连草皮都依赖进口的“中国首座”电站换上“国产心”,上海再添中国制造新名片上海|工程|名片
最近，上海±500千伏南桥换流站设备改造工程正式竣工投产，来自葛洲坝的清洁水电源源不断地汇入上海电网，将为迎峰度夏提供更为可靠、充沛的外来清洁能源。工程采用了全球首创并具有完全自主知识产权的可控换相换流阀技术，让这座曾经的“洋变电站”变为一张“中国高端制造”名片，为上海经济发展持续提供“绿色”支撑。
核心部件国产替代
1989年建成投运的葛南直流输电工程是我国首条±500千伏超高压直流输电线路，同期投运的南桥换流站也是我国首座±500千伏直流换流站，是上海电网最主要的外电入沪“落脚点”。作为外电入沪的重要通道，该线路在30余年间将葛洲坝的清洁水电源源不断地送入上海电网，投运34年来累计输送电量1800亿千瓦时，为上海经济提供了重要的能源保障。
葛南直流工程建设之初，我国电力工业尚处落后，站内各类设备均为进口。随着年限增长，换流阀等设备严重老化且运行不稳定。“1989年我国的电力工业还比较落后，南桥换流站的设备来自不同的国家，就连户外场地上的草皮和组装设备的小螺母都是进口的。这次改造的核心就是要实现从进口设备到国产设备的国产化替代。”在南桥换流站工作了34年的副站长王安全介绍。
同时，由于华东地区多馈入直流落点密集，受端南桥站临近换流站众多，多直流连锁换相失败问题突出，原有技术及装备已经无法满足工程安全稳定运行需求。为提升三峡清洁水电入沪的稳定性与可靠性，保障华东地区电力供应，国家电网公司历时半年，对南桥换流站核心设备进行了整体技术改造。
据国网上海介绍，此次改造工程最大的亮点是首次采用可控换相换流阀代替传统换流阀。这是对传统特高压直流输电技术的一次重大革新，具有极其重要的示范引领作用。
“中国心”新添“主动脉”
换流阀是直流输电工程的“心脏”，功能是实现类似于“动脉”的交流电能和作为“静脉”的直流电能之间的交互。传统换流阀由可主动导通、不可主动关断的半控器件构成，虽然具有容量大、损耗低、可靠性高等优点，但也存在容易发生“换相失败”的缺陷。
这一缺陷所带来的风险，相当于换流阀因“动脉”的微小扰动引发千兆瓦级能量的“心脏骤停”，这个“基因里带来的顽疾”长期困扰着直流输电技术的发展，制约了中西部地区清洁能源向东部负荷中心大规模输送能力的进一步提升。
为此，国家电网下属智能电网研究院于2019年组建科技攻关团队，经过五年持续不断的探索，原创性地提出可控换相换流阀技术。该设备采用全控、半控器件混联的并联双支路结构。上海工匠、国网上海超高压公司特高压交直流运检中心副主任毛颖科用了一个简单的比喻来形容这项新技术，“换流阀好比大型换流站的‘心脏’，相比原先的传统换流阀，可控换相换流阀好比在‘心脏’上另外架设了一根辅助主动脉，从而避免了主动脉出现异常时造成‘心脏骤停’。”
此外，在控保系统升级改造中，具有完全自主知识产权的“中国心”成功替代了原先的“外国心”，进一步提升了换流站安全运行的可靠性。可控换相换流阀是我国完全自主研发的高端电力装备，电子元器件数量多、精密性高、组装难度大，实际应用的技术经验更是空白。
为保证该技术在葛南直流改造工程中成功示范，国网上海市电力公司不断优化施工改造作业和运行调试方案，最终确保改造任务提前完成、设备一次上电解锁成功，并在故障模拟试验中展现了优异的故障穿越和系统支撑能力。
老旧电站改造如同搭积木
相比新建换流站工程，南桥站这样的老旧换流站改造时间紧、作业风险高、施工范围受限，可谓“螺蛳壳里做道场”。国网上海电力项目团队在已有成功老站改造经验的基础上引入建筑信息系统、数字化安全交底、钢结构应力监测、远程可视化安全管控系统等先进技术手段破解施工难题，从源头强化风险管控和加强质量跟踪。“根据工程现场实际情况，我们共制定了10项专项施工方案和25项一般施工方案，精细到工程的每一个环节，并严格落实主体责任。”国网上海超高压公司计划工程部项目经理柏强说。
在可控换相换流阀安装过程中，为了顺利起吊阀塔模块，施工方华东送变电公司采用了悬吊式安装平台进行操作。在阀厅内新安装了12根阀吊梁作为新吊点，每层阀塔模块“乘坐”着悬吊式安装平台垂直上升，如同搭积木一样，最终仅用不到3个月就完成了全部组装。
4月24日至5月12日，国网直流技术中心、国网上海电力设备部、国网上海超高压公司分别组织各专业技术专家对改造工程进行了全方位的验收，及时对影响安全运行的问题进行整改。随后，5月14日至6月18日，国家电网公司设备部组织各参建单位和设备厂家开展系统调试，并先后开展了葛南直流短路试验和220千伏交流线路短路试验，充分验证了新设备的可靠性，最终确保南桥换流站一次送电成功。
葛南直流输电工程改造并成功投运，巩固了我国在高压直流输电技术领域的领跑地位。可控换相换流阀技术的成功示范应用，为我国华东、华南等地区大规模清洁能源接入提供了新的技术方案。未来，该技术将在“十四五”及以后的电力规划中进一步推广应用，为“西电东送”战略开辟新的道路。
