在珠三角西北的廣東省惠州市龍門縣龍?zhí)舵?zhèn)，一條“西電東送”能源大動(dòng)脈正蜿蜒而來，這就是世界首個(gè)±800千伏特高壓多端柔性直流工程——烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程（以下簡(jiǎn)稱“昆柳龍直流工程”）。這一世界首條特高壓多端柔性直流輸電“高速路”，一舉創(chuàng)造了17項(xiàng)世界第一。
它西起云南昆北換流站，橫跨云南、貴州、廣西、廣東四省區(qū)，分別送電到廣西柳北換流站和廣東龍門換流站。由中國(guó)能建廣東院（以下簡(jiǎn)稱“廣東院”）負(fù)責(zé)勘察設(shè)計(jì)的±800千伏龍門換流站（以下簡(jiǎn)稱“龍門換流站”）正是工程的受端，建設(shè)任務(wù)重要：既承擔(dān)著大容量、遠(yuǎn)距離、特高壓、多端直流的“西電東送”重任，也肩負(fù)著電力行業(yè)重大科技創(chuàng)新的示范重任——來自1452公里之外的清潔水電，將通過它注入粵港澳大灣區(qū)，迸發(fā)出綠色動(dòng)能。
7月31日，龍門換流站雙極低端順利投產(chǎn)，標(biāo)志著昆柳龍直流工程實(shí)現(xiàn)階段性投產(chǎn)。
新技術(shù)、新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)12項(xiàng)世界首創(chuàng)
在建設(shè)過程中，廣東院全力攻關(guān)特高壓柔性直流、多端混合直流等世界級(jí)技術(shù)難題，打造世界特高壓柔性直流輸電標(biāo)桿工程。
龍門換流站需消納烏東德水電站約50%的電量。廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上下功夫，從節(jié)約資源、工程可實(shí)施與科技創(chuàng)新等角度出發(fā)，在充分對(duì)比論證后，提出了龍門換流站采用柔性直流輸電技術(shù)方案。
與常規(guī)特高壓直流相比，特高壓柔性直流輸電經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性更加明顯，不僅可以減少能源消耗，大幅降低新能源發(fā)電輸送系統(tǒng)的整體成本，還可以將清潔能源輸送得更遠(yuǎn)、更平穩(wěn)。
“龍門換流站采用了特高壓柔性直流輸電技術(shù)，不僅為云南清潔水電開發(fā)外送提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，也有助于解決粵港澳大灣區(qū)多直流集中落點(diǎn)帶來的受端電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)問題，可以進(jìn)一步提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。”廣東院資深專家鐘杰峰介紹道。
與此同時(shí)，廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過持續(xù)的方案論證和調(diào)整優(yōu)化，創(chuàng)新?lián)Q流站主接線和總平面布置等設(shè)計(jì)方案，使特高壓柔性直流換流站從藍(lán)圖走向?qū)嵕埃菏澜缡滋滋馗邏喝嘶旌现绷鬏旊妳f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、柔直變故障快速跳閘技術(shù)和全封閉柔直閥廳的智能巡檢系統(tǒng)等，為換流站的主設(shè)備安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
新技術(shù)和新設(shè)備的大量應(yīng)用，使龍門換流站集最先進(jìn)、最復(fù)雜的電網(wǎng)技術(shù)于一體，并取得12項(xiàng)世界首創(chuàng)：世界電壓等級(jí)最高、容量最大的柔性直流換流站；采用世界容量最大的柔性直流換流閥（±800千伏/5000兆瓦），柔性直流換流器功率模塊數(shù)量達(dá)5184個(gè)，為世界最多；世界首個(gè)具備架空線路故障自清除及再啟動(dòng)能力的柔性直流換流站，可以高速再啟動(dòng)；世界首次實(shí)現(xiàn)了特高壓混合直流系統(tǒng)單閥組、單站在線投退，克服了混合橋閥組直流短接充電和零壓大電流運(yùn)行難題；世界首次實(shí)現(xiàn)了交流故障下多端柔性直流穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到交流故障全穿越；采用世界最大的直流輸電閥廳；世界首次應(yīng)用多端混合直流輸電控制保護(hù)策略；世界首次應(yīng)用集成紫外、紅外及可見光的三光融合特高壓全封閉柔直閥廳智能巡檢系統(tǒng)……
更穩(wěn)定、更高效，換流站“心臟”更強(qiáng)大
換流閥相當(dāng)于整個(gè)換流站的“心臟”，可將遠(yuǎn)距離輸送過來的直流電轉(zhuǎn)換為日常使用的交流電，龍門換流站柔直換流閥比常規(guī)直流換流閥更穩(wěn)定、更高效。
“常規(guī)直流換流閥工作時(shí)需要大交流電網(wǎng)的支持，在換相失敗故障情況下還會(huì)拖累交流電網(wǎng)。柔性直流換流閥則像一個(gè)友好和善的能者，不但能適應(yīng)強(qiáng)、弱電網(wǎng)各種情況，還可以反過來給交流電網(wǎng)提供支持。”廣東院龍門換流站項(xiàng)目設(shè)總關(guān)沛舉了一個(gè)形象的例子。
據(jù)了解，這也是世界首個(gè)特高壓柔性直流換流閥，采用的換流閥功率模塊在容量與可靠性上均為世界之最，其故障隔離設(shè)計(jì)方式也為世界首創(chuàng)。
閥廳作為放置換流閥的封閉建筑,其工程技術(shù)和工藝質(zhì)量也有著更高的要求。“閥廳內(nèi)要布置龐大的換流閥，電氣工藝布置十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工需要保證工藝流程和電氣凈距。”廣東院變電土建室主任工程師張肖峰說，“閥廳頂部還要懸掛電氣和起重設(shè)備，對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的承載力和變形性能要求十分嚴(yán)格。”
為滿足換流站高標(biāo)準(zhǔn)的閥廳建設(shè)要求，自可研階段開始，廣東院便組織技術(shù)骨干成立了攻關(guān)研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)空間網(wǎng)架、空間管桁架等大跨度結(jié)構(gòu)體系深入研究。在多輪次方案比選論證后，確定了閥廳屋蓋采用自重輕、剛度大、承載力高、安裝方便、經(jīng)濟(jì)性好的三層正放四角錐空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。
為保證工藝流程及電氣凈距，龍門換流站內(nèi)設(shè)有高端閥廳和低端閥廳各2座，單個(gè)面積為5500-7700平方米，凈空高度為22.0-33.5米。高端閥廳總高44米，平面呈長(zhǎng)寬均約90米的矩形，比一個(gè)足球場(chǎng)還要大。“閥廳的最大跨度達(dá)86.5米，創(chuàng)下了我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)史上的跨度之最。”張肖峰說。
更自主、更智慧，數(shù)字化愿景照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用，以及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廣東院提出了“技術(shù)賦能、數(shù)字工程、智慧服務(wù)”的數(shù)字化建設(shè)愿景，并將數(shù)字化手段廣泛應(yīng)用在龍門換流站的建設(shè)過程中。
龍門換流站工程規(guī)模大、技術(shù)要求高，4個(gè)柔直閥廳布置尤為復(fù)雜。每個(gè)閥廳內(nèi)需布置192個(gè)閥塔基礎(chǔ)，以及眾多空調(diào)、閥冷水、閥控光纖管道，管溝與基礎(chǔ)密布交錯(cuò)。地面一字排開的換流閥塔近16米高，閥廳頂部還要懸掛避雷器、互感器、管母等電氣設(shè)備及起重設(shè)備，上、中、下三層工藝和設(shè)備猶如一座立體迷宮。
“針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和技術(shù)特點(diǎn)，我們?nèi)姘l(fā)揮自主研發(fā)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，在工程中深入開展三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用三維數(shù)字化方式為設(shè)計(jì)方案賦能，高質(zhì)量完成了閥廳地下管溝設(shè)計(jì)和碰撞檢查、電氣安全凈距校驗(yàn)、鋼結(jié)構(gòu)精細(xì)化及設(shè)計(jì)交底模式優(yōu)化等設(shè)計(jì)工作。龍門換流站全站地上和地下均實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，為現(xiàn)場(chǎng)施工和信息化管理提供了三維可視化支持。”廣東院負(fù)責(zé)數(shù)字化技術(shù)工作的副總工程師廖毅表示。
與此同時(shí)，借助三維數(shù)字化具有的信息一致性和可視化優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與各參建單位密切合作，高效協(xié)同，使工程全方位煥發(fā)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)帶來的新活力。
此外，廣東院還承擔(dān)了昆柳龍直流工程廣東段線路的設(shè)計(jì)工作。該段直流線路全長(zhǎng)283公里，新建鐵塔575基，采用昆柳龍直流與新東直流互換路徑、垂直排列等方案，實(shí)現(xiàn)了提高線路可靠性與壓縮線路走廊的新突破。昆柳龍直流工程線路已于5月14日實(shí)現(xiàn)全線貫通。
“昆柳龍直流工程昆北-龍門雙極低端提前順利投產(chǎn)，標(biāo)志著世界首個(gè)能承受±800千伏特高壓的柔直換流閥已在工程中成功研制出來，并在龍門換流站正常運(yùn)行。常規(guī)直流和柔性直流混合系統(tǒng)的功能性通過驗(yàn)證，將為新能源送出和解決多直流集中落點(diǎn)帶來的受端電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)問題起到示范作用。”廣東院副總工程師馮曉東說。（劉軍偉 郭金川 彭冠炎 石驍 王學(xué)軍）
