【创新者说】张栋：三破三立，如何实现从特高压到新能源的突围？

从特高压输电到新能源消纳，每一项技术突破的背后，都凝聚着科技工作者的智慧与坚守。张栋，一位在输变电装备领域深耕三十余载的“开拓者”，带领团队攻克多项世界级技术难题，用一次次“0到1”的突破，推动中国电力装备制造从引进吸收走向自主创新。今天，让我们走近这位“特高压攀登者”，聆听他与团队如何用创新打破桎梏，勇攀技术高峰的故事。

张栋，中国电气装备所属保变电气副总工程师，享受国务院政府特殊津贴专家，全国装备制造业调整和振兴规划立功竞赛先进个人、国际大电网CIGRE B3中国国家委员会委员、全国变压器标准化技术委员会（SAC/TC44）委员，正高级工程师。

三十余年来，张栋始终专注于输变电装备研发，带领团队深耕特高压电力装备技术前沿，在特高压现场组装式变压器、大容量电抗器、移相变压器等关键设备领域实现系统性创新突破，成功破解了特高压装备小型化、轻量化、低损耗、高可靠性等多项技术难题，为我国电力装备技术进步作出重要贡献。

 勇于创新，“卡脖子”技术难题的破局者

在构建全球能源互联网的版图中，特高压并联电抗器犹如电力系统的“心脏稳压器”，承载着超远距离、超大容量电网安全运行的重要战略使命，如同精密调控的“能量平衡仪”，通过对千公里级输电走廊进行无功补偿和稳定电压，构筑起保障新型电力系统稳定的核心防线。因此，开展特高压并联电抗器关键技术的研究，成为特高压输电工程建设的核心工作之一。

 长期以来，大容量特高压并联电抗器，行业内采用的结构主要是“双柱式结构”和“双器身结构”，这种设计结构的电抗器体积大、运输重、损耗高，而且容易受到现场运输安装条件的制约。面对特高压并联电抗器设计技术难题，张栋带领团队突破传统设计思路，创新采用单柱结构进行设计，在全面总结500千伏、750千伏级并联电抗器设计和制造经验的基础上，运用先进的设计研发与仿真分析工具，持续深化电抗器电气性能与机械结构设计的协同优化，并开展多轮次迭代验证与反复校核，攻克了特高压绝缘、局部过热、振动和噪音等领域的多项技术难题。

时间回溯到16年前，2009年深冬，保变电气的试验大厅内灯火通明。张栋和他的团队正在进行关键测试，他们全程跟踪每个试验环节，从基础测试到最后的温升后振动噪声测量。当最终数据确认达标时，他们悬着的心才放下来。这一刻，多年来的心血终于结出了硕果，全球首台240Mvar/1000千伏单柱式特高压电抗器研制成功，标志着我国在特高压技术领域取得重要进展。

相对于传统的同容量双柱结构产品，张栋主持研制成功的240Mvar/1000千伏单柱式特高压电抗器，在轻量化、低损耗方面实现了重大技术突破，较原有设计重量减轻17%、损耗降低15.6%，具有损耗低、体积小、外观精良、性能优越等显著优点，可以保证产品长期安全稳定运行。2010年12月，《BKDF-240000/1000并联电抗器》技术创新成果顺利通过国家能源局组织的科技成果鉴定，鉴定专家一致认为：“产品结构合理，技术性能先进，产品的成功研制标志着我国国产特高压输变电并联电抗器的设计制造技术达到了国际先进水平。”

然而，创新之路并非坦途，始终伴随着理论突破的阵痛与实践验证的重重考验。特高压并联电抗器的单柱设计方案因结构创新较大，曾引发行业对其安全可靠性的讨论，毕竟这是特高压工程，因此，并没有第一时间挂网运行，直到2012年9月25日，保变电气自主研制的240Mvar/1000千伏单相单柱特高压电抗器在皖电东送淮南至上海特高压交流工程正式挂网运行，投运以来运行状态良好，各项指标稳定，为工程安全运行提供了有力保障，最终获得用户及行业专家的充分肯定。

后续，该技术创新成果又相继应用于淮南—南京—上海1000千伏交流特高压输变电工程、驻马店—南阳1000千伏特高压交流工程、南昌—长沙1000千伏特高压交流工程、张北—雄安1000千伏特高压工程等多个国家重点项目，为国家重大电力工程建设提供了重要的技术装备支撑。目前，特高压并联电抗器单柱设计技术已成为1000千伏高抗设计首推标准。

 勇攀高峰，特高压设备世纪运输难题的破解者

我国自然能源中心和用电负荷中心呈天然逆向分布，能源丰富地区远离经济发达地区，发展远距离、大容量、低损耗的特高压输电技术成为解决我国能源版图“西丰东缺”问题的必然选择。然而，自然资源丰富的西部地区，多以高原、山地、峡谷等复杂地形地貌为主，导致电力设备的应用场景十分复杂，给电力设备的运输带来了严峻挑战。

特高压设备造出来了，如何运到雪域高原、荒漠戈壁、高山峡谷等自然环境恶劣、交通条件受限的偏远地区？

这个看似简单的问题，曾让无数电力人夜不能寐。常规特高压交流变压器单体运输质量超过350吨，相当于70头成年非洲象的重量，运输尺寸尤其是高度严重受限，一般不超过5米，这些制约因素直接影响特高压工程建设。如何有效降低特高压设备大件运输难度和成本，实现大容量特高压变压器的解体运输以及高效可靠的现场组装，成为特高压工程建设亟待解决的难题。

面对这些困境，张栋带领团队迎难而上，经过10余年潜心研究、集智攻关，在新技术、新工艺、新设备、新应用上开展了一系列原始创新。早在2009年立项攻关之初，张栋就制定了“原型样机—商业产品”两步走的技术路线，构筑起贯穿技术研发与市场转化的完整闭环。

在原型样机阶段，张栋按照“整体样机—局部解体—完全解体”的思路，逐步深入开展1500兆伏安/1000千伏变压器关键技术攻关和样机研制，重点解决样机容量增大带来的电、磁、力、热等问题，推进局部解体和完全解体方案的设计、工艺、运输、试验验证以及可靠性和可行性研究，最终形成解体、运输、组装、试验等一整套核心技术体系。2011年12月，1500兆伏安/1000千伏特高压交流变压器样机顺利通过所有试验，单柱容量达到500兆伏安，是以往整体运输1000兆伏安特高压变压器单柱容量333.4兆伏安的1.5倍。2012年8月，在中国机械工业联合会组织的新产品技术鉴定会上，专家组一致认为“产品结构合理，具有局放、损耗和噪声低等特点，属国际首创，主要技术性能指标达到国际领先水平。”

首阶段技术验证成功后，张栋没有停下研究的脚步，一刻不停地投入到第二阶段的课题攻关之中。为解决运输难题，他首创了基于模块化的现场组装式特高压变压器设计理念，提出“五模块”解构技术，将特高压变压器这个庞然大物“化整为零”，拆解成油箱、铁心、引线、器身、组件五大核心模块，最终使最大单件重量从常规的350吨降至80吨以下，用普通重卡就能翻山越岭运抵工程现场，使偏远地区特高压建设成为可能。

在他的带领下，2016年6月，1000兆伏安/1000千伏可拆卸式现场组装变压器在保变电气一次试验成功，2017年8月，在榆横—潍坊特高压交流输变电工程晋中站实现挂网运行，成为世界首台正式投入商业运行的1000兆伏安/1000千伏现场组装变压器。该产品的研制成功，标志着企业具备了完整的可整体运输、解体运输的特高压变压器产品，进一步推动特高压设备向小型化、轻量化方向转型升级。2020年11月，项目成果通过国家级新产品技术鉴定，综合性能指标达到同类产品的国际领先水平。

勇担重任，新能源消纳新路径的破题者

随着分布式电源大规模并网，新能源外送通道潮流时空分布不均衡特征日益凸显，电网运行工况日趋复杂多变，输电通道受阻、输送能力受限等情况时有发生，对电网运行安全性、经济性带来新的挑战，新能源消纳已成为电力行业亟待解决的关键技术难题。为提升电网潮流调控能力和新能源消纳水平，2017年，我国建成世界首条500千伏统一潮流控制示范工程。该项目通过电力电子设备实现对电网潮流精准调控，然而在实际运行中，高昂的运维成本让这条“电力主动脉”在市场推广方面存在重重困难。面对新能源快速发展的现实需求，探索经济高效的电网升级路径，成为行业迫切需要解决的问题。

面对新能源消纳的困境，张栋带领团队独辟蹊径，充分运用保变电气在移相变压器领域国内独有的成熟技术，创新提出“电力路由器”的理念——即通过移相变压器动态调节潮流分布，实现新能源就地消纳。移相变压器作为一种经济高效的电网潮流控制装置，具有占地面积小、运维简便等优势，可灵活调节电能传输的大小和方向，将新能源输送至电能消耗集中区域，设备的造价不足同等电压等级统一潮流控制器的十分之一。

2023年，中国首台110千伏骨干网架潮流控制用移相变压器在扬州成功投运，填补了国内空白，标志着这一技术从理论走向实践的重大突破。这个“智慧大脑”基于分体分布式开关技术，采用双芯IIId/YNyn接线、双器身单油箱结构，可实现平安、安宜变电站合环运行，通过移相器的调节，将平安变电站新能源直接输送至安宜变电站负荷中心消纳，减少新能源倒送，并消除两侧主变重载，提升新能源就地消纳能力超过10万千瓦，相当于当地总用电负荷的16%，为后续移相变压器在国内电网中的大规模推广应用起到了示范作用。

2024年1月，张栋带领团队再接再厉，研制成功拥有完全自主知识产权的中国首台80兆伏安/110千伏单芯式移相变压器，填补了国内低电压移相变压器技术空白。该产品采用单芯式角接六边形接线方式，提出了全新的拓扑结构，解决了电网因分布式光伏高比例接入造成的潮流反送、电压越限、线损增加等多项技术难题。产品成功应用于河北正定110千伏叩村变电站，该变电站由110千伏单芯式移相变压器和35千伏单芯式移相变压器组成，可精准判断、定量调节线路上新能源反送潮流，实现余缺互济，提升新能源消纳规模。基于该技术创新和应用成效，团队研发的新型高可靠110千伏移相器成套技术及关键装备入选2024年国家第四批能源领域首台（套）重大技术装备。

与此同时，张栋团队与河北电科院、江苏电科院合作完成《液浸式移相变》《移相变压器的应用、规范及试验导则》两项国家标准，进一步完善了我国柔性电网控制技术体系，为解决我国新能源消纳问题提供了新路径。

从特高压电抗器到现场组装式变压器，再到新能源消纳“电力路由器”，张栋用一项项创新成果诠释着央企人的责任担当。多年来，他始终扎根科研一线，全身心投入技术研发、科技创新和短板攻坚工作，为推动我国电力装备制造业高质量发展作出了重要贡献。展望未来，张栋将带领团队紧抓“双碳”战略机遇，以科技报国的初心持续突破，聚力“卡脖子”难题突破，赋能产业发展，用自主创新的硬实力护航大国重器，助力集团公司加快建设世界一流智慧电气装备集团。