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梁雙 朱寧 伍勇旭 | 云端上的電力天路——藏中聯(lián)網(wǎng)工程評(píng)估探索與實(shí)踐
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摘要:藏中聯(lián)網(wǎng)工程是繼青藏直流、川藏交流聯(lián)網(wǎng)工程之后,在西藏高海拔地區(qū)建設(shè)的又一項(xiàng)挑戰(zhàn)極限的電力聯(lián)網(wǎng)工程,對(duì)于保障川藏鐵路供電、人民生產(chǎn)生活用電,助力脫貧攻堅(jiān),服務(wù)全面建成小康社會(huì),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮和長(zhǎng)治久安具有重要的意義。本文準(zhǔn)確梳理了藏中聯(lián)網(wǎng)工程的技術(shù)難點(diǎn),從發(fā)展理念、建設(shè)時(shí)序、環(huán)保要求、技術(shù)方案、應(yīng)急保障、調(diào)度控制、工程投資等方面提出了評(píng)估重點(diǎn)和優(yōu)化建議,評(píng)估結(jié)果有效指導(dǎo)藏中聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)實(shí)踐并為后續(xù)高難度電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞:電網(wǎng)工程;咨詢?cè)u(píng)估;藏中聯(lián)網(wǎng) 長(zhǎng)期以來(lái),受自然條件等因素限制,西藏基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,大電網(wǎng)覆蓋范圍不足總?cè)丝诘?0%,且因水電豐枯變化、柴油價(jià)格高和光伏發(fā)電不穩(wěn)定等因素影響,電力供應(yīng)短缺,居民生活和取暖等用電需求難以保障。國(guó)家重要干線鐵路川藏鐵路拉薩至林芝段(拉林鐵路)已經(jīng)開(kāi)工建設(shè),但沿線大部分區(qū)域電壓等級(jí)低、處于電網(wǎng)末端或尚未被電網(wǎng)覆蓋,無(wú)法滿足鐵路供電要求。為此,國(guó)家在《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出建設(shè)“川藏鐵路拉薩至林芝段供電工程”和“西藏藏中與昌都電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程”,共同構(gòu)成“藏中聯(lián)網(wǎng)工程”。 藏中聯(lián)網(wǎng)工程建成后將有效保障鐵路和電網(wǎng)供電,對(duì)于促進(jìn)西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、確保邊疆長(zhǎng)治久安、同步進(jìn)入小康社會(huì)具有重要的意義,同時(shí)工程方案也是對(duì)新疆、青海、四川等省區(qū)高海拔大高差復(fù)雜自然條件區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)和清潔能源外送通道建設(shè)的技術(shù)探索,是“一帶一路”倡議下電網(wǎng)工程“走出去”的核心競(jìng)爭(zhēng)力保障。工程創(chuàng)多項(xiàng)世界紀(jì)錄,實(shí)施難度極大,無(wú)先例可遵循、無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒,社會(huì)關(guān)注度高,評(píng)估責(zé)任重大。 一、工程概況及技術(shù)難點(diǎn)分析 藏中聯(lián)網(wǎng)工程起于西藏昌都市芒康縣,止于山南市桑日縣,跨越西藏三地市十區(qū)縣,涉及500千伏、220千伏、110千伏三個(gè)電壓等級(jí),新建(擴(kuò)建)500千伏變電站9座、220千伏變電站5座、110千伏變電站2座;新建500千伏線路1983.6公里、220千伏線路440.9公里、110千伏線路312.9公里,總投資162億元。 此工程被稱(chēng)為“云端上的電力天路”,需穿越青藏高原腹地,位于世界上地質(zhì)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害分布最廣的“三江”斷裂帶,翻越拉烏山、東達(dá)山、業(yè)拉山、色季拉山、布丹拉山等海拔4500米以上高山5座,跨越瀾滄江、怒江、雅魯藏布江10余次,穿越中國(guó)第二大林區(qū)——西南林區(qū)和然烏湖、來(lái)古冰川、易貢國(guó)家地質(zhì)公園、雅魯藏布大峽谷等10個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),經(jīng)過(guò)世界地質(zhì)結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定區(qū)域——通麥天險(xiǎn),路徑選擇極其困難。沿線平均海拔超過(guò)4000米,最高塔位約5295米,海拔高差3100米,相鄰塔位海拔高差超過(guò)200米的共有290處,海拔高差超過(guò)300米的共有68處,最大高差500米,500千伏一次建成。沿線氣候多變,災(zāi)害頻發(fā),年有效工期僅有6個(gè)月,特別是海拔4500米以上區(qū)域,年有效工期不足5個(gè)月。 表1 藏中聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)難度對(duì)比表 二、評(píng)估與實(shí)施階段的經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 受?chē)?guó)家發(fā)展改革委委托,中國(guó)國(guó)際工程咨詢有限公司評(píng)估組對(duì)工程建設(shè)必要性、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行全面評(píng)估。評(píng)估組兩次深入高寒缺氧藏區(qū)對(duì)變電站站址、線路沿線和大件運(yùn)輸條件等進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,因地制宜且大膽創(chuàng)新地提出了多項(xiàng)卓有成效的意見(jiàn)和建議,獲得國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局和項(xiàng)目建設(shè)單位的高度認(rèn)可和全部采納。 1.堅(jiān)持“遠(yuǎn)近結(jié)合、適度超前”的發(fā)展理念 評(píng)估首先對(duì)藏中電網(wǎng)和拉林鐵路的近、遠(yuǎn)期供電需求進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)藏中電網(wǎng)在2016年-2020年枯水期電力缺額14.1~49.4萬(wàn)千瓦,2025年增長(zhǎng)至有51.2萬(wàn)千瓦。拉林鐵路為I級(jí)、單線、電氣化客貨兩用鐵路,正線長(zhǎng)度402公里,投運(yùn)初期用電負(fù)荷約12萬(wàn)千瓦、終期達(dá)到29萬(wàn)千瓦。 在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)關(guān)注拉林鐵路牽引站對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。經(jīng)分析,牽引站單站最大瞬時(shí)負(fù)荷9.5萬(wàn)千瓦,公共連接點(diǎn)(PCC點(diǎn))最大負(fù)荷15.4萬(wàn)千瓦,電動(dòng)機(jī)車(chē)牽引所引起的電壓和頻率波動(dòng)較大,電網(wǎng)需具備較高的強(qiáng)度和供電能力。 評(píng)估認(rèn)為,藏中水電資源豐富,沿線已投產(chǎn)及規(guī)劃水電裝機(jī)超過(guò)400萬(wàn)千瓦,220千伏和110千伏電網(wǎng)無(wú)法滿足水電等清潔能源的接入和送出要求。 因此,評(píng)估統(tǒng)籌考慮拉林鐵路近遠(yuǎn)期供電需求、電能質(zhì)量要求和藏中電網(wǎng)用電需求,并兼顧未來(lái)水電等清潔能源的接入需要,對(duì)工程采用220千伏電壓等級(jí)和500千伏電壓等級(jí)方案進(jìn)行對(duì)比分析,推薦全線采用500千伏電壓等級(jí),形成西藏電網(wǎng)500千伏東西主網(wǎng)架,并論證了各電壓等級(jí)工程規(guī)模的合理性。 2.堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念 工程新建(擴(kuò)建)變電站16座,新建線路2738公里,跨越拉薩、山南、林芝三地市十個(gè)區(qū)縣,途徑高寒荒漠、高原草甸、高寒灌叢等不同生態(tài)系統(tǒng),穿越然烏湖、來(lái)古冰川、雅魯藏布大峽谷國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、色季拉國(guó)家級(jí)森林公園、易貢國(guó)家級(jí)地質(zhì)公園、雅尼國(guó)家級(jí)濕地公園等10余個(gè)重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)域,全線林區(qū)比重大,林木密集,自然生態(tài)環(huán)境原始、獨(dú)特,生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱、敏感。 評(píng)估中,堅(jiān)持“青山綠水就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念,在綜合考慮系統(tǒng)規(guī)劃要求、建站條件、土地性質(zhì)、地形地貌、交通運(yùn)輸條件的基礎(chǔ)上,最大限度避讓環(huán)境敏感區(qū)域,進(jìn)行多站址、多路徑方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,采取最嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)措施,并從公路、鐵路、風(fēng)景觀測(cè)點(diǎn)的可視角度出發(fā)盡量避讓怡人景觀,列支施工環(huán)保措施費(fèi)共計(jì)11100萬(wàn)元。 3.采用自主開(kāi)發(fā)的評(píng)估軟件促進(jìn)可再生能源消納 藏中電網(wǎng)水電、光伏等波動(dòng)性電源裝機(jī)占比高,超過(guò)總裝機(jī)容量的60%。傳統(tǒng)電力平衡中,對(duì)此類(lèi)波動(dòng)性電源的容量?jī)r(jià)值缺乏客觀評(píng)估,不參與或以較小的比例參與電力平衡,既影響可再生能源消納,也影響區(qū)外受電需求預(yù)測(cè)和工程電壓等級(jí)、建設(shè)規(guī)模的分析論證。 評(píng)估采用評(píng)估組成員自主開(kāi)發(fā)的“考慮資源變化特性的間歇式可再生能源發(fā)電容量可信度評(píng)估軟件”進(jìn)行分析,兼顧波動(dòng)性可再生能源的能量?jī)r(jià)值和容量?jī)r(jià)值,客觀分析區(qū)內(nèi)電源的供電能力和區(qū)外受電需求,同時(shí)也促進(jìn)了區(qū)內(nèi)可再生能源消納。 4.評(píng)估逐段校核按需制定線路工程方案 海拔5000米以上、高差410米以上線路段工程方案為本工程首次提出,評(píng)估過(guò)程中逐段校核;對(duì)于重冰區(qū)、大檔距、大高差等重點(diǎn)線路段工程方案,評(píng)估過(guò)程中反復(fù)修正。 經(jīng)綜合比選論證,推薦500千伏線路氣象條件重現(xiàn)期按50年一遇考慮,設(shè)計(jì)基本風(fēng)速分別為27米/秒、29米/秒、31米/秒、33米/秒,設(shè)計(jì)覆冰厚度為10毫米、15毫米,地線覆冰厚度按增加5毫米考慮;220千伏、110千伏線路氣象條件重現(xiàn)期按30年一遇考慮,設(shè)計(jì)基本風(fēng)速28米/秒、32.5米/秒,設(shè)計(jì)覆冰厚度為10毫米,地線覆冰厚度按增加5毫米考慮。 經(jīng)逐段校核修正,500千伏線路海拔3250米以下區(qū)段采用4×JL/G1A-400/50鋼芯鋁絞線;特大高差、大檔距段采用4×JLHA1/G1A-400/50鋼芯鋁合金絞線;海拔3250米以上區(qū)段采用4×JL/G1A-500/45鋼芯鋁絞線;局部大高差、大檔距段導(dǎo)線采用4×JLHA1/G1A-520/35鋼芯鋁合金絞線;220千伏線路海拔4000米以上采用2×JL/G1A-240/55鋼芯鋁絞線;海拔4000米以下采用2×JL/G1A-240/30;地形較差區(qū)段采用2×JL/G1A-400/50型鋼芯鋁絞線;110千伏線路采用2×JL/G1A-150/35、JL/G1A-185/30、JL/G1A-240/30型鋼芯鋁絞線。共計(jì)8種型號(hào)導(dǎo)線、10個(gè)系列塔型,既貫徹了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),又兼顧了差異化和精細(xì)化的設(shè)計(jì)理念。 5.因地制宜優(yōu)化方案,節(jié)約工期降低投資 藏中聯(lián)網(wǎng)工程新建500千伏變電站地理位置偏遠(yuǎn),運(yùn)輸困難,且海拔均在3000米以上,因此《可研報(bào)告》提出采用現(xiàn)場(chǎng)組裝變壓器,并設(shè)置主變壓器和高抗備用相。 評(píng)估認(rèn)為,現(xiàn)場(chǎng)組裝變壓器難度大,組裝質(zhì)量和工期難以保障。評(píng)估組實(shí)地調(diào)研拉林鐵路大件運(yùn)輸條件后,經(jīng)分析論證提出林芝、雅中、沃卡等變電站采用“單相變壓器替代現(xiàn)場(chǎng)組裝變壓器”方案,既保證質(zhì)量又節(jié)約工期。 同時(shí),此工程選用的500千伏主變壓器、高抗制造技術(shù)成熟,已有多臺(tái)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),故障率較低;拉林鐵路建成后,該地區(qū)大件運(yùn)輸及運(yùn)行維護(hù)條件也將有較明顯改善;且本工程相關(guān)變電站本期均建設(shè)兩臺(tái)主變壓器,500千伏線路為雙回路,任一主變壓器、高抗故障,仍可滿足供電要求。因此,評(píng)估提出“不設(shè)置主變壓器和高壓電抗器備用相”的建議,節(jié)約投資3000余萬(wàn)元。 6.重視應(yīng)急保障和調(diào)度控制系統(tǒng) 針對(duì)西藏高寒缺氧、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的實(shí)際情況,評(píng)估中提出完善醫(yī)療、通信和生活等應(yīng)急保障系統(tǒng),列支醫(yī)療保障費(fèi)用21300萬(wàn)元、通信保障費(fèi)用3200萬(wàn)元和生活保障費(fèi)用7200萬(wàn)元,共計(jì)31700萬(wàn)元。 針對(duì)西藏電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化基礎(chǔ)薄弱的實(shí)際情況,評(píng)估組汲取烏克蘭電網(wǎng)遭遇黑客攻擊導(dǎo)致大面積停電的慘痛教訓(xùn),提出增加1600萬(wàn)投資同步完善調(diào)度控制系統(tǒng),對(duì)二次安防系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí),切實(shí)保障工程順利實(shí)施和電網(wǎng)運(yùn)行安全。 7.心系民生助力西藏同步進(jìn)入小康 結(jié)合評(píng)估調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的西藏百姓取暖用電問(wèn)題,從規(guī)劃建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、提高電網(wǎng)覆蓋和保障水平、補(bǔ)助困難家庭取暖用電和推動(dòng)居住建筑圍護(hù)保溫改造等方面提出具體建議。結(jié)合烏克蘭電網(wǎng)遭黑客惡意攻擊導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)人口長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)的大面積停電事件和西藏電網(wǎng)的安全運(yùn)行需要,從完善防護(hù)制度、加強(qiáng)漏洞排查、健全預(yù)警機(jī)制、提升防護(hù)能力和強(qiáng)化追蹤取證等方面提出建議。 三、評(píng)估成果及運(yùn)行情況概述 通過(guò)對(duì)工程電壓等級(jí)、建設(shè)規(guī)模、變電站站址、線路路徑、設(shè)備選型與布置、應(yīng)急保障系統(tǒng)等進(jìn)行全面、深入地論證,藏中聯(lián)網(wǎng)工程填補(bǔ)了“海拔5000米以上、高差410米以上”復(fù)雜自然條件電網(wǎng)工程的空白;通過(guò)方案優(yōu)化、價(jià)格調(diào)整等核減投資10000多萬(wàn)元,避讓地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)段、完善應(yīng)急保障和電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)等增加投資超過(guò)37000萬(wàn)元。 2017年3月,藏中聯(lián)網(wǎng)工程獲得核準(zhǔn),并于同年4月開(kāi)工建設(shè),建設(shè)期間林芝發(fā)生6.9級(jí)地震及多次3.0級(jí)以上余震,工程設(shè)計(jì)方案經(jīng)受住地震考驗(yàn),按評(píng)估建議完善的醫(yī)療、通信、生活等應(yīng)急保障系統(tǒng)發(fā)揮了積極作用,地震中無(wú)施工人員傷亡及補(bǔ)給障礙,地震后迅速恢復(fù)建設(shè)。 2018年11月,工程歷時(shí)20個(gè)月建成投運(yùn),打破了現(xiàn)有電網(wǎng)工程建設(shè)運(yùn)行的多項(xiàng)紀(jì)錄。工程將占林芝市面積約70%的墨脫縣、波密縣和察隅縣納入主電網(wǎng)覆蓋范圍,形成西藏500千伏電網(wǎng)主網(wǎng)架,為沿線3070個(gè)小城鎮(zhèn)(中心村)、156萬(wàn)群眾生活提供可靠電源,同時(shí)保障拉林鐵路供電要求,并為未來(lái)水電等清潔能源的接入和送出提供了基礎(chǔ)。 四、重要意義 藏中聯(lián)網(wǎng)工程評(píng)估成果填補(bǔ)了“海拔5000米以上、高差410米以上”電網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)空白,為西藏、青海、四川等高海拔、大高差、復(fù)雜自然條件地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展和水電、風(fēng)電、光伏等清潔能源外送掃清了技術(shù)障礙,提供了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 評(píng)估成果驗(yàn)證了“考慮資源變化特性的間歇式可再生能源發(fā)電容量可信度評(píng)估軟件”的有效性,推動(dòng)軟件應(yīng)用于甘肅、內(nèi)蒙、新疆、張北等可再生能源富集地區(qū),評(píng)估波動(dòng)性可再生能源的供電能力,促進(jìn)消納降低“棄風(fēng)棄光棄水”。 評(píng)估成果也提升了“一帶一路”倡議下電網(wǎng)工程“走出去”的核心競(jìng)爭(zhēng)力?!耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家地形地貌復(fù)雜,電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,電網(wǎng)合作需求巨大。評(píng)估成果擬用于巴基斯坦、吉爾吉斯斯坦等電網(wǎng)合作項(xiàng)目,有利于提升我國(guó)電網(wǎng)工程競(jìng)爭(zhēng)力,奠定了高難度電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。 參考文獻(xiàn) [1]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì), 國(guó)家能源局. 電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020) [EB/OL]. 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