從特高壓輸電到新能源消納，每一項(xiàng)技術(shù)突破的背后，都凝聚著科技工作者的智慧與堅守。張棟，一位在輸變電裝備領(lǐng)域深耕三十余載的“開拓者”，帶領(lǐng)團(tuán)隊攻克多項(xiàng)世界級技術(shù)難題，用一次次“0到1”的突破，推動中國電力裝備制造從引進(jìn)吸收走向自主創(chuàng)新。今天，讓我們走近這位“特高壓攀登者”，聆聽他與團(tuán)隊如何用創(chuàng)新打破桎梏，勇攀技術(shù)高峰的故事。

張棟，中國電氣裝備所屬保變電氣副總工程師，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，全國裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃立功競賽先進(jìn)個人、國際大電網(wǎng)CIGRE B3中國國家委員會委員、全國變壓器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC44）委員，正高級工程師。

三十余年來，張棟始終專注于輸變電裝備研發(fā)，帶領(lǐng)團(tuán)隊深耕特高壓電力裝備技術(shù)前沿，在特高壓現(xiàn)場組裝式變壓器、大容量電抗器、移相變壓器等關(guān)鍵設(shè)備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)性創(chuàng)新突破，成功破解了特高壓裝備小型化、輕量化、低損耗、高可靠性等多項(xiàng)技術(shù)難題，為我國電力裝備技術(shù)進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。

 勇于創(chuàng)新，“卡脖子”技術(shù)難題的破局者

在構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的版圖中，特高壓并聯(lián)電抗器猶如電力系統(tǒng)的“心臟穩(wěn)壓器”，承載著超遠(yuǎn)距離、超大容量電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要戰(zhàn)略使命，如同精密調(diào)控的“能量平衡儀”，通過對千公里級輸電走廊進(jìn)行無功補(bǔ)償和穩(wěn)定電壓，構(gòu)筑起保障新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定的核心防線。因此，開展特高壓并聯(lián)電抗器關(guān)鍵技術(shù)的研究，成為特高壓輸電工程建設(shè)的核心工作之一。

 長期以來，大容量特高壓并聯(lián)電抗器，行業(yè)內(nèi)采用的結(jié)構(gòu)主要是“雙柱式結(jié)構(gòu)”和“雙器身結(jié)構(gòu)”，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)的電抗器體積大、運(yùn)輸重、損耗高，而且容易受到現(xiàn)場運(yùn)輸安裝條件的制約。面對特高壓并聯(lián)電抗器設(shè)計技術(shù)難題，張棟帶領(lǐng)團(tuán)隊突破傳統(tǒng)設(shè)計思路，創(chuàng)新采用單柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，在全面總結(jié)500千伏、750千伏級并聯(lián)電抗器設(shè)計和制造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計研發(fā)與仿真分析工具，持續(xù)深化電抗器電氣性能與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化，并開展多輪次迭代驗(yàn)證與反復(fù)校核，攻克了特高壓絕緣、局部過熱、振動和噪音等領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)難題。

時間回溯到16年前，2009年深冬，保變電氣的試驗(yàn)大廳內(nèi)燈火通明。張棟和他的團(tuán)隊正在進(jìn)行關(guān)鍵測試，他們?nèi)谈櫭總€試驗(yàn)環(huán)節(jié)，從基礎(chǔ)測試到最后的溫升后振動噪聲測量。當(dāng)最終數(shù)據(jù)確認(rèn)達(dá)標(biāo)時，他們懸著的心才放下來。這一刻，多年來的心血終于結(jié)出了碩果，全球首臺240Mvar/1000千伏單柱式特高壓電抗器研制成功，標(biāo)志著我國在特高壓技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

相對于傳統(tǒng)的同容量雙柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，張棟主持研制成功的240Mvar/1000千伏單柱式特高壓電抗器，在輕量化、低損耗方面實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，較原有設(shè)計重量減輕17%、損耗降低15.6%，具有損耗低、體積小、外觀精良、性能優(yōu)越等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以保證產(chǎn)品長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。2010年12月，《BKDF-240000/1000并聯(lián)電抗器》技術(shù)創(chuàng)新成果順利通過國家能源局組織的科技成果鑒定，鑒定專家一致認(rèn)為：“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)性能先進(jìn)，產(chǎn)品的成功研制標(biāo)志著我國國產(chǎn)特高壓輸變電并聯(lián)電抗器的設(shè)計制造技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平?！?/span>

然而，創(chuàng)新之路并非坦途，始終伴隨著理論突破的陣痛與實(shí)踐驗(yàn)證的重重考驗(yàn)。特高壓并聯(lián)電抗器的單柱設(shè)計方案因結(jié)構(gòu)創(chuàng)新較大，曾引發(fā)行業(yè)對其安全可靠性的討論，畢竟這是特高壓工程，因此，并沒有第一時間掛網(wǎng)運(yùn)行，直到2012年9月25日，保變電氣自主研制的240Mvar/1000千伏單相單柱特高壓電抗器在皖電東送淮南至上海特高壓交流工程正式掛網(wǎng)運(yùn)行，投運(yùn)以來運(yùn)行狀態(tài)良好，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，為工程安全運(yùn)行提供了有力保障，最終獲得用戶及行業(yè)專家的充分肯定。

后續(xù)，該技術(shù)創(chuàng)新成果又相繼應(yīng)用于淮南—南京—上海1000千伏交流特高壓輸變電工程、駐馬店—南陽1000千伏特高壓交流工程、南昌—長沙1000千伏特高壓交流工程、張北—雄安1000千伏特高壓工程等多個國家重點(diǎn)項(xiàng)目，為國家重大電力工程建設(shè)提供了重要的技術(shù)裝備支撐。目前，特高壓并聯(lián)電抗器單柱設(shè)計技術(shù)已成為1000千伏高抗設(shè)計首推標(biāo)準(zhǔn)。

 勇攀高峰，特高壓設(shè)備世紀(jì)運(yùn)輸難題的破解者

我國自然能源中心和用電負(fù)荷中心呈天然逆向分布，能源豐富地區(qū)遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，發(fā)展遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的特高壓輸電技術(shù)成為解決我國能源版圖“西豐東缺”問題的必然選擇。然而，自然資源豐富的西部地區(qū)，多以高原、山地、峽谷等復(fù)雜地形地貌為主，導(dǎo)致電力設(shè)備的應(yīng)用場景十分復(fù)雜，給電力設(shè)備的運(yùn)輸帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

特高壓設(shè)備造出來了，如何運(yùn)到雪域高原、荒漠戈壁、高山峽谷等自然環(huán)境惡劣、交通條件受限的偏遠(yuǎn)地區(qū)？

這個看似簡單的問題，曾讓無數(shù)電力人夜不能寐。常規(guī)特高壓交流變壓器單體運(yùn)輸質(zhì)量超過350噸，相當(dāng)于70頭成年非洲象的重量，運(yùn)輸尺寸尤其是高度嚴(yán)重受限，一般不超過5米，這些制約因素直接影響特高壓工程建設(shè)。如何有效降低特高壓設(shè)備大件運(yùn)輸難度和成本，實(shí)現(xiàn)大容量特高壓變壓器的解體運(yùn)輸以及高效可靠的現(xiàn)場組裝，成為特高壓工程建設(shè)亟待解決的難題。

面對這些困境，張棟帶領(lǐng)團(tuán)隊迎難而上，經(jīng)過10余年潛心研究、集智攻關(guān)，在新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新應(yīng)用上開展了一系列原始創(chuàng)新。早在2009年立項(xiàng)攻關(guān)之初，張棟就制定了“原型樣機(jī)—商業(yè)產(chǎn)品”兩步走的技術(shù)路線，構(gòu)筑起貫穿技術(shù)研發(fā)與市場轉(zhuǎn)化的完整閉環(huán)。

在原型樣機(jī)階段，張棟按照“整體樣機(jī)—局部解體—完全解體”的思路，逐步深入開展1500兆伏安/1000千伏變壓器關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機(jī)研制，重點(diǎn)解決樣機(jī)容量增大帶來的電、磁、力、熱等問題，推進(jìn)局部解體和完全解體方案的設(shè)計、工藝、運(yùn)輸、試驗(yàn)驗(yàn)證以及可靠性和可行性研究，最終形成解體、運(yùn)輸、組裝、試驗(yàn)等一整套核心技術(shù)體系。2011年12月，1500兆伏安/1000千伏特高壓交流變壓器樣機(jī)順利通過所有試驗(yàn)，單柱容量達(dá)到500兆伏安，是以往整體運(yùn)輸1000兆伏安特高壓變壓器單柱容量333.4兆伏安的1.5倍。2012年8月，在中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織的新產(chǎn)品技術(shù)鑒定會上，專家組一致認(rèn)為“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，具有局放、損耗和噪聲低等特點(diǎn)，屬國際首創(chuàng)，主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！?/span>

首階段技術(shù)驗(yàn)證成功后，張棟沒有停下研究的腳步，一刻不停地投入到第二階段的課題攻關(guān)之中。為解決運(yùn)輸難題，他首創(chuàng)了基于模塊化的現(xiàn)場組裝式特高壓變壓器設(shè)計理念，提出“五模塊”解構(gòu)技術(shù)，將特高壓變壓器這個龐然大物“化整為零”，拆解成油箱、鐵心、引線、器身、組件五大核心模塊，最終使最大單件重量從常規(guī)的350噸降至80噸以下，用普通重卡就能翻山越嶺運(yùn)抵工程現(xiàn)場，使偏遠(yuǎn)地區(qū)特高壓建設(shè)成為可能。

在他的帶領(lǐng)下，2016年6月，1000兆伏安/1000千伏可拆卸式現(xiàn)場組裝變壓器在保變電氣一次試驗(yàn)成功，2017年8月，在榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程晉中站實(shí)現(xiàn)掛網(wǎng)運(yùn)行，成為世界首臺正式投入商業(yè)運(yùn)行的1000兆伏安/1000千伏現(xiàn)場組裝變壓器。該產(chǎn)品的研制成功，標(biāo)志著企業(yè)具備了完整的可整體運(yùn)輸、解體運(yùn)輸?shù)奶馗邏鹤儔浩鳟a(chǎn)品，進(jìn)一步推動特高壓設(shè)備向小型化、輕量化方向轉(zhuǎn)型升級。2020年11月，項(xiàng)目成果通過國家級新產(chǎn)品技術(shù)鑒定，綜合性能指標(biāo)達(dá)到同類產(chǎn)品的國際領(lǐng)先水平。

勇?lián)厝?，新能源消納新路徑的破題者

隨著分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)，新能源外送通道潮流時空分布不均衡特征日益凸顯，電網(wǎng)運(yùn)行工況日趨復(fù)雜多變，輸電通道受阻、輸送能力受限等情況時有發(fā)生，對電網(wǎng)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性帶來新的挑戰(zhàn)，新能源消納已成為電力行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。為提升電網(wǎng)潮流調(diào)控能力和新能源消納水平，2017年，我國建成世界首條500千伏統(tǒng)一潮流控制示范工程。該項(xiàng)目通過電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)潮流精準(zhǔn)調(diào)控，然而在實(shí)際運(yùn)行中，高昂的運(yùn)維成本讓這條“電力主動脈”在市場推廣方面存在重重困難。面對新能源快速發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，探索經(jīng)濟(jì)高效的電網(wǎng)升級路徑，成為行業(yè)迫切需要解決的問題。

面對新能源消納的困境，張棟帶領(lǐng)團(tuán)隊獨(dú)辟蹊徑，充分運(yùn)用保變電氣在移相變壓器領(lǐng)域國內(nèi)獨(dú)有的成熟技術(shù)，創(chuàng)新提出“電力路由器”的理念——即通過移相變壓器動態(tài)調(diào)節(jié)潮流分布，實(shí)現(xiàn)新能源就地消納。移相變壓器作為一種經(jīng)濟(jì)高效的電網(wǎng)潮流控制裝置，具有占地面積小、運(yùn)維簡便等優(yōu)勢，可靈活調(diào)節(jié)電能傳輸?shù)拇笮『头较?，將新能源輸送至電能消耗集中區(qū)域，設(shè)備的造價不足同等電壓等級統(tǒng)一潮流控制器的十分之一。

2023年，中國首臺110千伏骨干網(wǎng)架潮流控制用移相變壓器在揚(yáng)州成功投運(yùn)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，標(biāo)志著這一技術(shù)從理論走向?qū)嵺`的重大突破。這個“智慧大腦”基于分體分布式開關(guān)技術(shù)，采用雙芯IIId/YNyn接線、雙器身單油箱結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)平安、安宜變電站合環(huán)運(yùn)行，通過移相器的調(diào)節(jié)，將平安變電站新能源直接輸送至安宜變電站負(fù)荷中心消納，減少新能源倒送，并消除兩側(cè)主變重載，提升新能源就地消納能力超過10萬千瓦，相當(dāng)于當(dāng)?shù)乜傆秒娯?fù)荷的16%，為后續(xù)移相變壓器在國內(nèi)電網(wǎng)中的大規(guī)模推廣應(yīng)用起到了示范作用。

2024年1月，張棟帶領(lǐng)團(tuán)隊再接再厲，研制成功擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國首臺80兆伏安/110千伏單芯式移相變壓器，填補(bǔ)了國內(nèi)低電壓移相變壓器技術(shù)空白。該產(chǎn)品采用單芯式角接六邊形接線方式，提出了全新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決了電網(wǎng)因分布式光伏高比例接入造成的潮流反送、電壓越限、線損增加等多項(xiàng)技術(shù)難題。產(chǎn)品成功應(yīng)用于河北正定110千伏叩村變電站，該變電站由110千伏單芯式移相變壓器和35千伏單芯式移相變壓器組成，可精準(zhǔn)判斷、定量調(diào)節(jié)線路上新能源反送潮流，實(shí)現(xiàn)余缺互濟(jì)，提升新能源消納規(guī)模?；谠摷夹g(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用成效，團(tuán)隊研發(fā)的新型高可靠110千伏移相器成套技術(shù)及關(guān)鍵裝備入選2024年國家第四批能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備。

與此同時，張棟團(tuán)隊與河北電科院、江蘇電科院合作完成《液浸式移相變》《移相變壓器的應(yīng)用、規(guī)范及試驗(yàn)導(dǎo)則》兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善了我國柔性電網(wǎng)控制技術(shù)體系，為解決我國新能源消納問題提供了新路徑。

從特高壓電抗器到現(xiàn)場組裝式變壓器，再到新能源消納“電力路由器”，張棟用一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新成果詮釋著央企人的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。多年來，他始終扎根科研一線，全身心投入技術(shù)研發(fā)、科技創(chuàng)新和短板攻堅工作，為推動我國電力裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。展望未來，張棟將帶領(lǐng)團(tuán)隊緊抓“雙碳”戰(zhàn)略機(jī)遇，以科技報國的初心持續(xù)突破，聚力“卡脖子”難題突破，賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，用自主創(chuàng)新的硬實(shí)力護(hù)航大國重器，助力集團(tuán)公司加快建設(shè)世界一流智慧電氣裝備集團(tuán)。