青藏高原的雪山融水化作清洁电能,仅需9毫秒便能跨越2681公里,点亮粤港澳大湾区的万家灯火——这一看似科幻的场景,即将通过藏粤直流工程成为现实。

  “这是我国首个跨越如此复杂地形的特高压工程。”中国南方电网有限责任公司工程建设部副总经理董言乐表示,“我们面临的是超高海拔、雪山冻土、地质灾害、大件运输和环境保护等世界级难题。”

  这条全长2681公里的“电力天路”,需要跨越青藏高原、云贵高原和华南丘陵三级地理阶梯,全线近90%为山地、30%为高山大岭,海拔最高处达5300米。面对如此挑战,藏粤直流作为目前世界上输电能力最强、技术水平最先进、投资规模最大的柔性直流输电工程,正在创造电力建设史上的多项“世界第一”。而这背后,是科研工作者们长达数年的攻坚战。

  2023年大年初一,云南省迪庆藏族自治州香格里拉市红坡村,海拔3400米,空中传来间隙击穿的放电声,一群科研人员正屏息凝神地盯着屏幕上的放电曲线。他们正在进行高海拔地区长空气间隙放电真型试验,目的是摸清电场的“脾气”,掌握换流站设备在高海拔特高压直流运行电压下的安全距离底线。

  “接到这个任务时,第一感觉就是不可能。”南网科研院高海拔试验团队负责人刘磊回忆,当时高海拔长空气间隙放电的真型试验数据一片空白,他们的试验就像在雪地里找一条看不见的路。

  高海拔地区氧气含量低、昼夜温差大、紫外线强,给试验带来难以想象的困难。最难的是“抓数据”,空气间隙击穿是微秒级的瞬间,就像在暴风雪里抓闪电。这场持续数月的试验,他们累计开展23大类、114组试验,冲击放电3000余次,最终获得了宝贵的高海拔放电试验数据,这些数据为后续工程建设扫清了第一道障碍。

  如果说高海拔放电是“铺路”,那新能源的不稳定性就是横在路中间的“险滩”。

  2000万千瓦绿电要跨越2681公里送到广东,一旦电网出故障,就像高速公路突然堵车,盈余能量会瞬间“撑坏”输电系统的“心脏”——柔性直流换流阀。

  “当受端交流电网发生短路故障时,大量盈余能量会涌入换流阀功率模块,导致系统因过电压闭锁,威胁电网安全。”南网科研院团队骨干赵晓斌解释道。他带领团队要解决的,是世界首例千万千瓦级柔性直流的故障穿越难题:当受端电网短路,怎么让换流阀不“罢工”?

  团队首次提出全新的能量自平衡柔性直流换流阀拓扑结构,为柔性直流输电系统打造一颗坚强“心脏”。

  经过无数次尝试,团队最终攻克了特高压超长距离和新能源接入柔性直流输电系统的能量快速平衡关键技术难题,研发出世界首套能量自平衡柔直换流阀。

  在西藏5300米的最高海拔段,还有一个更“玄乎”的难题——宇宙射线。这里的大气中子通量是平原的20倍,而输电系统的核心部件IGBT(功率器件),就像娇弱的“电子神经”,一旦被宇宙射线中的中子辐射影响,可能突然失效。相关数据和技术的空白无疑给藏粤直流工程的设计与建设带来了巨大挑战。

  “以前总觉得宇宙射线离我们很远,直到拿到西藏的环境数据。”南网科研院团队骨干杨柳说,为了找到答案,团队把功率器件送到了东莞中国散裂中子源——这个能加速中子束的国家大科学装置,可以在几小时内模拟器件在高海拔几十年的辐射量,快速验证功率器件在高海拔环境中的可靠性。

  最终,他们不仅找到了器件的“安全电压阈值”,还给出了降低失效率的措施——这意味着,换流阀在5300米海拔也能安稳工作。

  经过一系列技术攻关,藏粤直流工程最终采用世界领先的“特高压多端柔性直流输电”技术,能灵活调度不同时间、不同地区发出的绿电,减少电流扰动和对电网的冲击。

  藏粤直流工程建成后,每年可为粤港澳大湾区输送超过430亿千瓦时清洁电能,相当于三峡电站年发电量的一半,为广州、深圳各增加供电能力500万千瓦。