成套设计的中国之路
2010.08
国家电网
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■本刊记者董谷媛
从1995的三峡—常州（三常）工程到如今，中国的成套设计刚刚迈过15个年头。第15个年头之于一个孩子，标志着即将脱离童稚、走向成熟的起点。第15个年头之于成套设计，则意味着它真正走向成熟，用其愈加丰满的羽翼，来迎接越来越多的考验与挑战。
从无到有
成套设计的国产化之路
成套设计是项系统而庞杂的工作，全过程分为六个流程：咨询研究及系统设计，设备成套设计及关键技术研究，设备采购规范，阀厅设计，直流系统实时仿真、
控制保护系统整体功能及性能测试以及分系统、站系统调试，其中在设备生产及系统调试过程中还有设备监造来辅助协调工程进度。
直流工程的一大特点就是设备多，设备多带来的问题就是接口多，要研究和考虑一次设备之间的接口、
一次设备与二次设备之间的接口、主设备与辅助设备之间的接口等。只有解决了设备之间的接口问题，才能保证设备的协调统一，完成交流变直流、
直流变交流的换流功能。除此之外，直流工程还需要根据两端系统的条件、负荷情况、电力增长情况等进行前期咨询研究，以确定电压等级、输送容量以及
线路的长短，最终确定最优化的设计，没有更多的统一标准可循。所以说，直流工程是“量身订做”的工程。
确定了工程方案后，就要根据要求对关键设备、
关键技术以及控制保护系统进行设计和研究，保证其性能满足工程的要求。在这个过程中，产生了成套设计的另一个研究成果———设备采购规范。设备生产厂家会根据确定的设备采购规范开始生产、采购设备。阀厅设计是直流
工程中最核心的部分，很多设备都安装在这里，直流工程的换流功能就是在这里实现的。那么，如何实现换流，控制保护系统起到了关键的作用，成套设计就需要保障一次设备和二次设备即控制保护系统有效连通，使一次设备能够按照控制保护中心发出的指令正确动作等。最后，在直流工程投运前，要在现场进行分系统调试，验证电缆是否接通，指令下达后设备能否正确反应。不仅如此，
现场所有的设备，每一根电缆、
每一个接线、接头都要分别调试，整个过程要持续数月。
其中，还有设备监造这个细节不容忽视，在设备采购规范出台后，这项工作就已经全面展开。设备监造人员被派往各个设备生产厂家，以保证设备严格按照采购规范生产，确保设备的质量。同时，掌握设备生产的工期，
成套设计，因为被这样笼统地命名，很难让人了解其在直流输电工程中的真正面目。我们借助非专业性的语言，力争告诉读者一个简单清晰的“成套设计”。
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成套设计的中国之路
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栏目主持/胡婧
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及时反馈设备生产情况，保证整个工程的施工进展。
“这些环节环环相扣，缺一不可，这就是成套设计需要做的工作。”国家电网公司直流建设分公司副总经理常浩说。
这样一个复杂、系统的技术，在15年前，我们根本不能掌握。所有直流工程的成套设计工作都由ABB、西门子等几家国外公司承担，在设备选择上自然会选择自己的产品，技术上的优势使这些厂家在市场上占尽先机。他们通过成套设计，将自己的设备打成一个整包出售，不仅大幅提高了工程造价，国内厂家更
是无法参与到直流设备制造的竞争之中，使国内成套设计技术止步不前。
通过15年的努力，现在我们不仅掌握了国外所有先进的直流技术、能够独立完成成套设计，而且在某些方面甚至还超越了他们。在这条荆棘密布的道路上，留下了成套
设计不断发展、前行的一个个扎实、
清晰的足迹。
说起成套设计的发展历程，北
京网联直流工程技术有限公司无疑
是最有发言权的亲历者。当时，为了
掌握成套设计技术，中方只能以技
术换市场的方式，通过购买国外的
设备来换取外方的技术转让，而网
联公司就是作为技术受让方，在这
种背景下于1996年成立的。网联公
司开展成套设计从三峡工程开始起
步，在三峡—广州(三广)工程中开始
参与成套设计工作，到三峡—上海
（三沪）工程时，成套设计已经发展
为以网联公司为主，外方只负责校
验。这一系列工程使得成套设计的
国产化水平由30%迅速提升到50%
再到70%。到灵宝背靠背工程时，成
套设计工作彻底摆脱了洋拐杖，从
成套设计到设备制造、运行调试，全
部实现了国产化。
“当时做三常工程，国内只有
30%的份额，这30%中没有主设备，
全是线路，所有的主设备都是国外
供货，外方转让的技术都是老技术，
但是，我们就是从这些老技术起步，
消化吸收再创新、再发展。”常浩说。
通过十几年的发展，网联公司
完全掌握了成套设计技术，打破了
国外大公司对直流设备的垄断。“像
ABB、西门子、阿海珐的先进直流工
程输电技术，网联公司都已经基本
掌握，常规的500千伏直流工程的
成套设计技术也已经相当成熟了。”
常浩骄傲地说。
以技术换市场，我们掌握了成
套设计技术。基于成套设计技术，国
内大批设备生产厂家参与到直流工
程建设中来，国产化程度大大提高。
网联公司总工程师马为民说：“成套
设计的标准的建立对推动上下游产
业的发展起到很大的作用。直流工
程要国产化，国产化就要从设计做
起，体现出国产化的特点，对于我们
来说，增加了很多工作量，但对于促
进工业和经济的发展，意义是相当
大的。”
毫无疑问，成套设计已经成为
引领设备制造业发展的龙头，在自
主开发的道路上，将带动整个装备
制造业的提升、设备国产化的提升。
从有到优
引领开创性事业之先锋
在向上工程中，成套设计技术
经受了全方位的检验，实现了百分
之百的国产化。
国产化，意味着前期工作量的
加大：对大量设备生产厂家进行调
研，掌握各个厂家的技术参数，解决
设备接口问题，并在技术上向这些
厂家倾斜,从而使这些厂家参与到直
RTDS实验室即将开展第四期建设。44
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流工程建设中来。尤其对于向上工程，国内外都没有制造±800千伏特高压直流输电系统设备的经验，要求设备生产厂家生产什么样的设备，为厂家提供怎样的技术规范、设备的参数及功能，甚至设备进入电网后会对交流系统产生怎样的影响，这些都是成套设计前期重点研究的问题。除了技术上的可能性、可行性、可靠性外，经济方面的优化也非常重要。
“参数”这个概念不断地被马为民强调：“技术参数的提出非常重要，尤其当电压等级达到一定程度，就得精打细算，要在以前的技术规范、设计原则基础上进一步优化设计，设计预度要保留的足够但不能过分，这就是件很难的事情。”
向上工程的电压等级和规模容量，与过去的工程相比都大了很多，设备制造的难度也明显增加，技术参数的确定，取决于多方面的条件，要考虑厂家的生产能力是否能够根据确定的参数生产出符合要求的设备，生产出的设备能否顺利运送到现场进行安装并顺利投运，以及投资是否优化的问题。参数确定的是否合理、可靠，并不单单会影响今后的安全运行。一个参数的确定，对成套设计的参与者提出了更高的要求。
“这就要求提出技术规范、技术参数的人，要有非常丰富的实践经验，深厚的基础理论功底以及丰富的运行设计经验，这是对我们最大的考验。”马为民强调。
除了在向上工程中成套设计实现百分之百国产化，我们还实现了更多突破。“过去我们并不掌握阀厅设计的技术。阀厅设计主要是研究设备之间的间隙以及接头连接件的形状问题，这些都会影响到直流工程的可靠运行。”常浩解释。
如果连接件的形状不够优、间隙不够大，在高电压作用下，极和极之间的空气间隙容易击穿造成放电，引发事故；但如果将间隙做大，阀厅的面积势必也会增大，造价随之上升。“所以选择一个距离最短又不放电的间隙
并配以合适形状的金具，成为阀厅设计中最专业的部分。”常浩说。如今，阀厅设计的技术我们已经完全掌握。
而RTDS（实时数字仿真）实验室则为检验成套设计的成果提供了更为可靠的方式。在实验室里，通过数字仿真模拟来实现一次系统两端电力系统的环境，并将模拟的一次系统与直流工程采用的真实的二次系统相连接，使一次系统和二次系统在实验室里构成一个闭环，模拟仿真整个直流系统和电力系统的情况，来验证控制保护系统能不能正确响应系统中出现的各种变化和扰动。
此外，系统联调可以验证所有的设备在系统里的性能和指标是否能够满足成套设计采购规范提出的要求，以及验证一次设备和二次设备的接口，从而保障一次设备是否能够照控制保护中心发出的指令正确动作等。随着向上工程的完工，RTDS实验室也完成了第三期的建设，即将开展第四期建设。
向上工程的成套设计工作从2005年开始，到现在终于交上了一份满分答卷。网联公司为向上工程制定的一整套技术规范，给以后的特高压直流工程确定了一个前行的方向。从直流工程的技术要求和标准，到设备制造，向上工程的技术路线将成为一个样本被镌刻在世界直流工程史上。
作为网联公司的总工程师，马为民深知身上担子的分量。“要引领一个方向，这是一个责任重大的问题，它不仅影响到今天这一个工程，还会影响今后很长一段时间的很多工程。如果没开一个好头就会付出很大的代价、走很多弯路，所以做这个工作我们非常慎重、非常严肃。”当问到怎样评价向上工程的成套设计工作时，马为民的谦逊一如既往：“现在对它进行评价和定位为时太早，从目前来看，这是在我们的能力范围之内、知识水平之上做到最好的了。至于是不是最好、有没有更好的，就请时间来检验吧。”
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