9月20日，由國網(wǎng)遼寧省電力有限公司建設(shè)的我國首座全自主可控新一代變電站——鐵嶺500千伏西泉變電站正式投運。
這座“中國智造”變電站系統(tǒng)集成應(yīng)用了一次設(shè)備、二次設(shè)備、物聯(lián)感知成套設(shè)備等5個方面16類原創(chuàng)技術(shù)成果，有助于提升含高比例新能源電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和安全性，為新型電力系統(tǒng)背景下的變電站建設(shè)提供可復(fù)制、可推廣的樣板。
全鏈條設(shè)備100%自主可控
“所謂‘全自主可控新一代變電站’，‘全自主可控’是指變電站實現(xiàn)了一次、二次設(shè)備全鏈條國產(chǎn)化。同時，它符合國家電網(wǎng)有限公司新一代智能變電站建設(shè)要求。”東北電力科學(xué)研究院繼電保護(hù)中心專責(zé)、500千伏西泉變電站示范工程技術(shù)負(fù)責(zé)人于同偉介紹。
從立項、實施到建成投運，這項示范工程過程艱辛。“起初，我們心里也沒底。”于同偉坦言，此前國內(nèi)500千伏變電站的核心設(shè)備等需要進(jìn)口。自2019年起，國家電網(wǎng)有限公司啟動全自主可控變電站一次、二次設(shè)備技術(shù)攻關(guān)，開展國家重點研發(fā)計劃項目、公司科技項目研究，取得眾多原創(chuàng)成果。“國內(nèi)能源領(lǐng)域的科技水平逐年提升，很多關(guān)鍵技術(shù)在世界范圍內(nèi)也遙遙領(lǐng)先。我們堅定了信心。”于同偉說。
一根頭發(fā)絲的直徑約為60微米，而西泉變電站480臺高電壓并聯(lián)電容器的關(guān)鍵介質(zhì)——聚丙烯粗化薄膜厚度僅12至14微米，具有低介電損耗、高電氣強(qiáng)度、機(jī)械性能優(yōu)異等特點。
中國電力科學(xué)研究院有限公司材料所電容器薄膜團(tuán)隊負(fù)責(zé)人邢照亮介紹，過去我國無法自主生產(chǎn)電容器用粗化薄膜材料。對此，中國電科院首創(chuàng)電工級聚丙烯“本體聚合+洗滌純化”工藝路線，于2023年提出了聚丙烯粗化薄膜材料結(jié)晶調(diào)控與粗化方法。應(yīng)用相關(guān)成果，整套設(shè)備成本較進(jìn)口產(chǎn)品降低5%以上，實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。邢照亮說：“目前，我國粗化薄膜材料已經(jīng)批量生產(chǎn)與應(yīng)用。”
西泉變電站所使用的是高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)線。這種導(dǎo)線由國網(wǎng)遼寧電力通過優(yōu)化稀土微合金化技術(shù)、調(diào)控導(dǎo)向制備工藝研制而成，在保證力學(xué)性能和耐熱性能不降低的基礎(chǔ)上，導(dǎo)電率從60%國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)提高到61.5%國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)，輸送容量提高40%以上。
西泉變電站從核心材料、關(guān)鍵芯片到操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫乃至技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)了100%自主可控。
16類原創(chuàng)技術(shù)落地應(yīng)用
西泉變電站作為公司原創(chuàng)技術(shù)策源地科技示范工程，實現(xiàn)16類原創(chuàng)技術(shù)落地應(yīng)用。“這項示范工程凝聚了10余家頂尖科研單位、20余所高校及上百家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的智慧，形成了‘產(chǎn)學(xué)研用’深度融合的創(chuàng)新生態(tài)。”國網(wǎng)遼寧電力科技創(chuàng)新部主任歐陽強(qiáng)介紹，在國內(nèi)500千伏及以下變電站全自主建設(shè)改造中，若這些原創(chuàng)技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用，每年可拉動建設(shè)改造投資千億元。
若把變電站比作電力系統(tǒng)的“心臟”，芯片就是“心臟”的關(guān)鍵神經(jīng)。在西泉變電站，國網(wǎng)遼寧電力應(yīng)用了幾十種芯片。圍繞中央處理器芯片，南京南瑞繼保電氣有限公司搭建新一代變電站繼電保護(hù)、智能量測及監(jiān)控通信架構(gòu)，為西泉變電站提供了繼電保護(hù)裝置。“我們基于自主芯片和操作系統(tǒng)，研制出高可靠、高安全、高性能保護(hù)自動化設(shè)備，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。”南瑞繼保電網(wǎng)保護(hù)控制所保護(hù)專家呂航說。
原創(chuàng)技術(shù)的落地需要經(jīng)過模擬真實場景的動模測試。西泉變電站的監(jiān)控系統(tǒng)由長園深瑞繼保自動化有限公司負(fù)責(zé)集成。該公司組織13家設(shè)備廠家搭建測試環(huán)境，保障動模測試順利開展。2024年12月，國網(wǎng)遼寧電力組織東北電科院完成了西泉變電站動模測試。測試聚焦信息交互、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、配置管控、安全防護(hù)四大技術(shù)領(lǐng)域，深度驗證設(shè)備協(xié)同運行、跨間隔聯(lián)閉鎖、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)等功能，給原創(chuàng)技術(shù)應(yīng)用提供關(guān)鍵性能驗證與安全保障。
3個月內(nèi)，于同偉和同事完成了7類50項測試項目，累計開展4000余次試驗，發(fā)現(xiàn)并整改問題112項。今年8月，國網(wǎng)遼寧電力科研人員再次圍繞變電站的保護(hù)、控制、通信、自動化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，全面驗收評估16項原創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用效果。
220千伏側(cè)全部接入新能源場站
西泉變電站是具有鮮明新型電力系統(tǒng)特征的變電站，其220千伏側(cè)全部接入新能源場站。
近年來，遼寧新能源發(fā)展迅猛，大規(guī)模新能源集中并網(wǎng)、多端“T”接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給電網(wǎng)調(diào)峰、電壓調(diào)節(jié)、頻率穩(wěn)定等帶來多重挑戰(zhàn)，特別是對故障快速切除提出了更高要求。
2022年，國網(wǎng)遼寧電力啟動適應(yīng)大規(guī)模新能源接入的繼電保護(hù)運行關(guān)鍵技術(shù)研究。該公司調(diào)度控制中心繼電保護(hù)處副處長楊飛是項目揭榜掛帥負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)攻關(guān)團(tuán)隊自主研究分布式智能四端光纖差動保護(hù)技術(shù)。“這項技術(shù)能夠精準(zhǔn)隔離新能源‘T’接并網(wǎng)線路故障，提升新能源集中并網(wǎng)消納的安全保障能力，已達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。”楊飛說。
西泉變電站采用這項技術(shù)，與紅山、太平、大興3座風(fēng)電場通過光纖互聯(lián)構(gòu)建四端差動保護(hù)系統(tǒng)。主機(jī)可接收各端采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而開展差動計算，從機(jī)則可根據(jù)主機(jī)的跳閘信息直接動作，快速切除故障。
在西泉變電站，國網(wǎng)遼寧電力應(yīng)用了高靈敏、高可靠的交流變壓器保護(hù)裝置，通過準(zhǔn)確識別變壓器匝間微小故障，有效解決發(fā)展性故障保護(hù)動作慢及涌流誤判難題；安裝了適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的新原理線路保護(hù)裝置，開展新能源場站接入線路的故障監(jiān)測與處置，實現(xiàn)故障識別時長小于10毫秒。西泉變電站提升了遼北地區(qū)新能源電量消納能力，并為情況相似地區(qū)提高新能源電量消納率提供了參考。
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