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能源局特高壓交流研究課題17

《交直流線路輸電能力和經(jīng)濟(jì)輸送距離研究》

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能源局特高壓交流研究課題15 ：特高壓與超高壓交流輸電經(jīng)濟(jì)比較研究

前言

國網(wǎng)公司在宣傳交流特高壓全國聯(lián)網(wǎng)時，就稱一回交流1000kV線路輸電能力為500kV線路的4 ～ 5倍(再按2012年劉振亞著[中國電力與能源]書第69頁核實(shí))，所以號稱交流特高壓輸電節(jié)約投資又節(jié)省線路走廊。

從特高壓示范/起步工程表現(xiàn)它輸送能力還不到500kV線路的兩倍, 而且它每段線不能長(約為300公里), 必需靠500kV電網(wǎng)聯(lián)接支持才能多送電, 構(gòu)成不安全的電磁環(huán)網(wǎng)。從基本原理上對同塔雙回的交流1000kV兩回線路和兩個同塔雙回緊揍型的4回500kV線路的600公里輸電計(jì)算分析, 證實(shí)它輸送能力真不到500kV線路的兩倍，和500kV線路輸電相比, 它極不安全，更極其浪費(fèi)。600公里以內(nèi),采用交流500kV輸電既安全又經(jīng)濟(jì);600公里以外,采用直流輸電最佳。由於交流特高壓在基本原理上存在致命弱點(diǎn), 全世界都沒有實(shí)用價值。

一.交流特高壓與超高壓輸電

1.500/1000kV輸電靜態(tài)穩(wěn)定比較(600公里)

具備50%串補(bǔ)的4×500kV輸電的靜穩(wěn)為840萬千瓦;2×1000kV輸電的中間站無500kV網(wǎng)支持時的靜穩(wěn)為617萬千瓦，而有支持的電磁環(huán)網(wǎng)時的靜穩(wěn)為820萬千瓦。兩者基本相同。

2.500/1000kV暫態(tài)穩(wěn)定輸電比較(600公里) (圖1)

(1) 決定輸送容量的暫態(tài)穩(wěn)定比較:4×500kV線路中一回故障(N-1),祗損失1/4;2×1000kV線路N-1時,損失1/2;可見2×1000kV線輸送容量較少。

(2) 4×500kV線路加約50%串補(bǔ)可以可靠送出600萬千瓦。(圖2上部)

(3) 2×1000kV線路在不和500kV并列輸電時,祗能送出150～200萬千瓦。(圖2中部)

(4) 2×1000kV線路要靠500kV電磁環(huán)網(wǎng)支持才能多送(圖2下部)

- 送2×300萬千瓦時可行。

- 送2×350萬千瓦(相當(dāng)75%自然功率)而在一回線故障 (N – 1)時, 無功

功率損耗300萬千乏, 靠發(fā)電機(jī)難以快速補(bǔ)償, 有電壓崩潰/失穩(wěn)危險(xiǎn)。

3.500/1000kV輸電經(jīng)濟(jì)比較(圖2)

總投資為工程投資加年運(yùn)行費(fèi)折算為2×1000kV輸電總投資為4×500kV的 

2.4倍，兩者總投資差131億元。

2×1000kV輸電靠500kV網(wǎng)支持也祗能送2×300萬千瓦,構(gòu)成極不安全的1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng)。交流特高壓線路的輸電能力僅為500kV線路的兩倍左右。

二. 交流2×1000kV和直流2×±660kV輸電工程投資分析 

圖3 是從工程投資/輸電距離的關(guān)系分析交直流輸電的世界通用方法。

1.比較條件：按交流2×1000kV線路1300公里分四段, 輸電靠500kV電磁環(huán)網(wǎng)支持,設(shè)三個中間站;直流為兩回

±660kV輸電比較。

2.比較結(jié)果：上述交,直流輸電投資比,輸送1300公里時為430億/131億=3.3倍,兩者投資差299億元。

3.結(jié)論：600公里以內(nèi),采用交流500kV輸電既安全又經(jīng)濟(jì);600公里以外,采用直流輸電最佳。從圖3分析證明，交流1000kV輸電毫無實(shí)用價值。 

遠(yuǎn)距離交流特高壓和直流輸電的經(jīng)濟(jì)比較

從交流特高壓實(shí)際工程和±800kV和同塔雙回±660kV直流輸電工程按同等輸電能力的單價比較為5.38/1.52 = 3.54倍;和±500kV直流輸電工程的單價比較為5.38/2.33 = 2.31倍?？梢娸旊娋嚯x愈長,交流特高壓愈不經(jīng)濟(jì)。

三.交流特高壓的致命弱點(diǎn)難以解決

1. 電壓問題

國網(wǎng)公司在宣傳交流特高壓的自然功率相當(dāng)500kV線路的5倍，就稱一

回1000kV線路輸送容量相當(dāng)500kV線路的5倍。其實(shí)這在原理上恰恰是其

致命弱點(diǎn)之一。因?yàn)樗潆姽β蚀螅?fù)荷突變難以控制電壓，突降時將出現(xiàn)過電壓，事故中負(fù)荷轉(zhuǎn)移而突增時，將造成電壓崩潰/系統(tǒng)失穩(wěn);不得不裝設(shè)100%(其中約20%在低壓)并聯(lián)電抗器去祗消充電功率，結(jié)果大大降低其輸電容量。

全世界過去只有前蘇聯(lián)交流1150kV特高壓線路運(yùn)行，它們用接近100%并聯(lián)電抗器抵消線路的充電功率，雖能限制過電壓，但不能多送，結(jié)果一回線只能送150萬千瓦，相當(dāng)一條500kV線路輸電水平。

交流特高壓線路要多送，就不得不研究采用自動可控高壓并聯(lián)電抗器, 前蘇聯(lián)就未研究成功。線路滿載時可控高抗將自動控為零，受端跳閘立刻出現(xiàn)工頻過電壓，300公里為1.43p.u., 600公里為2.18p.u.,還會引起危險(xiǎn)的操作過電壓，即使研究成功用可控高抗祗能延時增加電抗, 難以保護(hù)規(guī)定工頻過電壓祗為1.3～1.4p.u.以及操作過電壓為1.7～1.8p.u.的交流特高壓設(shè)備安全。

國際大電網(wǎng)2007年10月變壓器會議指出，可控并聯(lián)電抗器因?yàn)橛胁粩噢D(zhuǎn)Q動作和諧波影響，其故障比一般變壓器又多又嚴(yán)重，如22年來南非765kV并聯(lián)電抗器38組運(yùn)行就損壞過20組。又如魁北克735kV電網(wǎng)的并聯(lián)電抗器就可控失敗，一旦可控失敗,當(dāng)可控的綜合電抗小於一定值，在單相重合閘單相斷開或斷路器操作有單/兩相斷開時, 即發(fā)生極其危險(xiǎn)的工頻串聯(lián)諧振過電壓, 高達(dá)額定值的20～36倍，危害嚴(yán)重。

2. 輸送容量問題

主要電源和負(fù)荷都在500kV網(wǎng)，應(yīng)用交流特高壓必須疊加1000/500kV的升/降壓變壓器，增大了聯(lián)系阻抗。計(jì)算證明，2回1000kV線輸電的靜態(tài)穩(wěn)定祗相當(dāng)於4回500kV;而暫態(tài)穩(wěn)定還不如4回500kV線輸電。

圖1可見, 在無串補(bǔ)時，2回1000kV線才能輸送150～200萬千瓦，而不得不要靠500kV電磁環(huán)網(wǎng)支持，結(jié)果才能輸送300～330萬千瓦。所以, 一回100萬伏線路輸送容量不如兩回500kV線，能用上串補(bǔ)才接近。

三華交流1000kV線路輸送超2000公里，構(gòu)成所謂“五縱六橫”網(wǎng)架，實(shí)際上是故障時負(fù)荷自由轉(zhuǎn)移的不安全結(jié)構(gòu)，每回線輸送能力難以超過300萬千瓦，永遠(yuǎn)達(dá)不到國家領(lǐng)導(dǎo)部門的500萬千瓦要求。

3.總投資問題

由於交流特高壓輸送容量低，一回1000kV線路輸送容量最多等於兩回500kV線,按總投資計(jì)算前者為后者的2.6～2.8倍, 兩者投資差162～188億元。

特別是有關(guān)部門違反世界公認(rèn)的交直流輸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)決策，聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)社會

事務(wù)局2005年在紐約發(fā)表“國際電力聯(lián)網(wǎng)多方面要點(diǎn)頒布”文件指出，超出600公里都是直流輸電的經(jīng)濟(jì)距離，而且直流輸電比較安全、可靠。但目前輸電超出1000～2000公里都不用直流, 而用交流特高壓，結(jié)果圖3比較兩者投資：輸送1300公里為3.3倍，所以交流特高壓輸電毫無實(shí)用價值。

四. 交流特高壓的回顧和展望

上世記前蘇聯(lián)、日、美、意和巴西對交流特高壓曾作大量研究，主要目的是為了“長距離輸電”, 前蘇聯(lián)還共建1905公里1150kV在1985年投運(yùn), 最大輸送160萬千瓦, 因問題多在1994年降500kV運(yùn)行。日本東京電力建426公里1000kV線路，但末建特高壓變電站, 祗能降500kV運(yùn)行。

在此期間, 世界上對直流輸電研究成功‘晶閘管’, 代替了原有不實(shí)用的‘水銀整流器’，使直流輸電更為安全/經(jīng)濟(jì)適用於“長距離輸電”, 交流特高壓就沒有實(shí)用價值了。

聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)社會事務(wù)局2005年在紐約發(fā)表“國際電力聯(lián)網(wǎng)多方面要點(diǎn)頒

布”文件指出，提到交流1200kV曾在俄羅斯的西伯利亞長線路使用, 并指出：“達(dá)到交流百萬伏以上, 無論如何，能承受如此高電壓的實(shí)際難度和設(shè)備和絕緣的代價，都過高而難以采用”;聯(lián)合國文件所指包括兩個風(fēng)險(xiǎn)：一個是技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn)，另一個是經(jīng)濟(jì)代價風(fēng)險(xiǎn)。所以歐美俄日等將來都不考慮在現(xiàn)有交流電網(wǎng)上再疊加高一級電壓，更不考慮采用交流特高壓;而充分發(fā)揮直流輸電的作用。

國網(wǎng)公司用交流特高壓祗是為了全國聯(lián)網(wǎng), 在2005年北戴河會議上, 更宣傳日本東京電力將在2010年升為交流特高壓運(yùn)行，在2007年底日本大阪的國際大電網(wǎng)會中, 東京電力回答根本不考慮升壓交流特高壓運(yùn)行。 

現(xiàn)有交流500/750kV電壓完全可以滿足中國將來發(fā)展的需要, 按上述論證, 交流特高壓極不安全, 極為浪費(fèi)投資和能源, 根本沒有實(shí)用價值。如果批準(zhǔn)交流特高壓工程走一步, 國家經(jīng)濟(jì)必將損失一大步。特請國家領(lǐng)導(dǎo)高度重視交流特高壓問題, 應(yīng)按科學(xué)發(fā)展觀進(jìn)行民主討論, 充分論證;并繼續(xù)貫徹30多年來對我國電網(wǎng)安全起重要作用的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》, 慎重決策, 避免將來難以挽回的決策失誤而造成近萬億元的國家損失。

注：本文僅代表作者觀點(diǎn)，不代表橙電網(wǎng)電力網(wǎng)的立場和觀點(diǎn)！

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