huì)進(jìn)入“北京時(shí)間”，服務(wù)清潔低碳奧運(yùn)的又一重大電力工程開(kāi)工。

2月28日，張北柔性直流工程開(kāi)工動(dòng)員大會(huì)在北京召開(kāi)。

在此項(xiàng)工程中，共有13家設(shè)計(jì)院聯(lián)合承擔(dān)換流站、光纖通信和輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)，其中8家來(lái)自中國(guó)能建。浙江院中標(biāo)張北換流站勘察設(shè)計(jì)，中電工程西南院中標(biāo)豐寧換流站勘察設(shè)計(jì)，中南院中標(biāo)北京換流站勘察設(shè)計(jì)，華北院、東北院、安徽院、湖南院、江蘇院中標(biāo)輸電線(xiàn)路勘察設(shè)計(jì)。此外，電規(guī)總院北京洛斯達(dá)公司中標(biāo)工程航拍數(shù)字技術(shù)服務(wù)，天津電建中標(biāo)北京段換流站工程第一標(biāo)段建筑工程施工。

集成最新柔性直流技術(shù)

北京延慶，長(zhǎng)城腳下，張北柔性直流工程北京換流站已經(jīng)開(kāi)工建設(shè)，這是中電工程中南院中標(biāo)的第三個(gè)柔直項(xiàng)目。

工程首次采用真雙極、半橋MMC+直流斷路器構(gòu)建直流電網(wǎng)技術(shù)，核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備均為國(guó)際首創(chuàng)，將創(chuàng)造12項(xiàng)世界第一。多種新技術(shù)的使用，帶來(lái)了設(shè)計(jì)上的諸多挑戰(zhàn)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的理論功底、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維提出了更高要求。

4座換流站中，北京換流站容量、規(guī)模最大，占地面積卻最小;交直流合建，500千伏交流變電站采用全戶(hù)內(nèi)布置，配電裝置在二樓，布置形式罕見(jiàn)。中南院各專(zhuān)業(yè)密切配合，在充分調(diào)研、收資的基礎(chǔ)上，充分利用每一寸土地，采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)手段，使換流站布置既滿(mǎn)足功能要求，又緊湊合理。

為解決新能源機(jī)組孤島接入張北換流站時(shí)可能發(fā)生的功率盈余問(wèn)題，浙江院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)考慮增加耗能裝置，隨即開(kāi)展“直流耗能裝置和交流耗能裝置方案比選”“220千伏和66千伏交流耗能裝置方案比選”等專(zhuān)題研究。共制定12個(gè)小組方案，每一個(gè)方案背后，都凝聚了全體設(shè)計(jì)人員的心血。

作為世界首個(gè)柔直電網(wǎng)工程，項(xiàng)目主設(shè)備研發(fā)聚集了國(guó)內(nèi)外一流裝備制造單位，設(shè)計(jì)輸入資料隨時(shí)都在調(diào)整，中電工程中南院、西南院，浙江院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)積極主動(dòng)與廠(chǎng)家溝通、配合，多次相互迭代，確保工程集成最新柔直技術(shù)。

“柔性直流輸電技術(shù)是世界上最先進(jìn)的輸電技術(shù)，相當(dāng)于在電力系統(tǒng)中接入一個(gè)完全可控的‘水泵’，能夠精準(zhǔn)控制水流的方向、速度和流量，彌補(bǔ)了常規(guī)直流輸電只能控制方向的局限性。張家口風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富，柔性直流技術(shù)自身可調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，可以大規(guī)模接納清潔電能。”中南院北京換流站設(shè)總楊明說(shuō)。

湖南院承擔(dān)了張北柔性直流工程導(dǎo)地線(xiàn)選型的專(zhuān)題研究。導(dǎo)線(xiàn)擔(dān)負(fù)著傳輸電能的重任，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，湖南院共敲定6種常規(guī)導(dǎo)線(xiàn)組合方案、5種新型導(dǎo)線(xiàn)組合方案，金屬回流線(xiàn)選擇了10種導(dǎo)線(xiàn)組合方案，通過(guò)對(duì)電氣性能、機(jī)械性能和全壽命周期費(fèi)用等各方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終確定選型，保證線(xiàn)路運(yùn)行安全可靠。

全面應(yīng)用全站全三維設(shè)計(jì)

接到中標(biāo)通知后，中電工程西南院迅速成立了黨員先鋒隊(duì)和青年突擊隊(duì)。凌晨4點(diǎn)，豐寧換流站的設(shè)計(jì)人員們還在緊張地忙碌著：時(shí)而不停敲擊鍵盤(pán)，將理想效果逐步呈現(xiàn)在電腦屏幕上;時(shí)而針對(duì)技術(shù)難題激烈討論，理順?biāo)悸反蚱评Щ?時(shí)而各專(zhuān)業(yè)默契配合，協(xié)同高效推進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程。

張北柔性直流工程是國(guó)網(wǎng)第一個(gè)全站全專(zhuān)業(yè)三維設(shè)計(jì)的換流站示范工程，所有技術(shù)方案直接基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，要求所有參與人員必須熟練掌握三維設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)工具牽一發(fā)而動(dòng)全身。要在極短的時(shí)間內(nèi)全面掌握三維設(shè)計(jì)方法并拿出成果，任務(wù)看似不可能。隊(duì)員們從零開(kāi)始，迎難而上，互相幫助，緊密協(xié)作。由于三維軟件的特殊性、試驗(yàn)示范工程方案本身的不確定性，三維設(shè)計(jì)經(jīng)常推翻重來(lái)。面對(duì)反復(fù)，他們不氣餒、不沮喪，相互鼓勵(lì)打氣，“我們是第一批用三維平臺(tái)做方案設(shè)計(jì)的，以后可就是三維專(zhuān)家嘍。”

這是作戰(zhàn)能力的競(jìng)賽，也是意志作風(fēng)的比拼。隊(duì)員們夙興夜寐，圓滿(mǎn)完成了豐寧換流站全專(zhuān)業(yè)三維初步設(shè)計(jì)，并提出了完整、直觀(guān)的豐寧換流站總裝模型，初步設(shè)計(jì)成果得到業(yè)主好評(píng)。

十八般武藝精準(zhǔn)踏勘

江蘇院中標(biāo)豐寧換流站-赤城縣曹家村線(xiàn)路勘察設(shè)計(jì)，線(xiàn)路長(zhǎng)86千米，是全線(xiàn)第二大包。工程地處河北北部山區(qū)，沿線(xiàn)海拔820-1880米，溝壑縱橫，荊棘遍布，交通條件較差。

工程地形北緩南陡，溝谷深切，地表破碎，雨裂沖溝眾多;線(xiàn)路所經(jīng)之處地形復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常多變。巖土專(zhuān)業(yè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，十八般武藝悉數(shù)登場(chǎng)。山地塔位以槽探、山地小鉆機(jī)、探井為主，輔以洛陽(yáng)鏟;黃土地區(qū)以探井、洛陽(yáng)鏟為主，輔以工程地質(zhì)鉆探、靜探;山前平原和河漫灘地區(qū)以鉆探、小鉆機(jī)為主，輔以探井。全線(xiàn)使用電阻率與大地導(dǎo)電率測(cè)試，確保信息及時(shí)、詳實(shí)，滿(mǎn)足工程要求。

勘察過(guò)程中，巖土工程部還自主研發(fā)了線(xiàn)路采集系統(tǒng)。可別小看這個(gè)APP，打開(kāi)便可直接采集塔位各種地質(zhì)信息，還能拍照、錄音，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)迅速將信息上傳至云端，實(shí)現(xiàn)前線(xiàn)后方及時(shí)聯(lián)動(dòng)互通，工作效率大大提高。

電規(guī)總院北京洛斯達(dá)公司在大雪極寒的天氣條件下見(jiàn)縫插針，抓住每個(gè)滿(mǎn)足空情條件的窗口進(jìn)行作業(yè)，短短2個(gè)月就高質(zhì)量地完成了航拍工作。在航拍工作開(kāi)展的同時(shí)，外控調(diào)繪工作組也開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)作業(yè)，他們制定了詳細(xì)的外業(yè)控制測(cè)量方案，每一處選點(diǎn)都反復(fù)推敲，避免內(nèi)外業(yè)判讀誤差。珠聯(lián)璧合，最終，內(nèi)業(yè)平臺(tái)完成7個(gè)設(shè)計(jì)包段的平臺(tái)建立工作，產(chǎn)品合格率達(dá)100%。

據(jù)悉，張北柔性直流工程投產(chǎn)后，每年最多可為北京電網(wǎng)注入100億千瓦時(shí)的清潔能源，相當(dāng)于北京全社會(huì)年用電量的十分之一。截至目前，各線(xiàn)路開(kāi)工圖已全部交付，隨著工程開(kāi)工建設(shè)，一個(gè)刷新世界紀(jì)錄的標(biāo)志性工程再次鐫刻下中國(guó)能建的名字。