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陈维江:特高压再难 也要创新
[ 2014-12-29 8:22:15 | By: PKnews ]
 
陈维江,国家电网公司交流建设部副主任,国家电网特高压交流试验示范工程功勋名单排名第三。从2004年起,他全过程参与特高压输电技术研发与工程实践,主持研发建设了武汉特高压交流试验基地,作为首席科学家,主持国家973计划“交直流特高压输电系统电磁与绝缘特性基础问题研究”,攻克一系列关键技术难题,其成果全部应用于工程建设。

  在国家电网公司交流建设部副主任陈维江的回忆中,他的职业生涯,几乎一直伴随着高压技术度过。

  1985年,苏联建设了第一条特高压试验工程,1986年,中国开始跟踪国外特高压技术发展。尽管当时国内的研究基础极为薄弱,这个属于电工技术领域的最高殿堂似乎遥不可及,但从那时起,中国电力人关于特高压的梦想已开始悄悄萌动。

  敢为人先的魄力

  这个梦一做就是近20年。时光的指针转到了2004年。这20年的时间里,中国全社会用电需求激增,经济发展需要电,人民生活需要电,处处都是对电的呼唤。史无前例的需求增长推动了500千伏输变电工程如火如荼地投运,750千伏工程也上马开工建设。这一年,国家电网公司党组做出了一个敢为人先的决策:发展特高压交直流输电技术。

  何谓敢为人先?放眼世界,当时特高压并无成熟技术。苏联自1985年建成约900公里、包含3个变电站的特高压交流试验工程后,断断续续运行了5年。1991年,苏联解体,国内经济下滑,用电需求下降,该工程由1150千伏降压直500千伏运行。日本在1999年建设了426公里1000千伏交流同塔双回试验线路,之后由于福岛核电等大型能源基地建设停滞,一直降压500千伏运行。美国和意大利都只做了基础研究,没有工程建设。我国发展特高压输电工程,没有国外成熟的经验和技术可以借鉴。公司提出的这一决策,是创新精神的彰显,是先行使命的驱动。

  先行者的道路总是艰难万险。正因特高压技术的不成熟,国外并无成功的工程,一些业内人士对于我国研发特高压输电技术疑虑重重。质疑者的声音也并非无理:我们的基础如此薄弱,过去都是引进消化别人的东西,仅凭自己的研发能力能够成功吗?750千伏工程也不过于2005年刚刚建成,此时上马特高压,需要跨越的技术难度太大,我们是否有足够的实力来完成这样一项顶尖的技术研发工作?

  此时,陈维江已成为中国电科院(300215,股吧)分管科研的副院长。对于他以及无数志在攀登科技高峰的科研人员而言,寻梦的机会骤然降临,冲击职业领域最高技术水平的时刻就在当下,怎能不令人激动?陈维江坦言,特高压研发的每一步都需要我国科研人员自主创新,从一片空白之中起高楼,绘蓝图。相比发达国家一步一步的技术提升而言,我们研发特高压超越了自身技术水平,必须大跨步向前迈进,紧抓猛赶。但科研人员有信心攻克难题。自2003年国家电网公司成立以后,加大了对科研的扶持力度,科研人员能够切实地感受到公司的支持。在决策者的雄心壮志与科研人员的满腔热血之下,特高压,正式上马了。

  攀登科技之巅

  被神圣的科技高峰牵引的使命自然令人热血沸腾,但在攀登过程中的每一步都需要在日常平淡单调的研究中度过,这个过程才是真正的挑战。基础研究、技术研发、工程设计、设备研制……任何一个关节的阻塞,都会影响全盘工作。陈维江说:“特高压不同于其他电压等级,不同于超高压,国外有许多年的运行经验,我们可以去参观去学习,甚至可以采购他们的设备。现在,连国外的技术都不成熟,这对于我们的科研人员来说是难上加难。” 比如电磁环境问题,建设了试验线路的苏联并未很好地解决。

  2004年,陈维江到俄罗斯圣彼得堡直流研究院考察。据专家介绍,苏联特高压试验工程初期沿线电晕放电现象明显,人们在线路走廊下就能听到很强的噪声,甚至在晚上还可以看到紫色的晕光,电磁环境问题严重,电压的控制也做得不够精细,设备又大又重。特高压电压1000千伏,导体表面电场强度很大,电晕放电影响突出,如果解决不好这个问题,可能使得特高压电磁环境影响公众正常生产生活。

  为了解决基础研究问题,国家电网公司申请了科技部973项目“交直流特高压输电系统电磁与绝缘特性的基础问题研究”,陈维江担任首席科学家,他带领科研人员深入研究交直流系统的三大放电现象与绝缘特性。

  除此之外,特高压技术还存在过电压控制、绝缘配置、设备制造等技术难题。每一个难题之中,又存在着全新的技术细节需要攻克,这是一项复杂而庞大的工作,每一个投身于其中的研发人员都处于一种忘我的拼搏状态。

  2005年8月,公司任命陈维江担任国网武汉高压研究院院长。武高院是我国最早开展特高压研究的单位之一。在当时,武高院与电科院各有分工,电科院主攻特高压直流技术,武高院主攻特高压交流技术。陈维江来到武高院,首要任务是建设交流试验基地。特高压输电的每一项重大技术都必须通过严格的试验才能投入运行,因此,试验基地是研究工作中的基础和关键。

  建设试验基地最大的难题在于设备的研发,其使用的设备,都是交流特高压1:1真型设备,这些设备研制需要从零开始,边设计,边研制。可以说,交流特高压设备的研发始于试验基地的建设。为了研制出相应的设备,武高院联合了51家设备企业进行攻关。与此同时,基地的建设工作也马不停蹄地开展起来,设备一旦研制出来便立刻进入基地实验。

  交流特高压试验基地能够检验出许多实验室中无法发现的问题。比如为了解决电磁环境问题,研究人员在实验室中进行了简化实验,一切都很稳定,于是在基地的电磁环境试验设施上进行检验。意外出现了,加压的一瞬间,有一个部位刷状放电达到半米长!这让每一个科研人员都无比困惑,在实验室中已经进行了多次实验都很好,为何装配到变电站就出现了问题?后来发现,由于变电站的设备尺寸大,这些设备本身对于带电导体的电场有增强作用,这样的情况在实验室未出现,但在1:1的真型设备上进行检验就暴露了问题。于是,团队从理论上、方法上进行修正,最终建立了线路电磁环境分析模型,提出了工程设计方案,并研制成功相关设备和措施,在试验示范工程上得以成功应用。国家环保部曾3次委托国家辐射环境监测技术中心对试验示范工程全线开展电磁环境测量,实际结果表明,我国的特高压工程电磁环境各项指标完全符合预期,与500千伏超高压工程相当,达到了国家标准要求限制,远低于国际标准要求限制,成功实现了环境友好目标。

  此外,特高压线路长,沿线可能经过雨雪冰冻、高海拔、重污秽、强雷电等地区,受到复杂自然环境的影响,技术研发难度很大。特高压传输的负荷大,因此更不容许出现故障,一旦遇到自然灾害引起跳闸停运,损失的可能是一个城市全部的负荷。试验基地为此专门建设了一个模拟气候环境的人工气候实验室,可以模拟低气压,低温,覆冰等各种气候环境,以试验设备在以上诸多气候条件下的绝缘情况。同时,为了保障特高压的安全性,研发团队按照能够承受百年一遇的自然灾害对工程进行设计,较之超高压按照50年一遇的设计标准,特高压工程抵御自然灾害的能力更强。

  陈维江反复强调,一项重大技术的研究必须讲究科学性,从基础研究,到实验室研究,到1:1的验证缺一不可。作为一个在科研上亲历亲为的团队负责人,陈维江深刻地体会到,特高压技术攻关之难,在大的方面可能只体现在过电压控制、绝缘配置、电磁环境、设备研制等几个方面,而一旦深入到具体的研究之中,才发现有无数意想不到的技术问题需要解决,正是这个过程让我们的研发人员积累了很多经验,发现自身的局限性,提升了认识和能力。

  值得一提的是,当年为试验基地选址时,陈维江考察了整个武汉市,最终选在了江夏区凤凰山,而我国第一个500千伏变电站也坐落于此,这座变电站为交流特高压试验基地的用电提供电源。标志着两个不同时期的创新突破工程并立于此,似乎是一种提示,亦是一种激励。它提示着人们,从500千伏到1000千伏,这一段技术的进步经历了多么漫长而艰辛的道路,也激励着投身于特高压研究的科研人员,要相信创新突破是大趋势,时代要前进,社会要发展,他们付出的一点一滴都是为历史的车轮提供动力。

  产学研协同攻关

  特高压试验示范工程中的一个最大亮点,就是设备国产化率达到了90%以上,中国拥有所有的核心技术知识产权。

  在书面的记载里,90%,仅仅是一个简单的数字,但这个数字背后有无数难以逾越的困难、无比庞杂的工作和科研人员历经失败、再重新来过的心路历程。在四年的时间里,特高压设备从一片空白之中形成设计理念、方案,最终变成实实在在的设备,这其中国家电网公司树立的用户主导、产学研协同攻关的研发模式功不可没。“过去我们上一个电压等级,基本上设备靠机械制造,公司只需要采购,但这次不一样,这次公司提出团结一切可以团结的力量,把系统内的科研单位,把高等院校以及机械制造部门,甚至把国外的一些力量都调动起来,发挥大家的智慧和力量。”陈维江说,“因为特高压的设备在当时是没有的,公司需要提出系统特性、标准、设备规范,并组织专家、厂家共同研究确定技术路线,实现一个从无到有的过程。”

  但在最初,推行这一模式并不容易。设备企业都有各自的知识产权,并不愿互通有无进行合作。其中变压器是特高压输电系统最关键的设备之一,试验工程的两组变压器分别由特变电工(600089,股吧)沈阳变压器厂和保定天威变压器厂制造,但其研制工作出现了一次重大的挫折,险些延误了工期。

  2008年3月,由特变电工沈变制造的变压器设备先行完成,这台变压器倾注了国内最精锐的研发团队的全部心血,各项指标都经过了严格校核,生产试验装备也是最先进的。可以说,这台变压器是当时世界上最为精心制造的特高压变压器。所有人都对出厂试验殷切期待。

  试验开始了,加压72秒后,“嘭”的一声,绝缘被击穿。

  来不及痛心,工作人员迅速联系保定天威,准备对第二台变压器进行试验。然而,几乎是同样“嘭”的一声,设备在升压29秒时发生放电。两台变压器均未通过验证!并且,故障的表现形式有惊人的相似性,超越了研发团队已有的认知水平,这在超高压设备制造中是没有遇到过的。这样一台价值4000多万元之变压器,是工程建设的核心设备,它的失败对所有参与研发的科技人员来说,都是沉痛打击。

  但相同的故障说明了这不是偶然现象,技术还存在共性问题。为了迅速找出病灶,公司希望两家企业互通信息,共享资源,并汇集国内外顶尖的技术专家进行会诊。在公司的努力下,最终化解了设备企业之间的壁垒。这不仅是公司大量的工作说服了他们,更是有力的事实让他们清醒地认识到,这样一台世界顶尖的设备仅靠某一个厂的技术力量很难顺利研制成功。在公司的主导下,国内外各个机构的专家团队集思广益,通过将设备解体检查最终发现:与常规的放电认识不同,这样的放电起源于低电压区域并向高电压区域发展,经过分析研究发现,在复杂的变压器内部,低电压区域却存在着高电场,这样的问题过去在超高压设备中从未遇到过。

  面对挑战,科研人员经过反复计算仿真试验,最终攻克了这一技术难题。在各方力量的协同配合下,仅仅过了三个月的时间,全新的变压器研制出来了,并顺利通过了试验检验。这样的成就与速度,正是产学研协同攻关的模式发挥了作用。从这一点可以看出,为了国家的利益,为了民族产业的整体提升,也为了自身研发水平的进步,合作,是最有效率的方式。

  特高压设备的国产化打破了国外设备企业长期垄断国内高端市场的局面。陈维江感慨道,如果不走国产化路线,我们永远受制于人,只能高价购买国外的设备。早年他在电科院研发串联补偿装置时,我国设备企业无法制造串联补偿装置,国外企业开出了天价。后来中国电科院下决心研制设备,于2005年研制出了第一套可控串补,拥有了国产化设备装置,国外企业的价格立刻降了下来。同样的问题陈维江在特高压设备研制中也遇到过。以特高压开关套管为例,这是特高压设备的核心组部件,其制造工艺要求非常严格、技术水平非常高。在试验示范工程论证阶段,很多专家认为我国不具备自主研发这一设备的能力。为了攻克这一难题,公司充分发挥创新联合的作用,国家电网公司作为用户全面主导其研发,中国电力科学研究院作为科研单位负责技术咨询,西安交通大学等高校负责电场计算仿真,神马电力设备厂作为设备制造商负责复合外套制造,西安集团开关厂负责最终的芯体制造和整体集成。经过两年的协同攻关,终于自主研发成功这一核心组部件,国产套管指标优异、性能稳定,而价格仅为日本NGK厂家套管的1/2,彻底打破了国外在该领域的技术垄断。特高压提升了民族产业的实力,让国产设备企业扬眉吐气,真正实现了合作共赢。“现在国家也提出,创新的主体是企业,它能够凝聚所有的利益相关方,集中力量办大事,这也是为什么我们能在短短几年内把特高压技术发展起来的原因。”陈维江说。

  特高压让中国扬眉吐气

  特高压输电技术的成功大幅提升我国在国际电工领域的影响力和话语权,国际大电网委员会专题报告指出,“特高压关键技术和关键设备取得的重要突破性成果,对推动特高压输电技术在世界范围内的研究和应用具有重大意义;中国的特高压工程是一个伟大的技术成就,是世界电力工业发展史上的重要里程碑。” 国际大电网委员会(CIGRE)成立了6个特高压工作组,负责总结提炼特高压输电成果;国际电气和电子工程师学会(IEEE)成立了特高压工作组,由中国专家主导,负责制定了3项特高压国际标准,陈维江担任了这一工作组主席。国际电工委员会(IEC)专门成了2个技术委员会,负责组织开展全球特高压输电技术标准化活动,其中我国担任特高压交流输电技术委员会的主席国和直流输电技术委员的秘书处,国家电网公司总经理舒印彪也担任了IEC副主席。从此,在国际电工领域学术舞台上可以看到越来越多的中国身影、听到越来越强的中国声音。

  陈维江说,作为一名从事电力科研30多年的工作者,这些“待遇”在从前是绝对无法想象的。10多年前,他曾代表中国的电力科技工作者参与国际标准化活动,那时候基本上只有听的份,很少有发言机会,那是因为我们缺乏技术创新成果的支撑,只能学习别人的经验,采纳别人制定的标准,别说我们想制定标准,即便是修改一下都非常难。但特高压让中国电工技术水平有了一次飞跃的机会,终于不必再步步跟随他人。可以说,经过这十年的发展,我们在国际上有足够的底气挺起腰板,引领行业发展,甚至影响世界能源发展格局。如今的重大变化,是属于中国人的骄傲和自豪!

  如今,中国特高压发展全面提速,回顾十年前特高压从艰难中起步,回顾最初科技攻关时无数个夜不能寐的日子,对陈维江及所有参与攻关的电力工作者来说,在那些与设备相伴、以实验室为家的日日夜夜中,最大的压力并非来源于孤独而单调的科研生活,而是外界质疑的声音,这让他和所有科研人员一刻也不敢放松,唯恐公司的创新行为被贴上失败的标签,更惧中国的技术发展就此放慢了前进的脚步。但压力是一把双刃剑,回首往事,他认为这些质疑者、反对者的声音也是一种动力和鞭策,让特高压的研发建设工作丝毫不敢怠慢,向着零缺陷的目标努力。事实证明,这个目标实现了,中国电力人做到了。

  参与特高压10年,陈维江期望,在中国,对于创新行为应有更多的鼓励与宽容,希望人们能够用更自信、更开放的心态来面对先驱者的实践。创新发展,科技兴国,这是中国一代代科技工作者不变的梦想和追求,特高压工程的成功证明了中国人并不比任何人差,我们同样可以做世界的引领者。

  从事电力科研工作30余年,陈维江感叹,特高压干到今天,真的很成功,也真的不容易。他坚信,一样新的东西,只要是对国家对民族有利,就必须以坚忍不拔的态度和持之以恒的毅力推动它,实践它,只有这样,才能最终会取得成功,获得社会的认可。中国需要创新,急需创新,创新也的确很难。但是再难,也要创新,这是国家需求,民族需求,特高压工程正是国家电网公司作为大型责任央企为创新发展做出的贡献。

 
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