我国研制成功的±800kV/5000A特高压直流换流阀
项目简介
我国煤炭资源近80%集中在西部、北部地区，而约75%的煤电装机分布在东中部，大规模、远距离向东中部输煤在运、储环节会造成严重的大气污染。特高压直流输电正是满足我国超大容量、超远距离输电，实施西电东送战略的重大技术，能有效解决清洁能源并网，减少大气污染，带动基建、电力装备等产业联动，是保增长、调结构、促消费、治雾霾的重要举措。
特高压换流阀作为特高压直流输电的核心装备，是交直流电能转换的核心单元，多组换流阀按照程序触发可实现换流器电压、电流及功率的控制与调节。本项目属于电气工程科学领域，涉及电力电子、电力系统、输配电工程、自动控制等十多个专业，技术难度巨大。立项前只有±600kV及以下直流输电工程，核心技术被三大跨国公司垄断，±800kV特高压直流工程尚处于前期论证阶段。
项目依托科技支撑计划、国家973课题、北京市以及国家电网公司等十余个重大科研项目，中电普瑞电力工程有限公司(以下简称“普瑞工程公司”)历时十年产学研联合攻关，解决了理论研究和研发手段开发、设备研制、试验方法研究、标准规范制订、工程实施及推广应用等系列关键问题，打破了跨国公司四十多年的技术垄断，特高压换流阀核心参数达到世界领先水平。
项目创新点
普瑞工程公司主研成功世界首个±800kV/4750A特高压换流阀。项目在宽频建模及分布参数提取、非线性组件协调配合、多物理场建模及数值分析、晶闸管规模化成组电气均衡设计、智能化触发监控以及多源复合试验技术等方面取得了系列自主创新成果。项目成果主要技术指标居世界第一：额定电流5000A，过负荷电流6000A，耐受故障电流60kA。2010年8月15日，国家能源局主持的成果鉴定认为“±800kV/4750A特高压直流换流阀产品总体技术性能达到国际先进水平，核心部件整体技术指标处于国际领先地位”。当年普瑞工程公司自主知识产权换流阀装备被正式命名为A5000型换流阀。经过近5年工程历练和技术迭代，2015年3月11日，由中国电机工程学会主持的“±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究、产品研制及工程应用”技术成果鉴定会上，以周孝信等六位院士组成的15人鉴定委员会一致认为：“±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究、产品研制及工程应用的研究成果，打破了跨国公司的技术垄断，全面提升了我国直流输电换流阀自主设计和研发水平，研发出具有完全自主知识产权的高可靠性特高压大容量直流换流阀，其综合技术水平国际领先。”
1.解决了晶闸管规模化成组电气均衡、高电位分布热源冷却、多点悬吊大型阀塔结构抗震等难题，首次研制了混合复用无局放一体化电阻、分体式饱和电抗器和环保阻燃绝缘槽梁等系列关键零部件。
2.提出了换流阀分布参数提取方法和强非线性数值仿真方法，建立了换流阀多物理场模型和电磁暂态仿真模型，解决了换流阀宽频暂稳态应力精确数学解析难题。
3.提出了多级高电位复合取能和保护阀值自适应调节方法，构建了双冗余控制系统架构，实现了强电磁干扰下多信息量测控与故障诊断，首次实现了换相失败的智能化预测，研制了智能化换流阀触发监控系统。
4.提出多源复合运行试验方法和分频复用网络绝缘试验方法，解决了高电压、大电流及强热场联合作用下的换流阀微秒级开通和关断应力等效的难题，研制了国内首个特高压换流阀成套型式试验装置，改变了漂洋过海试验的历史。
5.自主研制的换流阀在世界首个7200MW锦屏—苏南、首个8000MW哈密南—郑州±800kV直流工程中应用，制订了换流阀主设备、工程设计、试验、调试及运维规程和规范。
项目受理专利285项，其中授权发明专利69项(含国际6项)，发表论文52篇，制订国家标准5项，国家电网公司企业标准1项。
工程应用及效益历时10年，普瑞工程公司完成了特高压换流阀基础理论、关键技术、设备研制、试验方法和技术标准等研究工作，掌握了特高压换流阀的核心技术，实现了自主化特高压换流阀技术的工程应用及推广。
项目研究成果投入市场后，成功应用于世界首个7200MW锦屏—苏南和8000MW哈密南—郑州、溪洛渡—浙西直流工程，正在8000MW灵州—绍兴直流工程中推广。
2012年7月12日，A5000型换流阀一次性无故障通过系统试验，实现“零”异常报文，在锦屏—苏南特高压直流输电工程中正式投运，实现年输电容量630亿千瓦时。两年来，自主知识产权换流阀运行状态良好，与一同投运的其他技术路线比较，是唯一未发生非计划事故停运的产品，投运当年即解决了苏州十年来限电的困局，每年可减少烟尘、二氧化硫排放30多万吨。
哈密南—郑州特高压直流工程已于2014年1月成功投运，成为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”，促进了我国能源基地的开发利用，缓解了中东部地区的缺电局面。溪洛渡—浙西特高压直流工程也顺利于2014年7月双极投运。它是连接我国西南水电基地和东部负荷中心的能源大通道，建成后每年可向浙江地区输送清洁水电约400亿千瓦时，相当于节省标煤1228万吨，减排二氧化碳超过3400万吨，是国家实施“西电东送”战略的重点工程。
凭借出色的产品性能与工程实施能力，2014年12月，普瑞工程公司成功中标灵州—绍兴±800kV特高压直流输电工程灵州站全部换流阀及阀控、水冷系统设备供货。以高端装备工程推广应用落实国务院大气污染防治行动计划，促进西电东送，优化电网结构，提高供电安全可靠。
此外，依托本项目成果“特高压换流阀成套型式试验能力”，首次在欧洲大陆以外完成直流换流阀型式试验，复合运行试验装置最高电压80kV、最大电流7500A，直流耐压试验装置最高电压2400kV。已先后为三沪Ⅱ回，±660kV宁东至山东，以及±800kV锦屏—苏南、哈密南—郑州、溪洛渡—浙西等8项重大直流工程换流阀提供了型式试验服务，包含了国内外全部4种技术路线，结束了我国直流换流阀“国内组装，国外试验”的历史，提高了工程建设效率，缩短了建设周期，节约了数亿的外汇支出。
普瑞工程公司研发的自主知识产权A5000型特高压换流阀产品因突出的技术和成本优势，在国内市场的占有率正稳步提高，四年来累计实现销售收入近20亿元。随着西电东送、全国联网的全面实施，特高压换流阀有着更加广阔的市场应用前景。
