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梁双 朱宁 伍勇旭 | 云端上的电力天路——藏中联网工程评估探索与实践
发布日期:2020-11-23 作者:梁双 朱宁 伍勇旭 信息来源:中咨研究 访问次数: 字号:[ ]

摘要:藏中联网工程是继青藏直流、川藏交流联网工程之后,在西藏高海拔地区建设的又一项挑战极限的电力联网工程,对于保障川藏铁路供电、人民生产生活用电,助力脱贫攻坚,服务全面建成小康社会,促进经济繁荣和长治久安具有重要的意义。本文准确梳理了藏中联网工程的技术难点,从发展理念、建设时序、环保要求、技术方案、应急保障、调度控制、工程投资等方面提出了评估重点和优化建议,评估结果有效指导藏中联网工程建设实践并为后续高难度电网工程设计提供了经验。

关键词:电网工程;咨询评估;藏中联网

长期以来,受自然条件等因素限制,西藏基础设施薄弱,大电网覆盖范围不足总人口的70%,且因水电丰枯变化、柴油价格高和光伏发电不稳定等因素影响,电力供应短缺,居民生活和取暖等用电需求难以保障。国家重要干线铁路川藏铁路拉萨至林芝段(拉林铁路)已经开工建设,但沿线大部分区域电压等级低、处于电网末端或尚未被电网覆盖,无法满足铁路供电要求。为此,国家在《电力发展“十三五”规划》中提出建设“川藏铁路拉萨至林芝段供电工程”和“西藏藏中与昌都电网联网工程”,共同构成“藏中联网工程”。

藏中联网工程建成后将有效保障铁路和电网供电,对于促进西藏经济社会发展、确保边疆长治久安、同步进入小康社会具有重要的意义,同时工程方案也是对新疆、青海、四川等省区高海拔大高差复杂自然条件区域电网建设和清洁能源外送通道建设的技术探索,是“一带一路”倡议下电网工程“走出去”的核心竞争力保障。工程创多项世界纪录,实施难度极大,无先例可遵循、无经验可借鉴,社会关注度高,评估责任重大。

一、工程概况及技术难点分析

藏中联网工程起于西藏昌都市芒康县,止于山南市桑日县,跨越西藏三地市十区县,涉及500千伏、220千伏、110千伏三个电压等级,新建(扩建)500千伏变电站9座、220千伏变电站5座、110千伏变电站2座;新建500千伏线路1983.6公里、220千伏线路440.9公里、110千伏线路312.9公里,总投资162亿元。

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此工程被称为“云端上的电力天路”,需穿越青藏高原腹地,位于世界上地质结构最复杂、地质灾害分布最广的“三江”断裂带,翻越拉乌山、东达山、业拉山、色季拉山、布丹拉山等海拔4500米以上高山5座,跨越澜沧江、怒江、雅鲁藏布江10余次,穿越中国第二大林区——西南林区和然乌湖、来古冰川、易贡国家地质公园、雅鲁藏布大峡谷等10个国家级自然保护区,经过世界地质结构最不稳定区域——通麦天险,路径选择极其困难。沿线平均海拔超过4000米,最高塔位约5295米,海拔高差3100米,相邻塔位海拔高差超过200米的共有290处,海拔高差超过300米的共有68处,最大高差500米,500千伏一次建成。沿线气候多变,灾害频发,年有效工期仅有6个月,特别是海拔4500米以上区域,年有效工期不足5个月。

表1 藏中联网工程技术难度对比表

二、评估与实施阶段的经验总结

受国家发展改革委委托,中国国际工程咨询有限公司评估组对工程建设必要性、技术可行性和经济性等进行全面评估。评估组两次深入高寒缺氧藏区对变电站站址、线路沿线和大件运输条件等进行实地调研,因地制宜且大胆创新地提出了多项卓有成效的意见和建议,获得国家发展改革委、国家能源局和项目建设单位的高度认可和全部采纳。

1.坚持“远近结合、适度超前”的发展理念

评估首先对藏中电网和拉林铁路的近、远期供电需求进行分析,发现藏中电网在2016年-2020年枯水期电力缺额14.1~49.4万千瓦,2025年增长至有51.2万千瓦。拉林铁路为I级、单线、电气化客货两用铁路,正线长度402公里,投运初期用电负荷约12万千瓦、终期达到29万千瓦。

在此基础上,重点关注拉林铁路牵引站对电网电能质量的影响。经分析,牵引站单站最大瞬时负荷9.5万千瓦,公共连接点(PCC点)最大负荷15.4万千瓦,电动机车牵引所引起的电压和频率波动较大,电网需具备较高的强度和供电能力。

评估认为,藏中水电资源丰富,沿线已投产及规划水电装机超过400万千瓦,220千伏和110千伏电网无法满足水电等清洁能源的接入和送出要求。

因此,评估统筹考虑拉林铁路近远期供电需求、电能质量要求和藏中电网用电需求,并兼顾未来水电等清洁能源的接入需要,对工程采用220千伏电压等级和500千伏电压等级方案进行对比分析,推荐全线采用500千伏电压等级,形成西藏电网500千伏东西主网架,并论证了各电压等级工程规模的合理性。

2.坚持“绿水青山就是金山银山”的发展理念

工程新建(扩建)变电站16座,新建线路2738公里,跨越拉萨、山南、林芝三地市十个区县,途径高寒荒漠、高原草甸、高寒灌丛等不同生态系统,穿越然乌湖、来古冰川、雅鲁藏布大峡谷国家级自然保护区、色季拉国家级森林公园、易贡国家级地质公园、雅尼国家级湿地公园等10余个重点生态保护区域,全线林区比重大,林木密集,自然生态环境原始、独特,生态系统极其脆弱、敏感。

评估中,坚持“青山绿水就是金山银山”的绿色发展理念,在综合考虑系统规划要求、建站条件、土地性质、地形地貌、交通运输条件的基础上,最大限度避让环境敏感区域,进行多站址、多路径方案的技术经济比选,采取最严格的生态保护措施,并从公路、铁路、风景观测点的可视角度出发尽量避让怡人景观,列支施工环保措施费共计11100万元。

3.采用自主开发的评估软件促进可再生能源消纳

藏中电网水电、光伏等波动性电源装机占比高,超过总装机容量的60%。传统电力平衡中,对此类波动性电源的容量价值缺乏客观评估,不参与或以较小的比例参与电力平衡,既影响可再生能源消纳,也影响区外受电需求预测和工程电压等级、建设规模的分析论证。

评估采用评估组成员自主开发的“考虑资源变化特性的间歇式可再生能源发电容量可信度评估软件”进行分析,兼顾波动性可再生能源的能量价值和容量价值,客观分析区内电源的供电能力和区外受电需求,同时也促进了区内可再生能源消纳。

4.评估逐段校核按需制定线路工程方案

海拔5000米以上、高差410米以上线路段工程方案为本工程首次提出,评估过程中逐段校核;对于重冰区、大档距、大高差等重点线路段工程方案,评估过程中反复修正。

经综合比选论证,推荐500千伏线路气象条件重现期按50年一遇考虑,设计基本风速分别为27米/秒、29米/秒、31米/秒、33米/秒,设计覆冰厚度为10毫米、15毫米,地线覆冰厚度按增加5毫米考虑;220千伏、110千伏线路气象条件重现期按30年一遇考虑,设计基本风速28米/秒、32.5米/秒,设计覆冰厚度为10毫米,地线覆冰厚度按增加5毫米考虑。

经逐段校核修正,500千伏线路海拔3250米以下区段采用4×JL/G1A-400/50钢芯铝绞线;特大高差、大档距段采用4×JLHA1/G1A-400/50钢芯铝合金绞线;海拔3250米以上区段采用4×JL/G1A-500/45钢芯铝绞线;局部大高差、大档距段导线采用4×JLHA1/G1A-520/35钢芯铝合金绞线;220千伏线路海拔4000米以上采用2×JL/G1A-240/55钢芯铝绞线;海拔4000米以下采用2×JL/G1A-240/30;地形较差区段采用2×JL/G1A-400/50型钢芯铝绞线;110千伏线路采用2×JL/G1A-150/35、JL/G1A-185/30、JL/G1A-240/30型钢芯铝绞线。共计8种型号导线、10个系列塔型,既贯彻了标准化设计,又兼顾了差异化和精细化的设计理念。

5.因地制宜优化方案,节约工期降低投资

藏中联网工程新建500千伏变电站地理位置偏远,运输困难,且海拔均在3000米以上,因此《可研报告》提出采用现场组装变压器,并设置主变压器和高抗备用相。

评估认为,现场组装变压器难度大,组装质量和工期难以保障。评估组实地调研拉林铁路大件运输条件后,经分析论证提出林芝、雅中、沃卡等变电站采用“单相变压器替代现场组装变压器”方案,既保证质量又节约工期。

同时,此工程选用的500千伏主变压器、高抗制造技术成熟,已有多台多年运行经验,故障率较低;拉林铁路建成后,该地区大件运输及运行维护条件也将有较明显改善;且本工程相关变电站本期均建设两台主变压器,500千伏线路为双回路,任一主变压器、高抗故障,仍可满足供电要求。因此,评估提出“不设置主变压器和高压电抗器备用相”的建议,节约投资3000余万元。

6.重视应急保障和调度控制系统

针对西藏高寒缺氧、地质灾害频发的实际情况,评估中提出完善医疗、通信和生活等应急保障系统,列支医疗保障费用21300万元、通信保障费用3200万元和生活保障费用7200万元,共计31700万元。

针对西藏电网调度自动化基础薄弱的实际情况,评估组汲取乌克兰电网遭遇黑客攻击导致大面积停电的惨痛教训,提出增加1600万投资同步完善调度控制系统,对二次安防系统进行升级,切实保障工程顺利实施和电网运行安全。

7.心系民生助力西藏同步进入小康

结合评估调研中发现的西藏百姓取暖用电问题,从规划建设热电联产机组、提高电网覆盖和保障水平、补助困难家庭取暖用电和推动居住建筑围护保温改造等方面提出具体建议。结合乌克兰电网遭黑客恶意攻击导致数百万人口长达3小时的大面积停电事件和西藏电网的安全运行需要,从完善防护制度、加强漏洞排查、健全预警机制、提升防护能力和强化追踪取证等方面提出建议。

三、评估成果及运行情况概述

通过对工程电压等级、建设规模、变电站站址、线路路径、设备选型与布置、应急保障系统等进行全面、深入地论证,藏中联网工程填补了“海拔5000米以上、高差410米以上”复杂自然条件电网工程的空白;通过方案优化、价格调整等核减投资10000多万元,避让地质灾害频发区段、完善应急保障和电网调度控制系统等增加投资超过37000万元。

2017年3月,藏中联网工程获得核准,并于同年4月开工建设,建设期间林芝发生6.9级地震及多次3.0级以上余震,工程设计方案经受住地震考验,按评估建议完善的医疗、通信、生活等应急保障系统发挥了积极作用,地震中无施工人员伤亡及补给障碍,地震后迅速恢复建设。

2018年11月,工程历时20个月建成投运,打破了现有电网工程建设运行的多项纪录。工程将占林芝市面积约70%的墨脱县、波密县和察隅县纳入主电网覆盖范围,形成西藏500千伏电网主网架,为沿线3070个小城镇(中心村)、156万群众生活提供可靠电源,同时保障拉林铁路供电要求,并为未来水电等清洁能源的接入和送出提供了基础。

四、重要意义

藏中联网工程评估成果填补了“海拔5000米以上、高差410米以上”电网工程的设计空白,为西藏、青海、四川等高海拔、大高差、复杂自然条件地区电网发展和水电、风电、光伏等清洁能源外送扫清了技术障碍,提供了设计经验。

评估成果验证了“考虑资源变化特性的间歇式可再生能源发电容量可信度评估软件”的有效性,推动软件应用于甘肃、内蒙、新疆、张北等可再生能源富集地区,评估波动性可再生能源的供电能力,促进消纳降低“弃风弃光弃水”。

评估成果也提升了“一带一路”倡议下电网工程“走出去”的核心竞争力。“一带一路”沿线国家地形地貌复杂,电力基础设施薄弱,电网合作需求巨大。评估成果拟用于巴基斯坦、吉尔吉斯斯坦等电网合作项目,有利于提升我国电网工程竞争力,奠定了高难度电网工程设计、建设领域的绝对优势地位。

参考文献

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注:原文载于《中国工程咨询》2019年第7期,本次发表作了较大改动。




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