北京換流站現(xiàn)場圖。聯(lián)研院供圖

作為2022年冬奧會清潔能源配套項目，由國家電網(wǎng)承建的張北柔直工程是世界首個柔性直流電網(wǎng)工程，總換流容量900萬千瓦，將張北地區(qū)豐富的風能、光能等清潔能源連接在一起，實現(xiàn)張北地區(qū)新能源匯集外送。工程每年可向北京地區(qū)輸送約140億千瓦時的清潔能源，相當于節(jié)約標煤490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸，助力冬奧場館實現(xiàn)100%清潔能源供電。

這項工程的核心技術和關鍵設備均為國際首創(chuàng)，囊括了12項世界第一!而在這一重大工程中，堪稱“心臟”的柔性直流換流閥誕生于北京未來科學城“能源谷”內(nèi)，由國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院(聯(lián)研院)幾代科研人不懈努力，成功研發(fā)。

為何說柔性直流換流閥是張北柔直工程的“心臟”?聯(lián)研院直流所科研人員宗文志告訴記者，在每個傳輸節(jié)點必須有換流閥存在，它的主要作用是在送端將各種清潔能源整合打包變?yōu)橹绷麟娸斔椭潦芏耍谑芏送ㄟ^它再將直流電轉變?yōu)榉€(wěn)定的交流電送給用戶。

北京換流站俯視圖。聯(lián)研院供圖

此次應用在張北柔直工程中的換流閥究竟有何技術難點?宗文志介紹，它是目前世界上電壓等級最高，可傳輸容量最大的柔性直流輸電核心設備。“電壓等技術參數(shù)提高，導致?lián)Q流閥運行工況比兩端柔性直流輸電系統(tǒng)更為復雜，故障傳播速度更快，對閥控系統(tǒng)提出了微秒級超高速控制保護要求。”

2016年，聯(lián)研院正式啟動了“高壓大容量柔性直流電網(wǎng)關鍵技術研究與示范”項目，經(jīng)過一年多的集中研發(fā)，2017年6月，±500kV/3000MW級柔性直流換流閥研制成功，并通過全部型式試驗，換流閥總體技術性能達到國際先進水平，部分技術指標國際領先。

2018年，張北柔直工程正式動工，2019年底，工程北京換流站現(xiàn)場調(diào)試正式開始。北京換流站坐落于北京延慶山區(qū)的一座山頂，深冬時節(jié)，寒風凜冽，氣溫低至零下20℃。為了保證工程進度，換流閥調(diào)試團隊技術人員提前奔赴現(xiàn)場，在設備控制室未完全建好的艱苦環(huán)境下毅然開始分系統(tǒng)調(diào)試工作。

設備控制室的地板下一般中空用于鋪設控制光纖，調(diào)試初期，設備控制室地板還沒安裝，整個地面上只有不到一腳寬的支撐鋼條縱橫交錯。在沒有任何取暖設施的情況下，調(diào)試人員每天穿著笨重的棉服，踩著支撐鋼條走入控制室，站在設備邊臨時鋪設的木板上進行調(diào)試工作。面對如此艱苦的工作環(huán)境，團隊中最年輕的技術人員武思捷苦中作樂地調(diào)侃道：“經(jīng)過這次調(diào)試，平衡能力大增，可以C位出道當雜技演員了。”

現(xiàn)場工作人員路建良擔負著把控測試進度，解決現(xiàn)場問題的職責，溝通工作繁忙。控制室沒有手機信號，路建良只能頻繁地去戶外冰天雪地里接打各類電話，很長一段時間，呼呼風聲成了老路電話自帶的背景音。

正是在整個團隊的共同努力下，張北柔直工程北京換流站系統(tǒng)調(diào)試圓滿完成，換流閥設備性能優(yōu)越，一次上電成功，一次解鎖成功。

今年以來，新冠肺炎疫情突發(fā)，團隊成員們依然心系張北柔直工程。開放復工以后，團隊調(diào)試成員在做好健康篩查、復工登記后，立馬奔赴現(xiàn)場開展端對端大功率試驗。經(jīng)過幾周每天24小時輪班試驗，今年4月，新能源并網(wǎng)接入系統(tǒng)調(diào)試圓滿成功。

除了換流閥，張北柔直工程中還應用了聯(lián)研院研發(fā)的高壓直流斷路器。“斷路器可以看做是柔性直流輸電安全可靠運行的保險栓，當某處出現(xiàn)重大短路故障，它將自動切斷幾十千安的電流，保證關鍵設備不被燒壞，確保了張北柔直工程的安全穩(wěn)定運行。”宗文志表示。