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          海上風電遠距離輸電方式再創新
          (時間:2022/10/20 8:52:49)

            據全球風能理事會(GWEC)發布公布的數據,2021年全球新增海上風電裝機容量21.1GW,其中中國海上風電新增裝機占比80%,位居世界第一,海上風電在我國的應用前景廣闊。
            目前我國近海風電資源開發已經進入尾聲,海上風電建設正在邁向中遠海。受制于交流海纜充電電流和充電功率的限制,工頻交流輸電一般只適用于離岸小于70km、容量小于400MW的近海風電場送出;柔性直流輸電雖然具有送出效率高、線路損耗小等優點,但海上平臺造價高,建設難度大,運維困難。以某工程為例,送出系統總投資約47億元,其中海上平臺造價約9億元,海上平臺成為制約大規模深遠海風電發展的瓶頸[1]。
            針對以上輸電方式在中遠海風電送出中的缺點,中國電科院院士陳維江在題為“柔性低頻交流輸電構想”的演講中提出采用20Hz低頻輸電技術。通過降低頻率提升電纜載流量的方法,提高了電纜的有效負荷能力,大大延長了電能傳輸距離;不需要建設海上換流站,使得送出系統建設和維護成本都大幅降低,是未來中遠海風電送出技術發展的新方向。
            注[1]:數據來源:全直流海上風電匯集與送出輕型化DC/DC換流器關鍵技術 哈爾濱工業大學 徐殿國
            工程應用情況
            柔性低頻交流輸電技術是借助先進電力電子技術靈活輸出20Hz頻率交流電能的新型輸電技術。與直流輸電利用電力電子裝置將工頻50Hz變成直流相比,可以兼顧工頻交流系統組網靈活、易實現電壓等級變換以及直流系統易于遠距離大容量電能輸送的優點,同時具備功率控制、電壓動態調整、異步電網互聯等柔性調控功能。目前柔性低頻輸電在電力系統尚無應用,浙江省電力公司首次在杭州柔性低頻輸電工程、臺州柔性低頻輸電工程分別實現世界首個500kV、35kV供區異步低頻互聯,為國際首創性技術。
            杭州低頻示范工程項目通過在已建成的13.2km的220kV亭中(亭山站-中埠站)輸電線路兩側建設換頻站,低頻互聯起富陽和蕭山南部兩大負荷中心。未來可釋放昇光變盈余供電能力的同時,有效緩解富陽變供電壓力,滿足富陽區負荷增長需求。預計可實現供區之間300MVA規模的潮流靈活互濟,提升跨江通道輸電能力和事故、檢修支援能力。平高集團為杭州亭山站-中埠站低頻示范一期工程提供2間隔72.5kV低頻GIS和4間隔252kV低頻GIS,后續二期龍隱站建成后,最終實現龍隱-中埠-亭山三個低頻變電站互聯,將為柔性低頻交流輸電技術積累寶貴的建設、運行經驗。
            臺州低頻輸電工程項目作為全國首個海上柔性低頻輸電工程,通過在35kV鹽場變、35kV大陳變建設2個35kV低頻站,通過已有鹽場-大陳運行線路,實現大陳島與大陸柔性互聯,將來自大陳島的海上風電輸送到陸上電網。目前,大陳島日輸送電能最高可達60萬kWh,未來可達80-100萬kWh,對更加高效地利用海上富余風電資源具有積極意義。
            平高集團為臺州鹽場變、大陳變提供全部的40.5kV低頻開關柜,目前已投入運行,為大陳島低頻風電并入陸上電網提供了關鍵保護,為柔性低頻交流輸電工程“從0到1”提供了重要支撐。
            產品介紹
            平高集團開展了斷路器、隔離接地開關、互感器等核心元件的全面技術創新,實現多個從0到1的大跨越,研發出具有自主知識產權世界首臺套20Hz 72.5kV、252kV低頻GIS產品,以及40.5kV開關柜。
            斷路器
            頻率降低,使電流周期增加至50毫秒,開斷過程中,電弧燃燒產生的能量相比常規斷路器增加了將近80%,遠遠超過了現有斷路器的極限開斷能力。
            平高集團借助先進的電弧仿真技術完成適用于低頻工況的滅弧室設計方案和試驗驗證,突破了低頻六氟化硫和真空斷路器開斷技術瓶頸。
            隔離開關、接地開關
            與斷路器相比,隔離開關和接地開關沒有熄弧裝置,在開合過程中,燃弧時間長,電弧能量積累大,加劇了觸頭燒蝕。通過開關觸頭結構優化,攻克了低頻工況下結構緊湊和開合性能兼顧的難題。
            互感器
            通過開展互感器關鍵參數匹配特性、鐵芯截面、繞組結構優化研究,突破了低頻互感器設計關鍵技術,創新制定互感器準確度設計方案和電壓互感器繞組結構。
            避雷器
            通過開展低頻電壓對避雷器老化特性、避雷器低頻過電壓耐受時間特性、避雷器絕緣狀態的影響研究,突破了低頻避雷器設計關鍵技術。
            標準規范
            目前,世界范圍內沒有低頻GIS和開關柜型式試驗及出廠試驗相關標準,試驗參數和試驗方法尚處于摸索階段。結合現行高壓開關設備試驗標準,平高集團聯合浙江省電科院、國網電力科學研究院有限公司實驗驗證中心(常州)等多家單位起草了首個低頻GIS試驗規范、低頻開關柜試驗規范和低頻互感器試驗規范,為低頻GIS和開關柜設備的研制提供了標準支撐。
            結語
            低頻輸電技術及開關設備的突破將引領中遠距離海上風電輸電技術革新。平高集團將踐行“賦能智慧電氣、創引綠色能源”的企業使命,為我國高壓電氣裝備行業技術進步和海上風電事業發展提供技術、設備和標準支持,積極推進“雙碳”目標實現和清潔能源轉型,推動電氣裝備產業轉型升級高質量發展。

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