青海風光好無限,銀絲飛遷送中原。
1月12日早上,初晨的陽光溫柔傾灑在日月山下塔拉草灘上的海南±800千伏換流站現場,升起的薄薄晨霧快速消散,帶有鮮明建築風格的換流站與不見邊際的草灘渾然一體。
走進已竣工投產的海南±800千伏換流站現場,運行人員正聚精會神運維監控各種設備,只有電氣設備發出的運行聲,讓人注意到現場少去了稍早前火熱的建設氛圍。輾轉現場各個角落,各種電氣設備與站內主要建築結構相連一片,無形中點綴了冬季草灘上原有的自然底色。自2019年3月6日主體工程開工以來,建管方國網直流公司率領參建人員克服了嚴寒酷暑、高海拔等惡劣自然環境,勇攀電力科技高峰,經過600多天的艱苦奮戰,全面建成了青海清潔能源輸送大動脈,將青海省內豐富的風、光、水等清潔能源打捆外送華中地區,有力凸顯了工程建設的多個維度重要意義。
維度一:業內技術創新引領
首次大規模輸送以清潔能源為主的電能、首次進入海拔3000—4000米地區開展特高壓建設施工、首次研發應用升級版的特高壓輸電技術、首次採用±800千伏換流變現場組裝方案……針對工程建設技術特徵,海南換流站業主項目部群策群力,攻堅克難,建設打造出新時代特高壓直流輸電升級版樣板工程。
2020年12月30日21時16分,經過嚴格調試,海南換流站工程雙極高端設備經受了全電壓、全電流以及過負荷的試運行期間考核,設備功能、性能得到系統驗證,順利投入運行階段,這標誌著工程整體全面建成投運。
青海—河南±800千伏特高壓直流輸電工程系世界首條清潔能源外送大通道工程,是我國發展運用特高壓輸電技術推動新能源大規模開發利用的一次重大創新,進一步提升了特高壓輸電的安全可靠性和標準化水平。工程全面突破了超高比例新能源大規模送出、新能源與特高壓直流交互特性、高海拔地區特高壓直流輸電關鍵技術、特高壓直流核心設備國產化等難題,進一步鞏固了我國在特高壓直流輸電領域的國際領先優勢。作為國內建設的首個800千伏、800萬千瓦特高壓直流樣板工程,工程送端站海南換流站建設同樣面臨多項技術難題,承擔多項攻堅任務,極具挑戰性。工程通過全面採用「升級版」特高壓輸電技術,在成套方案、工程設計、設備研製、工程建設等方面都進行了大幅優化,提升了工程的安全和質量水平,並且在關鍵技術方面取得了全面突破。
作為國內首個±800千伏、800萬千瓦特高壓直流樣板工程,海南換流站創新升級特高壓直流輸電技術,首次進行新能源多機群與直流系統協同設計與控制,大幅提高了輸電系統的靈活性、適應性、可靠性和過負荷能力,使得大規模新能源安全接入、通過特高壓直流通道遠距離外送、依託全國大電網/大市場消納成為可能,對支撐碳達峰、碳中和戰略目標實現具有重要示範意義
此外,建設管理方聯合相關科研和設備製造廠攻關「卡脖子」技術,成功研製了國產化特高壓直流穿牆套管及換流變閥側套管,關鍵技術指標達到甚至超過國外同類產品有關指標。工程並在世界上首次採用了特高壓換流站現場組裝技術,在青海電力西寧檢修基地成功的開展了海南換流站7臺800千伏換流變現場組裝工作,相關設備均已通過出廠試驗,標誌著我國全面攻克了特高壓換流變現場大規模組裝技術和高海拔環境下的製造工藝控制難題。
為保證系統安全穩定運行,支撐青海更多的清潔能源可靠外送,海南換流站針對直流系統當前運行方式,制定專項運維保障方案,根據對側河南側電量需求情況,實時調整輸送功率。同時,加強設備特巡管理,縮短設備巡視周期,全方位開展設備帶電檢測,通過在線監測系統加強設備監測,全面檢查分析設備運行工況,實時掌握設備狀態,從而保證系統運行狀態良好。
工程是國內首個高海拔特高壓換流站,其建設過程產生的經驗成果不僅關乎於工程成效,也將為後來類似工程起到引路和借鑑作用。「建設過程中,我們通過匯聚參建人員智慧,積極採取創新施工技術,革新作業手段,取得了多項施工技術的『瓶頸』突破,不僅啃下了高原特高壓電網工程施工難題『硬骨頭』,也為後續類似工程當好了建設『先行者』。」工程業主項目部副經理王茂忠介紹。
維度二:建設精品質量工程
海南換流站換流閥低壓加壓試驗全部一次通過,24臺換流變充電、換流閥解鎖一次成功, 8400米長750千伏GIS耐壓試驗一次性通過,分系統調試實現「零差錯」,……世界最高海撥特高壓工程施工現場,建設環境近似極致苛刻,唯創新方進取,現場留下了一條參建人員探索高原特高壓工程工藝質量提升的創新之路。
1月11日,海南換流站運檢人員對雙極低端水循環系統檢查時,除了可以運用現場視頻監控探頭進行跟蹤了解外,自己還可方便深入地下管溝,迅速完成對生活給水、工業給水以及消防水管的全面「體檢」。
該站系國內首個以綜合管溝的形式將全站生活給水、工業給水以及消防水管統一設置在管溝中的特高壓換流站,管溝布置規整,便於巡查檢修。「這樣設計大大方便了我們後期運維檢修,不至於出現一條水管溝輸水不暢時,需要對全部管道進行地面開挖『問診』。現在一個管溝內將用水管道全部收納,易於我們平時維修檢修省事省時。」
工程建設伊始,多項唯一而獨有的「標籤」符號已烙印在該站頭上——世界海撥最高特高壓換流站、建設新時代直流特高壓電網升級版樣板工程、新開工「五直」工程首建工程。多種工程建設特徵的匯集,決定了施工過程之難和工藝質量提升之艱。放大該站背後建設所有條件因子,「高原」二字幾乎成為了所有建設難題的起因。高原條件下設備絕緣保護如何得到有效落實、高原特殊氣候下混凝土澆築如何得到質量提高、高原環境下各種基礎工藝細節如何得到提升……
「與平時在內地省份施工相比,在高海拔地區進行工程施工,大多數施工內容建設難度會由常見的『平滑線』突然變成一條『陡峭線』,難度陡然增大不少。這迫使我們只有依靠創新來解決難題,高舉創新大旗,用創新手段來攻克施工所遇挑戰。」業主項目部副經理王茂忠介紹說。
工程GIS區域東西長780米,南北跨距28.5米,共有2350個單元,是國內最長戶內GIS鋼結構廠房。GIS設備精準安裝難度非常大,除了對安裝潔淨度的要求極高外,GIS全部設備安裝精度都必須精準控制在2毫米之內。該站現場晝夜溫差大、風沙大,加之母線設備長兩項因素的疊加,導致施工中軸線膨脹位移較大,增加了施工難度。為了保證安裝精度,業主項目部和施工項目部人員集思廣益,採用全站儀和雷射投線儀邊安裝邊測量,確保對接軸線精度,消除溫差、作業誤差導致的安裝累計誤差,使安裝成型設備滿足規範要求,最終取得了耐壓實驗一次成功的回報。
工程建設過程中,國網直流公司加強實體質量管控,以建設新時代特高壓直流輸電升級版樣板工程為目標。認真做好前期策劃,統籌推進工程創優。大力推行策劃先行、樣板引路,開展排水管、防火牆、電纜溝、綜合樓施工等20餘次創優專題研討會,形成創優措施123條,確保施工質量優良。強化設備安裝環境控制,確保施工作業一次成優。採取搭建防塵通道、設置風淋間、安裝防塵棚、動態環境監測等措施保證設備安裝環境。大力推行標準工藝,強化質量過程管控。全面應用標準化作業指導書,加強設備安裝標準化工作,嚴格執行換流變、換流閥、調相機等主設備安裝質量工藝控制卡,關鍵節點採取質量籤證放行方式,提升設備安裝質量,創造了國內最長8400m戶內GIS管母線和到站25臺換流變、4臺升壓變局放耐壓試驗均一次通過的新建設記錄。
據統計,截止工程建設結束,該站參建者共攻克涉及高原地區特高壓直流電網工程電氣設備絕緣保護、大體積混凝土澆築質量提升、冬季施工增效、工程電網抗擾動能力、重要涉網設備的高原承受能力等技術難題26項,形成海南換流站工程典型經驗及典型案例182條,編制《閥側套管孔洞封堵安裝典型施工方法》《抗爆門安裝工藝流程》《CAFS系統標準化設計方案》《CAFS系統施工標準工藝》《CAFS系統調試方案》《CAFS系統操作手冊及使用說明》《換流站(變電站)工程消防設計審查及報驗標準化指導書》等10項成果總結,已獲得中電建協科技進步獎5項,QC成果6項,發表論文專著15篇,獲得專利3項……這些數據和創新碩果之花,不僅映照了工程實體的過硬質量,也掩映出參建人員的艱辛創新之徑。
維度三:高原施工高效管理
600多天的高原施工鏖戰,近3000米高原海拔複雜施工環境,2300多名參建者一線攻堅克難,築就了參建群體群策群力,凝聚智慧破解多項施工建設考驗,讓工程建設始終得以快速推進的奇蹟之路。
這是兩組很不平凡的數據,甚至可以折射出時間的重量。
2019年3月6日,世界海撥最高特高壓換流站海南800±千伏換流站主體工程開工建設。
2020年12月30日,工程雙極高端正式進入投運運行階段,世界首條清潔能源「大動脈」開始送電,匯聚於此的青海省風能、光伏等清潔能源,源源不斷送往河南省,為兩地經濟發展提供強大的引擎。
儘管參建過多項特高壓工程,對工程參建人員來說,該工程建設經歷最難忘,克服困難挑戰最艱巨。
2019年3月6日主體工程開工後,因換流變等主設備提資、消防系統升級等問題導致設計圖紙提交嚴重滯後,針對可能出現的當值施工黃金季節卻「人等圖」現象,業主項目部提前策劃,對換流變基礎等工序採用過渡基礎施工和優化設計的方法,以見縫插針的方式有序推進工程建設進度,確保換流變基礎及防火牆、閥廳彩板封閉和CAFS、換流變設備安裝調試等項目高效推進,搶回了寶貴的施工時間。
2019年10月下旬至2020年2月20日,跨度長達123天的特高壓高原冬季施工中,業主項目部堅持「精確審核、精準施策、精細組織」的方法,制定了詳細的冬季施工專項方案,採取運用水暖鍋爐、電暖氣加熱、熱風炮、搭建暖棚等多種保溫措施,全面保障了主控樓裝飾裝修、換流變廣場、750kV GIS設備安裝等工序施工進度和工藝質量,成功解決了高原高寒冬施難題。
2020年2月29日疫情復工後,為將疫情影響減小到最低程度,堅持疫情防控和復工復產「兩手抓、兩不誤」,從防疫物資儲備、人員返場隔離體檢、施工現場三級隔離管控等各方面築牢疫情防線,外防輸入,內防擴散,安全有序推進工程建設管理。3月初至5月底,及時增加施工力量投入,現場施工高峰期作業人員多達2300多人,堅決有力搶回了所耽擱的施工工期,確保了7月15日工程雙極低端運行送電。
2020年7月至12月,在雙極高端建設期間,克服高端換流變大件運輸和大規模集中安裝考驗,利用「智慧工地」管控系統,加大施工方案交底,夯實安全管控防線,提高施工精細化水平,高質量完成極1、2高端區域換流閥和換流變安裝及分系統調試任務。
「工程建設以來,困難可謂接踵而至,考驗可謂高頻多發。我們通過不斷激發現場參建人員戰勝困難的信心,發揮優秀參建代表的模範帶頭作用,依靠一線施工人員的群眾智慧,成功攻克了一道道建設難題,打贏了幾十場施工攻堅任務『突擊戰』,從主體工程開工到雙極高端投運,有效作業施工時間僅僅17個月,創下了同類工程建設的施工新紀錄。」業主項目部副經理王茂忠感慨的說。
維度四:綠色環保施工作業
不壓壞每一片草地、不汙染每一滴水源……全面落實工程環評和水保批覆的要求,督導參建單位嚴格執行環境保護措施,實施全員、全過程的環境管理,不發生環境汙染和破壞事件,實現建設「資源節約型、環境友好型」的綠色和諧工程目標。
1月11日,在現場,通過噪聲監測儀可以清晰看到換流站的邊界噪聲值測量結果顯示,工程運行期間站內噪聲低於45分貝,晝夜間噪聲最大值為31分貝,換流站運行噪聲得到了有效的控制。
「通過優化工程綠色降噪技術設計,現場隔音降噪效果明顯。而在其它環保水保方面,我們也下足了功夫,換流站施工全部採用綠色環保、大規模採用工廠化預製材料,最大程度減少對環境的汙染。同時,在施工過程中落實草皮及表土剝離,施工場地墊護隔離、垃圾分類收集處理、臨時堆渣攔擋覆蓋、場地綠化等環保水保措施,進行植草綠化並派專人養護。」王茂忠說,「看著乾淨整潔的施工現場,與外面自然協調的整體環境,我們做得再多都是值得的。
工程現場生態環境極其脆弱,這對工程中落實環保、水保工作提出高要求。業主項目部嚴格要求參建人員不得故意壓壞每一片草地、不得汙染每一滴水源,最大限度地減少對現場環境的擾動等等,使這裡的生態環境免遭人為破壞。
工程建設中,工程業主項目部高度重視工程環保水保工作,全面落實工程環評和水保批覆的要求,督導參建單位嚴格執行環境保護措施,實施全員、全過程的環境管理,不發生環境汙染和破壞事件,實現建設「資源節約型、環境友好型」的綠色和諧工程目標。每一項工序施工組織前,組織人員認真策劃編制好環保水保措施,確定好最佳方案。每一道主要工序完成後,對工程施工環保水保落實情況進行小結,總結工作中的亮點,為下一部施工提供經驗。
針對海南換流站工程的特殊自然環境和氣候條件,業主項目部編制了《環境保護施工方案》《植被恢復施工方案》等措施,制定了一套詳細的環保水保計劃。如開展大件運輸道路的植被保護,對沿線進行詳細的現場踏勘,劃定行車範圍和往返路線,不得自行踩道;施工所用砂、石、水泥等原材料以及施工機械在施工現場都要和地面隔離,採用鋪設彩條布、草墊和道木防止破壞地表植被和汙染環境。
因為大型設備運輸,機械來迴轉運不可避免要對現場附近草皮造成一定的破壞,而草皮一旦被破壞,短時間內難以恢復。他們借鑑園藝技術,創造性地將損壞佔用地塊的草皮小心翼翼地切割成45釐米見方的小塊,放到空地上由專人養護起來,等到施工結束之後,全部「物歸原主」。
土建階段沙石料進入施工現場時全部用彩條鋪墊,施工後立即收回剩餘的沙石料。施工過程儘量不佔用草場,必須佔用草場的,在草場上鋪設彩條布保護草皮。施工完畢後,按照要求及時進行恢復,保護生態環境。土建和電氣安裝施工每一道作業完成後,立即對該區域組織清理施工垃圾,對施工過程中產生的生活垃圾和廢棄物收集裝袋,帶出施工區域,集中後運至垃圾場。
維度五:經濟社會效益巨大
年度400億千瓦時輸送量,相當於為河南送來8座100千萬發電廠,約佔河南省年用電量的1/8。為早日讓工程發揮效益,工程建管方國網直流公司通過搭建垂直高效建設鏈條,驅動建設資源精準對接,讓海南換流站70多家參建單位得以協同高效運轉,產生最大建設力量。
「這一天我們已經期盼很久了。這條直流工程正式投運後,2021年我們廠發的電就可以外送增多了。」海南換流站現場附近中南光伏電力有限公司一位員工說,「工程帶電投運後,我們公司和其它附近的發電廠的發電量、外送交易、利用小時數會得到明顯提升。
該項特高壓工程將解決目前青海省海南地區清潔能源開發基地電力外送通道受限問題。像該發電廠一樣,能乘坐青海-河南直流特高壓工程輸送「快車」的企業還有98家。藉助該工程,海南藏族自治州新能源電量上網率預計可達100%。「對於我們發電企業來說,這是一個難得的機遇。如果能爭取擴建指標,我們打算繼續擴建規模。」上述發電企業負責人說。
不僅如此,工程將有力促進新能源開發利用,助推能源綠色低碳轉型。工程可滿足青海海南州千萬千瓦級新能源基地開發外送需要,顯著提高河南能源消費清潔化水平,實現兩省優勢互補,促進兩省經濟社會發展。同時,工程以創新驅動、高質量供給引領和創造新需求,總投資223億元,配套電網投資121億元,可拉動配套電源投資超過1000億元,助力暢通國內大循環,有力構建新發展格局。
而對工程受端方河南省來說,工程整體建成帶投運,這也是一令人欣喜的好消息。採用特高壓直流工程將青海新能源基地電力直送華中負荷中心,用「青海之光」點亮「中原之燈」,可滿足華中經濟發展及負荷增長需求。
河南省承接了黃河流域生態保護和高質量發展、中部地區崛起等重大戰略,電力負荷約佔華中四省負荷額40%。但作為能源淨調入地區,河南省對確保能源安全、推動能源轉型發展的要求越來越迫切。目前,河南燃煤電廠分布密集,當地電源以煤電裝機為主。通過青海清潔能源大規模外送,可以有效推動河南及華中地區節能減排和生態環境保護。
工程設計年輸送電量400億千瓦時,相當於替代受端原煤1800萬噸,減排煙塵1.4萬噸、二氧化硫9萬噸、氮氧化物9.4萬噸、二氧化碳2960萬噸,將有效促進大氣汙染防治,推動能源轉型與綠色發展。該工程額定功率800萬千瓦,相當於為河南送來8座100萬千萬發電廠。工程投運後,每年可向河南輸送清潔電能400億千瓦時,約佔河南全省用電量的八分之一。
為早日讓工程早竣工投產早發揮經濟效益,補位、協同、互助……成為海南換流站各參建方最大的體會。建設過程中,海南換流站電氣與土建交叉作業多,業主項目部精細管理,督導各自就零散時間化整利用,避免施工力量擁擠打堆;各種物資設備實現了精準運輸到站,無一例滯後到站;各項目部實現了建設資源精準投放,無窩工現象發生;各工序時序實現自然銜接,無相互爭搶工期或施工場地的內耗事例出現。工程業主項目部通過搭建垂直高效建設鏈條,驅動作業資源精準對接,讓參建力量得以協同高效運轉,高標準按期完成了施工任務。
海南換流站工程建設大事記
2018年10月,青豫直流特高壓工程獲得國家核准;
2018年11月7日,青豫直流工程開工建設;
2019年3月6日,海南換流站主體工程開工建設;
2020年4月8日,海南換流站首臺換流變壓器運抵現場。
2020年6月29日,青豫直流海南換流站雙極低端解鎖。
2020年7月15日,青豫直流海南換流站雙極低端啟動送電。
2020年12月1日,青豫直流海南換流站雙極高端系統調試啟動。
2020年12月16日,青豫直流海南換流站雙極高端解鎖。
2020年12月23日,青豫直流海南換流站雙極高端系統開始試運行。
2020年12月30日,青豫直流工程全面竣工。
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