2022年11月15日，在四川省涼山彝族自治州布拖縣，國家電網(wǎng)白鶴灘—浙江±800千伏特高壓直流輸電工程四川段最后一個架線區(qū)段導線展放順利完成，實現(xiàn)全線貫通，同時，也標志著白浙工程全線貫通。

　　不久前的7月1日，白鶴灘—江蘇±800千伏特高壓直流工程竣工投產(chǎn)。作為我國“西電東送”工程的戰(zhàn)略大動脈，這項跨5個省市、全長達2080公里的工程，只需要7毫秒就可以把水電從四川送至江蘇。

2022年9月13日，白鶴灘—浙江±800千伏特高壓直流輸電工程重慶段順利完成長江大跨越。

　　7毫秒運送電力速度背后，正是中國領跑世界的特高壓技術(shù)。每年數(shù)萬億千瓦時的電能通過長度超過4.8萬公里的特高壓輸電線路，跨越祖國山河湖海，送往經(jīng)濟發(fā)展的第一線。

　　在國際上“無標準、無經(jīng)驗、無設備”的情況下，我國特高壓成功實現(xiàn)從“白手起家”到“大國重器”，從“中國創(chuàng)造”到“中國引領”，從“裝備中國”到“裝備世界”，可以說是我國電力發(fā)展史上艱難而又極具創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的重大成就，更是中國乃至世界電力行業(yè)發(fā)展的重要里程碑。

一根樹枝引發(fā)的巨額損失

　　2003年8月，正值美國用電高峰期，一根高壓電纜觸到樹枝導致俄亥俄州一家發(fā)電廠停擺，這場看起來不起眼的短路事件引發(fā)了蝴蝶效應——以北美五大湖為中心的地區(qū)發(fā)生大停電事故，居住在美國東部紐約、密歇根、俄亥俄、馬薩諸塞、康涅狄格、新澤西州北部的5000萬人突然陷入一片黑暗，甚至加拿大的安大略、新英格蘭部分地區(qū)也被波及。

2003年8月14日，美國紐約，市民排隊使用公用電話，紐約當時遭遇大規(guī)模的停電。

　　一根樹枝引發(fā)高達300億美元損失的背后，是美國的電力需求量增長與電力傳輸能力的不匹配，老化的線路、滯后的電網(wǎng)建設，都是大停電的深層誘因。

　　不僅是美國，當時在法國、俄羅斯、中國等國家，輸電技術(shù)發(fā)展及電網(wǎng)建設都是難題。

　　中國作為制造業(yè)大國，要發(fā)展實體經(jīng)濟，能源的飯碗必須端在自己手里。而現(xiàn)實是，全國三分之二的煤炭資源都集中在陜西、山西和內(nèi)蒙古三省區(qū)，80%的水電資源集中在西南地區(qū)，光伏、風能資源則主要集中在西北、內(nèi)蒙古等地。與之對應的是，我國70%以上的能源消費集中在東中部地區(qū)。

　　大規(guī)模、長距離、損耗高的能源運輸絕不是一件容易的事情。電力發(fā)展方式問題的實質(zhì)，是對電網(wǎng)功能定位認識不到位，電網(wǎng)長期投入不足，發(fā)展滯后，優(yōu)化能源資源配置的能力不足。

　　早在1986年7月，武漢高壓研究所（現(xiàn)為中國電力科學研究院武漢分院）的專家王鳳鳴和張一新，就在其論文《在煤炭基地集中布廠采用特高壓線路輸電是解決煤炭運輸困難的一條重要途徑》中建議發(fā)展特高壓電網(wǎng)，實現(xiàn)火電外送。這一年，中國開始了“特高壓交流輸電前期研究”項目。

　　1994年6月，中國第一條百萬伏級特高壓輸電研究線段在武漢高壓研究所建成。但在此后將近20年的時間，由于特高壓技術(shù)科研力量薄弱、電網(wǎng)發(fā)展條件尚不成熟，我國的特高壓電網(wǎng)建設始終停留在構(gòu)想層面。

前無古人的建設

　　為什么一定要發(fā)展特高壓技術(shù)？

　　先從我國電壓等級說起。在我國，電壓等級一共分為安全電壓、低壓、高壓、超高壓、特高壓五種。

　　上世紀80年代我國電力需求快速增長，用電呈現(xiàn)緊張局面，特別是我國的經(jīng)濟中心華東等地，出現(xiàn)嚴重的缺電現(xiàn)象。

　　1983年，隨著葛洲壩電廠一期和二期工程相繼投產(chǎn)發(fā)電，一批500千伏輸變電工程在湖北、華中大地上動工興建。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，±500千伏的超高壓輸電技術(shù)也遇到了供應天花板，需要繼續(xù)提升輸電功率，向特高壓領域進軍。

2022年6月8日，±800千伏泰州換流站，電力工人正在進行電力設備檢修工作。

　　特高壓電網(wǎng)指的是±800千伏及以上的直流電網(wǎng)和1000千伏及以上交流電網(wǎng)。與普通線路相比，特高壓輸電線路輸送容量更大、輸電效率更高、運行損耗更小、輸送距離更遠，可以達到2000公里甚至3000公里以上，能覆蓋我國所有的大型能源基地和用電負荷中心。

　　與±500千伏超高壓直流輸電相比，±800千伏、±1100千伏特高壓直流輸電距離分別增加了2～3倍、5～6倍，輸電容量分別提高了2～3倍、4～5倍，輸電損耗不到1/2、1/4，單位容量走廊寬度僅為65%、55%，單位造價只需65%、40%。

　　與橋梁、土木等領域不同，在輸電技術(shù)上，中國基本屬于白手起家。不僅如此，特高壓技術(shù)在國際上沒有成熟方法可以借鑒，也沒有現(xiàn)成的工具可以使用，甚至連現(xiàn)場作業(yè)的行業(yè)標準規(guī)范也沒有。

　　從上個世紀60年代開始，美國、蘇聯(lián)、日本、意大利等國家先后開展了特高壓輸電技術(shù)的研究和開發(fā)。上世紀80年代，蘇聯(lián)建成了1150千伏特高壓交流輸電線路，意大利和日本也先后建成了特高壓試驗工程。

　　不過，蘇聯(lián)解體后，電力需求明顯缺乏，導致特高壓線路僅僅運行數(shù)年就降壓至500千伏運行。而二戰(zhàn)后的日本，雖然隨著經(jīng)濟的復蘇，用電量一度與日俱增，但客觀現(xiàn)實是，日本國土面積不足38萬平方公里，對特高壓遠距離、大容量輸送的需求沒有大國的旺盛，此外，不久后的經(jīng)濟危機導致需求下降，變電站依舊采用500千伏設備。

　　總之，縱觀世界，美國、日本、意大利都曾經(jīng)研究、開發(fā)過特高壓輸電技術(shù)，但由于種種原因都停滯或暫緩，甚至降低了輸電電壓等級。

　　前無古人，又白手起家，中國工程院院士李立浧后來表示：“不能因為國外沒有我們就不做，因為這是我們國家需要的。”

　　2005年，國務院正式將特高壓列入《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》。

　　2006年，特高壓成套設備研制列入《關于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》。這一年8月，1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程獲得國家核準。

必須走自主創(chuàng)新之路

　　面對中國特高壓建設撬開的巨額市場，西門子、BBC、施耐德等國際企業(yè)抓住中國在特高壓發(fā)展技術(shù)上的一些不足，紛紛叫賣各自的技術(shù)解決方案。建于1986年的我國第一條±500千伏高壓直流輸電線路——葛洲壩到上海的葛滬線，就是全套引進BBC公司(后與阿西亞公司合并成了ABB公司)的技術(shù)設備。

　　不過，隨著新世紀的到來，眾多新材料相繼出現(xiàn)，電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，輸電線路對變化的環(huán)境更加敏感。面臨新的技術(shù)難題，我國再采用“引進消化吸收再創(chuàng)新”的技術(shù)路線去攻克，走不通了，必須要走自主創(chuàng)新之路。

　　作為特高壓輸電工程核心裝備的特高壓變壓器和特高壓換流閥，因研發(fā)難度巨大，被譽為“珠穆朗瑪峰上的皇冠”。為了摘得這頂“皇冠”，國家電網(wǎng)公司集合了300多家單位的上千名科研技術(shù)專家，潛心研發(fā)了十年之久。

　　先說特高壓變壓器。

　　它被喻為“特高壓心臟”，是實現(xiàn)特高壓輸電優(yōu)勢的關鍵設備，不管是降壓升壓還是控制電力損耗，都由它掌控。

　　對特高壓變壓器來說，絕緣性是最大的難題之一。當時，絕緣性能最好的是陶瓷，但單臺1000千伏特高壓變壓器的重量可以達到400噸左右，若采用陶瓷做絕緣材料，變壓器則會重達7000噸，這樣的龐然大物會使得后續(xù)運輸都成問題。后來，我國科研人員研發(fā)出一種特殊的絕緣紙，可以隨便剪裁成不同形狀，重量也大幅下降。

　　尋找到合適的材料只是變壓器自主創(chuàng)新征程中的一步。

　　2008年3月，由特變電工沈陽變壓器集團有限公司制造的1000千伏變壓器順利設計完成。這臺變壓器凝聚了國內(nèi)相關領域科技精英的無數(shù)心血，一旦試驗成功，特高壓工程的核心設備即大功告成。

　　試驗開始后，電壓指針向上升起。忽然，伴隨一記悶響的電擊聲，電壓指針歸零！所有人剎那間驚呆了，升壓時間只有72秒，絕緣被擊穿。第二次試驗現(xiàn)場，變壓器剛升壓到29秒，“轟”的一聲，電壓指針再次歸零。

　　兩次試驗均失敗，參與人員沒有退縮動搖，而是實事求是、總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓、重新上路。最終在當年6月，重達400噸、耗資5000萬元的變壓器試驗取得圓滿成功。

　　再說特高壓換流閥。

　　換流閥可謂“巨無霸”。以目前電壓等級最高、容量最大的±500千伏/300萬千瓦柔性直流換流閥為例：每個換流閥由2個閥塔串聯(lián)而成，每個閥塔高約13米、重達80噸，一個閥塔又由上百個獨立的功率子模塊組成。

　　換流閥的研發(fā)制造是目前復雜程度最高的電力裝備技術(shù)之一。此前，僅ABB和西門子擁有該技術(shù)。

　　2010年，中國電科院自主研發(fā)的世界首個±800千伏/4750安特高壓直流換流閥通過全部型式試驗，通流能力和電壓等級均創(chuàng)世界之最，標志著我國全面掌握了直流換流閥研發(fā)設計的核心技術(shù)與工藝，徹底打破國外企業(yè)技術(shù)壟斷。

　　該換流閥的技術(shù)水平全面超越國外同類產(chǎn)品，在電氣性能、結(jié)構(gòu)設計、關鍵部件特性等方面達到世界領先水平，可使我國±800千伏特高壓直流工程的輸送功率從目前的7200兆瓦提高到7600兆瓦，輸送能力提高5.6%，造價降低約25%，大幅節(jié)約特高壓及常規(guī)直流工程的建設成本。

　　隨著從業(yè)科研人員的增加、研發(fā)深度廣度的不斷拓展，高電壓、大電流、強電磁場環(huán)境下?lián)Q流閥散熱、電壓尖峰抑制、電磁兼容問題及閥控設備低開關頻率電容平衡等問題被逐一攻克，換流閥裝備制造技術(shù)實現(xiàn)快速升級。

　　2013年以后，直流換流閥參數(shù)不斷提升，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，電壓等級從±30千伏上升到±500千伏，輸電容量從2萬千瓦升至300萬千瓦，工程應用形式從兩端到多端再到組成直流電網(wǎng)，實現(xiàn)了從科技示范到大規(guī)模應用的飛躍。

　　中國不僅把特高壓技術(shù)收入囊中，還要把特高壓產(chǎn)業(yè)鏈上關鍵裝備的市場訂單牢牢攥在自己手里。

　　根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計：特高壓直流項目的核心設備為換流閥和換流變壓器，主要供應商分別為國電南瑞、許繼電氣、中國西電和特變電工；在直流控制保護系統(tǒng)方面，許繼電氣和國電南瑞兩家平分了市場份額；特高壓交流項目的核心設備為GIS和交流變壓器，主要供應商分別為平高電氣、中國西電、特變電工等。

不斷刷新世界紀錄

　　2009年1月6日，我國首個特高壓工程——1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程建成投運，它是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的交流輸電工程，同時是世界上運行電壓最高、技術(shù)水平最先進的交流輸電工程。

　　通過1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程的建設，我國全面掌握了特高壓核心技術(shù)和全套設備制造能力，研制成功了特高壓串補、大容量特高壓開關、雙柱特高壓變壓器等代表世界最高水平的特高壓交流新設備，刷新了主要輸變電設備的世界紀錄，形成了一系列國際標準和國家標準，驗證了發(fā)展特高壓的可行性、安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性，實現(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領”。

　　2011年，特高壓技術(shù)納入“十二五”規(guī)劃，特高壓建設開啟了快進模式。到2013年，建設成“三橫三縱”特高壓骨干網(wǎng)架和13項直流輸電工程，形成大規(guī)?！拔麟姈|送”“北電南送”格局。2014至2016年，國家能源局提出加快推進大氣污染防治行動計劃12條重點輸電通道的建設，推進9條特高壓線路建設。2018年8月，國家能源局印發(fā)《關于加快推進一批輸變電重點工程規(guī)劃建設》，作為“新基建”投資托底經(jīng)濟，特高壓建設提速。

　　我國在特高壓輸電等級、輸送電量、距離等方面，也不斷刷新世界紀錄：

　　晉東南—南陽—荊門線路是世界上第一個投入商業(yè)運行的特高壓交流輸變電工程。

　　向家壩—上?！?00千伏特高壓直流輸電工程，是我國自主研發(fā)、自主設計和自主建設的，是世界上首個電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠的直流輸電工程。其輸送能力達到700萬千瓦級，每年可向上海輸送350億千瓦時清潔水電，相當于上海全年用電量的30%。

　　準東—皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程攻克了超長空氣間隙絕緣、過電壓深度控制、電磁環(huán)境控制、可靠控制與保護、主設備研制、超大型復雜絕緣結(jié)構(gòu)機電協(xié)同設計等世界級難題；在世界上首次研制成功電壓等級和容量之最的換流變壓器、換流閥等設備，自主研制成功世界首支1100千伏直流穿墻套管。該工程每年可減少華東地區(qū)燃煤消耗約3800萬噸，成為連接西部邊疆與華東地區(qū)的“電力絲綢之路”。

　　截至2020年底，中國已經(jīng)建成了“14交16直”，在建“2交3直”，共35個特高壓工程，在運在建特高壓線路總長度4.8萬公里?！笆奈濉逼陂g，國網(wǎng)規(guī)劃建設特高壓線路“24交14直”，涉及線路3萬余公里，變電換流容量3.4億千伏安，總投資3800億元。

　　迄今為止，中國不僅是世界唯一實現(xiàn)特高壓大規(guī)模商業(yè)運營的國家，也在這個領域全方位實現(xiàn)了“中國引領”，成為了制定標準的國家。目前在特高壓技術(shù)領域，中國牽頭制定了國際范圍內(nèi)公用的特高壓輸電線路標準，且擁有全部專利使用權(quán)。這意味著，其他國家就算是研發(fā)出了國產(chǎn)技術(shù)，也必須遵守中國的標準，才被允許在國際上出售。

　　信息來源：新華每日電訊