南瑞装备助力国家电网公司张北柔直电网工程项目造就多项世界第一

6月29日，国家电网公司举办张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程竣工投产大会，深入贯彻落实习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全新发展战略，促进搭建清洁低碳、安全高效的能源体系，积极服务绿色奥运，贯彻落实“六稳”“六保”任务，为夺取疫情防控和经济社会发展双胜利，全面建成小康社会作出国网贡献。

南瑞集团参与建设的该工程项目是世界首个柔性直流电网工程项目，也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程项目，破解诸多世界难题，囊括了12项世界第一，其中与关键核心设备相关的5项和南瑞息息相关。

张北柔直工程总投资124.78亿元，新建张北、康保、丰宁和北京4座换流站，额定电压±500千伏，额定输电能力450万千瓦，输电线路长度666千米。工程被列入《电力发展“十三五”规划》和《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》。

柔性直流输电技术具有可控能力强、功率调节速度快、运行方式灵活等特点，能够有效抑制交流电压波动、减少功率波动对受端电网影响，是破解能源大规模消纳难题的“金钥匙”。张北柔直工程充分利用了柔直技术的这些特点，将四座换流站通过架空线路形成直流环网，这也是世界首个四端柔性直流环形电网，可有效实现风、光、水能源的互补，把不稳定的新能源电能变成稳定的电能，实现新能源利用的同时，保障电网安全稳定。其中，张北、康保换流站作为送端直接接入大规模清洁能源，丰宁站作为调节端接入电网并连接抽水蓄能，北京站作为受端接入首都负荷中心。

南瑞集团为张北柔直工程提供了全部的控制保护系统，张北、北京换流站±535kV/3000MW柔性直流换流阀，张北、康保、北京换流站总计10套535kV高压直流断路器以及核心测量设备。

张北柔直工程是世界上首个具有网络特性的超高压柔性直流电网工程。作为直流电网的核心设备，换流阀能够实现交直流电的相互转换，保证直流电网电压稳定；直流断路器可以快速切断故障负荷，保障直流电网的安全稳定运行。可以说，换流阀和直流断路器的性能直接影响到工程质量。

由南瑞集团研制的±535kV/3000MW柔性直流换流阀，首次采用了4.5kV/3kA的压接式IGBT器件，其电压等级、容量均为已投运工程之最，成功解决了换流阀在高电压、大电流等环境下的抗电磁干扰设计、阀塔九级抗震设计等难题，并攻克了柔性直流电网应用高浪涌电流能力设计、直流短路工况下换流阀不闭锁穿越等关键技术。

开断高压大功率工况下的直流短路电流被誉为世界电力技术领域的百年难题，是制约直流电网发展的主要瓶颈之一。南瑞集团研制的混合式技术路线直流断路器，通过多支路转移开断方法，成功解决了该难题，实现了机械开关无弧分断，大大延长了开关断口的使用寿命。该断路器整体采用模块化、分层、分功能区域设计，具有高度集成、紧凑化和灵活扩展能力，实现了近千级电力电子组件的协同触发控制。其最大分断故障电流不小于25kA，最大分断时间不超过3ms，速度比人类眨眼还要快100倍。

此外，南瑞集团在该工程中应用的柔性直流电网控制保护系统，攻克了新能源接入双极孤岛控制、多换流站协调控制等难题，成功实现了新能源双极孤岛柔直接入，直流线路故障快速检测、隔离和恢复，以及直流系统孤岛融冰运行模式等功能，使得现场设备可以在多种极限工况下安全稳定运行。

张北柔直工程安装期间恰逢冬季，工程四个换流站气温最低时达零下30℃。为保证工程按时投运，工程现场要求在限定工期内完成供货换流站所有换流阀及断路器的吊装，其中张北、北京换流站仅阀模块就有总计1104块，单个阀模块至少3吨，安装面临巨大挑战。南瑞集团积极配合施工单位，克服恶劣天气连续奋战近2个月，最终提前一周完成现场安装工作，得到业主单位高度认可。

2020年5月13日15时43分，张北柔直工程进入四端系统调试阶段，本次试验是对工程全站、全线设备的“全面大体检”。由南瑞集团供货的柔直换流阀和直流断路器配合完成四端系统调试项目59项，期间遍历了柔性直流电网启停、单站投退、功率扰动、接地短路等多种运行工况，换流阀保持可靠运行，直流断路器均可靠动作，为四端直流电网的顺利投运奠定了坚实基础。

2020年6月25日0点，张北柔直工程顺利结束168小时试运行试验。自系统调试以来，南瑞集团提供的±535kV/3000MW大容量换流阀配合完成跳闸试验等近300余项系统调试试验，均保持可靠运行。10台535kV直流断路器先后完成空合线路、稳态电流开断、重合闸、人工接地短路等多项试验项目，均能正确可靠动作，动作准确率100%，设备“零缺陷”通过全部验收试验。

“用张北的风点亮北京的灯”。这句写在张北柔直工程施工现场的标语，已然化为了现实。作为2022年北京冬奥会重点配套工程，张北柔直工程的投运将有力支撑新能源大规模开发利用，助力北京冬奥会实现奥运史上首次100%绿色电力供应，推动电网输电技术和电工装备升级，带动上下游产业发展，有力服务“六稳”“六保”大局。

近年来，柔性直流输电工程发展迅速。此前，南瑞集团已参与了上海南汇柔性直流输电示范工程、舟山五端柔直工程、厦门柔性直流输电科技示范工程、渝鄂直流背靠背联网工程等多个柔性直流输电重点工程建设。历经多年的工程经验积累，南瑞集团各项产品、技术和服务不断升级，关键设备可靠性得到充分验证，为推动新能源消纳，巩固和扩大我国在世界直流输电领域的技术领先优势，提高我国电工装备制造业自主创新能力和国际竞争力作出了积极贡献。

下阶段，南瑞集团将认真贯彻落实国家电网公司决策部署，充分发挥我国能源电力领域龙头企业和公司科技产业领军企业作用，进一步明确方位责任，以为国增光、为国家电网公司添彩为己任，坚定国际领先的目标追求，将柔性直流换流阀、直流断路器等高端装备广泛推广应用于海上风电、新能源并网、电网互联等直流工程，着力打造能源互联网技术高地、产业高地、人才高地，为建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业贡献南瑞智慧和力量。