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中国掌握换流变压器设计制造技术的进程

发表时间:2020/2/15 22:00:57  浏览次数:636  
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换流变压器是直流输电系统最重要的设备之一,它不仅参与了换流器的交流电与直流电的相互变换,而且还承担着改变交流电压数值、抑制直流短路电流等作用。我国掌握换流变压器设计制造技术应该归功于三峡工程的建设。


三峡工程是起点

三峡电网是三峡工程的三大组成部分之一,承担着三峡电力外送的重要任务,要使机组发电“送得出、落得下、用得上”。

原设计送电能力为华中12000 MW,华东7200 MW、川渝2000MW。三峡电网共建500kV线路9100km,其中交流输电线路总长度6900km,直流输电线路总长2200km,交流变电容量24750MVA,直流换流站容量12000MW。

2002年起调整为:交流线路55个单项,线路总长6519km,交流变电33个单项,变电容量22750MVA,直流工程总计3个单项,线路3条,总长2965km,换流站6座总容量18000MW。

建设安排分三个阶段:第一阶段1997~2003年关键是建三峡至常州直流输电工程,并保证500kV交流工程配套送出,并加强鄂豫、鄂湘、鄂赣联网。第二阶段2004~2006年关键是建三峡至广东直流输电工程,保证左岸电站发电送出,建设相应交流工程,第三阶段2007~2010年确保右岸电站发电送出,关键是建三峡至上海直流工程,并保证500kV交流工程配套送出。实际执行结果第三阶段已于2007年提前结束,整个三峡输变电工程2008年12月20日通过国务院验收,动态投资343.87亿元。

三峡电站的建成,我国犹如抱上了一个金娃娃。三峡3条直流线路的建成,使中国成为世界上第一个直流输电大国,并基本上学会自行设计、制造、建设、调试及运行。在资源配备上也以充沛的绿色水电供应缺电严重的苏粤沪。

单从输电的业绩来看,一条三峡到广东的超高压直流输电线可年送电量140亿kWh左右,而晋东南到荆门的特高压输电线运行一年来输送电量仅91亿kWh。由此看来直流输电效率要比交流输电高,其中换流变压器功勋卓著。

我国掌握换流变压器技术的过程

从20世纪80年代我国先后引进法国阿尔斯通公司和日本日立公司交流500kV大型电力变压器的设计制造技术,并通过技术合作和项目合作等方式学习了借鉴了瑞典ABB、德国西门子、日本三菱、东芝、乌克兰扎布罗日变压器厂、奥地利伊林等国外主要变压器制造企业的设计制造技术,已经形成了自己的大型变压器设计、制造和开发能力,80年代初我国制造出第一台500kV变压器。

三峡工程开建前,我国并不具备三峡直流工程换流变压器的设计制造能力。为使国家重大装备制造的核心技术不再受制于别人,三峡建委决定三峡直流工程设备实行国际采购,并制定了“技贸结合、技术引进、联合设计、合作制造”的技术路线,运用国际招标的方式引进关键技术后消化吸收再创新,逐步实现我国换流变压器的国产化,同时选择我国最具优势的沈阳变压器厂和西安变压器厂作为引进技术的受让方。

在招标文件的编制阶段,国务院专门设立了技术转让组,国内制造厂参加,并根据其自身的技术和产品需求,列出量身定衣的采购清单,以此作为国际招标的主要内容,同时组织国内相关专家评估外商技术转让的深度,并把评估结果作为评标的重要指标。在招标设计中,将国外供货商向国内企业转让关键技术作为必要条件,不仅要求转让图纸,还要将相关设计软件和管理理念等全部转让,使国内企业能够独立进行换流变压器的制造。

招标文件中明确了三个必须:一是投标者对供货设备的经济和技术负全部责任,必须与中国有资格的企业联合设计、合作制造;二是投标者必须向中国制造企业转让技术,并培训中方;三是中国制造企业分包份额不低于总价合同的30%(三常线)、50%(三广线)、70%(三沪线),必须由中国制造企业为主制造4台(三常线)、8台(三广线)、14台(三沪线)换流变压器。

在三峡第一条线三常线的招标过程中,经过严谨、科学、公正的态度,历时40天的评标,确定ABB公司和西门子公司中标,合同总金额为4.2亿美元,其中包括制造技术转让费1527万美元。同时签署的还有直流技术转让费和合作生产合同,融资协议总金额5.06亿美元。

具体来说三峡送端龙泉站设备全系统研究与设计、受端政平换流站设备(除换流变压器)由瑞典ABB总承包,政平站换流变压器由西门子公司承包。

西变和沈变分别为ABB和西门子公司的分包单位,两单位在原已掌握500kV大型电力变压器技术的基础上,通过消化吸收引进技术,掌握了电气原理,结构设计与计算方法,完成计算程序及图样的转化,采购了先进的工艺设备,实现了工艺方法的更新和调整,并结合本企业成熟经验,加以创新,分别制造出合格换流变压器样品。产品技术经济指标先进,性能优良,运行情况良好,填补了国内空白,达到了国际先进水平,然而售价却有一定幅度的下降。

西变合作生产三常线送端龙泉换流站±500kV单相双绕组、容量297.5MVA的换流变压器(其中Y/Y联结和Y/D联结各一台);沈变合作生产三常线政平换流站±500kV单相双绕组、容量283.7MVA的换流变压器(其中Y/Y联结和Y/D联结各一台)。就这样我国仅用五年时间赶上了与发达国家±500kV换流变压器相差二十三年的差距。

2006年国家电网公司根据国情提出要建设±800kV特高压直流输电线路,因为一回特高压直流线路可输送电力64000MW,是±500kV级直流线路输送能力的2倍,线路损耗可降低约60%,输电距离可达2500km。但高端换流变压器(指±800kV级及±600kV级)制造难度较大,尚需得到国外厂商的协助。

国家发改委曾电告有关厂商,西门子、ABB公司闻风而动,先期做出概念设计,并通过有关试验,验证了技术上的可行性。其中云广线最难制作的换流变压器单台容量为800kV252MVA单相双绕组,向上线则为800kV321MVA。与三峡项目不同,这次由我方总承包,但仍采用“技贸结合、技术引进、联合设计、合作制造”的技术路线。

云广线项目综合国产化率达到62.9%。向上线2010年7月8号双极投运综合国产化率又稍有提高至67%,充分说明我国已掌握±800kV换流变压器的制造技术。

直流工程一般依赖于大型水、火电基地。目前我国十三大水电基地中,黄河上游、乌江、红水河已开发过半;正在积极开发全沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江;怒江因环保人士有争议暂时搁置;黑龙江中俄界河,因俄方电力过剩,经济实力缺乏,不能积极配合中方,前期工作进度缓慢。

火电基地中皖北、黑东、云贵已开发过半,今后则将依赖山西、陕北、宁东、蒙西、锡盟、呼盟、哈密等火电基地。电力传输基地离受端发达地区的距离已由原1000km左右扩展到2000km左右,非依赖超高压和特高压直流远距离输电工程不可。



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