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摘要：为建国家级特高压电网，需要史无前例的在现有500kV网架再罩上一个特高压（1000kV）网架，这样是否可行？受端系统是各大区电网的核心，它的最高一级网架电压是随机组/电厂容量大小，也是随负荷密度增大而增高，决定于它们之间的自然平衡，而不应受远方电源输入的影响。我国的负荷密度远低于欧 、美、日，但网架电压有的比它们高，有的相同，相当长时间不会出现不平衡，如果出现，则欧 、美、日会先出现。如果违反客观规律，罩上一个特高压网架，首先，它接受1000kV线路的电力和大区电源总容量(总装机加外来交、直流受电电力)相比，所占的比例很少。相当花大量投资建设一个不起利用价值的网架，是否可行？同时它在安全稳定上带来三大问题：从技术经济上判别，任何机组都不会(包括特大机组也不应)经升压变直上特高压网架，它缺乏电压支持，而且网架的剩余充电功率不断地大幅度变化，使之不稳定的漂浮在上；建设特高压网架本身既有高得多的设备和线路故障风险，又不可能像500kV网架那样既紧密又在电气距离上紧靠负荷中心，它远达不到现有500kV网架的安全稳定准则水平；更严重的是为解决短路电流和直流多落点问题，要拆散500kV网架，就等于拆除我们几十年建立起的安全稳定基础。总的结论：罩上一个1000kV网架在安全稳定上不仅给本区带来极为负面的影响，而且它的坏影响将扩展全国。因为有和相邻大区的特高压强联网，在故障时负荷潮流将不受控制的自由转移，难以保证一个大区故障不会影响相邻大区安全，更难以防止发生全国大停电的重大灾害。而短路电流和直流落点问题其实有其他更经济有效的解决办法，根本不是必须在现有网架再罩上一个特高压网架的理由。远方电源输送应为个别工程、个别论证处理。希望沿用我国几十年来的一贯做法，采用既有运行经验的成熟技术，长距离输电应以直流为主。

 

关键词：特高压；受端系统；网架；远方送电；短路电流；交流输电；直流输电

 

上世纪八十年代以来 ，在贯彻电力系统安全稳定导则，技术导则和实施保护四统一后，全国电网事故大幅度降低。六个独立大区电网也逐步按分层分区原则发展壮大，特别是各自加强了500kV（西北330kV）受端网架，成为大区电网一个可靠的坚强核心，它又可安全稳定的接受来自分散的远方电源，完全防止了全网性大停电。
2005年6月国家发改委召开的北戴河会议上，有关部门强调建立统一的国家特高压电网，以远方大型水、火电源输送和解决原网架短路电流和直流多落点为理由，要在现有500kV受端网架之上、史无前例的再罩上一个特高压（1000kV）网架。到底有多少电力能真正上这个网架？在安全稳定上到底有好处、还是反而带来坏处？是否隐藏着大停电的高风险？缺乏慎重、认真、具体和科学研究的这个几千亿元工程方案是否技术、经济上可行？我们必须实事求是地做出科学的比较和认真负责的分析。

 

１．受端网架的发展规律 - 按分层原则不同容量的机组接入相适应的电压网
按电力系统安全稳定和技术导则内容，大区电网包括受端系统、电源接入和区间联络。受端系统是整个电网的核心，它由多层电压网架组成，例如：除西北外，目前最高一级是500kV受端网架，它的下面联接基本分区的220kV网，220kV网下再联接完全分区的110kV网或直接降压至10kV供用户。受端网架的主要功能是将区内电源、包括接受远方的电力，能经济合理、安全可靠的送给用户。按历史发展最经济合理的客观规律，就是按导则规定的分层原则，将不同容量的机组，按所在地区条件，接入相适应的电压网。
 

随着机组/电厂容量的增大，受端网架电压也随而增高。当出现600MW或以上机组时，自然功率为130MW的220kV线路往往难以有效的经济传送，从而发展了线路自然功率为1000MW的500kV电压。但所在地区条件不同时也有例外，例如珠海电厂一期2×700MW机组全部供应珠海220kV地区负荷，则就近接入220kV网是经济合理的。但珠海电厂二期（2×600MW）机组就直接接入500kV电网了。

又如300MW机组大多接入220kV网，但沙角B厂（2×350MW）在八十年代是这级机组中全国首次以500kV送出，为广东开创500kV电网，也是正确的决策。
按分层原则，仅供所在局部地区负荷的电源不需直接接入500kV电网，一般接入以分区运行的220kV或110kV电网，不仅是经济合理，而且对500kV网短路容量影响不大。
目前的500kV受端网架有很高的承受能力和安全稳定水平，无论是1000MW及以上的特大机组都可以经升压变直上网架，也有足够能力接受远方电力，并在区内范围安全经济有效的向用户供电。

 

2．市场导向 - 受端网架最高一级电压主要决定于它和负荷密度的自然平衡，不应受远方电源输入条件的影响

从历史发展看，受端网架的最高一级电压是随机组/电厂容量增大而增高，实际上也是随负荷密度增大而增高，也是以市场为导向。因为受端网架必须将区内、外电源有效且经济的送给用户。负荷对应于区内、外送到受端网架的电源总容量，负荷密度则为单位面积所供的负荷。下面比较受端网架各种电压的平衡条件：
• 电压过低（如220kV） —— 针对我国和发展国家的负荷密度，这一级电压可能过低，造成了不平衡，结果使电力传输受限制，增多线路也难以解决，且不经济。
• 电压适中（如345kV、400kV、500kV） —— 针对包括我国和欧、美、日国家的负荷密度都会在相当长时间内达到自然平衡。自然平衡的效果：电力传输经济灵活、保证安全稳定、最大限度发挥投资效益，达到最佳的技术经济合理条件
• 电压过高（如1000kV）——世界上从来没有任何国家要建设1000kV的受端系统网架，包括俄、日也只建远方输电线路，不是网架。因为未来相当长时间都看不到必须上1000kV网架的必要。

负荷往往和GDP成比例，表1根据最近世银年报列出欧、美、日和我国的GDP和比例，而负荷密度还和面积有关，它们面积比我国小，所以负荷密度比我国高得多。我国GDP要经多少年才能达到欧、美、日国家的水平，那时我国的负荷密度仍然低于它们的水平。表2列出2003年有关城市的负荷密度，可见现在欧、美、日国家的负荷密度比我国大得多。它们的受端系统网架最高一级电压：欧洲为400kV，日本为500 kV，美国有345 kV（包括纽约）也有500 kV（个别有由电源充裕的West Virginia地区东送电力的765 kV线路，但不是网架）。长时以来，事实证明它们的网架和负荷密度是自然平衡的，在近期内根本没有不平衡的迹象，也没有考虑出高一级电压网架的概念。
那么为什么在我国现有500 kV网架上，再罩上一个1000 kV网架？难道是现有网架和负荷密度不平衡吗？绝对不是！起码在今后若干年内看不到不平衡。欧、美、日国家负荷密度比我国大得多，它们有的网架电压（345kV，400kV）比我国（500kV）低，有的相同，如果出现不平衡，它们会首先出现，我们大可放心。

 

3．远方电源输送 - 应以直流输电为主；各大区的用电不宜过多依靠远方电源的输送，只有本区电源占有较大的比例，才能奠定本区的安全稳定基础远方电源的输送，近距离应以交流输电为主，包括不同的电压：500kV, 750kV或1000kV；但远距离应以直流输电为主。

目前世界上比较直流输电和现行的交流400～500kV输电，仅从经济上比较，输电距离在600～800km及以上，特别适用直流输电；近年国际上直流输电设备成本下降，而我国设备国产化比例逐年增大，在经济上更有利於采用直流输电，何况它和交流输电比较，对保证安全稳定更为优越。目前直流输电难以和交流1000kV输电作比较，因为直流输电（600kV）是完全有实践经验、确保安全稳定，且工程投资可以落实，没有风险。但交流1000kV输电却有很大风险，有很多难题，设备成本难以落实，例如北戴河会议上某大区的报告指出：
•设备提供的不确定性，按国外经验，总研制周期约20年左右
•现有500kV电网发展工程难以和交流特高压协调，不一定认为特高压方案经济
•特高压交流输电还有不少难题有待解决

该报告还指出直流输电技术发展较快，成本逐步降低，同时大力发展了新技术，比较传统方法对电网稳定、潮流、电压、动态无功控制更为可靠和准确。
上述的论述是正确的，所以远方输电应以直流输电为主，如三峡工程（包括规划的金沙江），近处用交流500kV线路送电，远处用直流输电，实际上已证明这是完全可靠且经济合理的决策。

有关部门提出上交流1000kV的较具体的理由，除了短路容量外，就是输电走廊。然而会议上有报告明确指出“直流线路所需要的架线走廊均为同等容量交流线路走廊的一半”。如果将来采用正在发展的直流输电新技术，同等走廊的输送容量还会增加40%。
会议上有的科研部门仍然作出600kV直流输电和交流1000kV输电的经济比较，认为超过1000km距离，用直流较为经济。但会议上有部门提出的具体方案：2030年西电东送的两个走廊的输电距离分别为1640和1800Km，但仍然用特高压交流输电。对此是否进行过经济比较，则难以理解。

 

4．特高压网架的可行性

世界上从来没有任何国家建设1000kV或更高电压的受端网架，包括俄、日也只建过单一输电线路，不是网架。
从有关部门在北戴河会议的分析，建立特高压网架的理由为：
•建立统一的国家级特高压（1000kV）电网
•直接接受长距离以交流1000kV远方输送的大型水、火电源
•解决500kV网架短路容量和直流多落点问题

4.1花数千亿元建设特高压网架是否能充分发挥它的利用价值？

到底有多少电力能真正上特高压网架？其实这是很关键的前提条件。从上述远方电源输送的分析表明，长距离(600~800km及以上)输电都应以直流输电为主，而中、近距离输电除三峡和规划的金沙江采用500kV交流输电外，陕北以近500km输送华北的7000MW电力也是用四回串、并补偿的500kV交流线路。究竟有多少1000kV交流线路经论证可以落实？总的判别：受端网架接受直流输电的电力应多于特高压交流，而直流输电的落点都直达负荷中心的500kV网，(个别落220kV网)，只有特高压交流输电的电力和1000kV强联网后大区间互供电力才落在特高压网架上。
北戴河会议上陈望祥老专家的报告指出“我国电力老领导曾认为一个区域接受外来电力不能超过该区域总装机的30%，而华东已接受西部水电，到2020年将达到其总装机的20%～25%左右，何况华东地区现在已经开始大规模地发展本地区的核电，天然气发电和沿海沿港口的煤电，有多大的空间可以留给晋陕蒙的煤电，需要做科学的经济论证。”

事实上华东大约有一半机组接入500kV网，一半机组接入220kV网，同时西部水电都以直流输送，其落点也接入500kV网，说明现有的500kV网架得以充分利用。
如果建立国家级特高压电网，即使有远方交流特高压输电，加上大区间互供电力，估计直接接入1000kV特高压网架的电力将小于华东电源总容量(总装机加外来交、直流受电电力)的10%，说明特高压网架根本不能充分利用，是一个不起利用价值的网架，但要建设这样的网架，不旦投资特别高、而且是否安全可靠也难以考验，隐藏高凤险。
受端网架都处于负荷中心，很多报告都提出线路走廊问题，认为特高压交流输电可以减少线路走廊，少占土地，但是建设一个不起利用价值的特高压网架，除了浪费大量投资外，还将不必要占用不少线路走廊和土地，反而限制了500kV网架应有的发展，这也是可行吗？

4.2 特高压网架本身能否保证安全稳定？它对几十年来己建立的大区安全稳定基础是加强还是削弱？

按分层原则、不同容量的发电机组应分别接入相适应的电压网是最经济有效的客观规律。在受端系统内，目前全世界特大机组（包括1000MW及以上）都己是经济合理的接入现有（345kV，400kV，500kV）网架，多年经验证明既安全灵活，效率也高。如果不按客观规律，要将特大机组经电厂升压变直上特高压网架，将会造成（1）输电层次增加、复杂、损耗大；（2）不安全、风险高；（3）投资大、浪费。所以，从客观的技术经济条件分析，这是不可行的。因此，特高压网架在安全稳定上的第一个大问题就是不会(也不应)有机组经升压变直上其网架，因而首先缺乏电压支持，同时由於1000kV线路的充电功率和自然功率都为500kV线路的四倍多，既然送入1000kV网架的电力不多，那么网架上随负荷大幅度变化的剩余充电功率也难以可靠和准确的由并联电抗器补偿，不仅电压异常变化，特别在事故时会出现危险的过电压，结果成为一个漂浮的不稳定网架。

从多年运行经验证明，各大区500kV网架已发展得比较安全可靠，当然还要进一步加强，特别要发挥线路输送的潜力。例如清华教授们发表1000km的50%串补、同塔双回500kV紧凑型线路输送容量约为3800MW，走廊宽度只有31m。而800～1200km的1000kV线路(不附加措施)输电能力受静稳限制仅为3000～4000MW，走廊宽度为98km(水平排列)或66m(三角排列)。建设特高压网架本身既比较500kV网架有高得多的设备和线路故障风险，又不可能像500kV网架那样既紧密又在电气距离上紧靠负荷中心，更不能达到500kV网架目前的安全准则水平。这是特高压网架在安全稳定上的第二个大问题。

第三个大问题是有关部门为了解决500kV网短路容量和直流多落点问题，在建成特高压网架时，要拆散原有的500kV网架，本来特高压网架本身安全稳定水平就低，又要将我们几十年来已建立起来的500kV网架安全稳定基础加以拆除，这样的做法更为不合理。

总的结论：罩上一个1000kV网架在安全稳定上不仅给本区带来极为负面的影响，而且它的坏影响将扩展全国。电力系统安全稳定导则和技术导则实行分层分区的目标是确立各大区电网的安全稳定，即使任一大区电网发生任何重大问题，也保证不会影响其他大区电网的安全稳定，完全确保不会发生全国性的停电。但建立特高压网架时，既大大削弱本区的安全稳定基础，又有和相邻大区的特高压强联网，在故障时负荷潮流将不受控制的自由转移，逐步走向北美电网的自由市场方式。一切电力都通过电网经电网自由转送，完全破坏了由分区原则建立起来的大区电网独立性，难以保证一个大区故障不会影响相邻大区安全，更难以防止发生全国大停电的重大灾害。2003年8月美加大停电已对这方面提供了重要的经验教训。这就是大区间一定要强联系所稳藏的高风险。

 

5．短路容量问题并不是必须在500kV电网上构建特高压网架的理由

会议上有关部门要建立特高压网架的理由，其中较具体的是解决500kV网的短路容量问题。500kV网短路容量随接入的电源增加而增加是客观发展趋势，如华东、广东500kV网有的地方短路电流有超过50kA的趋势，但这并不是必须在500kV电网之上构建特高压网架的理由。像俄罗斯、日本建设特高压交流线路的主要目的是将远距离、大容量的电力送到负荷中心，没有建特高压受端网架，结果它的出现，反而会增加受端系统的短路容量。

控制500kV电网短路容量并不是不可解决的问题，在前一个“论特高压的运用”报告，已作详细的论述。

(1) 首先应按技术经济条件分析确定500kV设备短路电流水平是50kA或是63kA(80kA)，参考前曾介绍的实践经验，改造或提高设备达到这一水平。
(2) 研究使用有效的500kV限流器，如华东提出的电抗器，或前曾介绍的灵活限流器（晶闸管保护的电容器加串联的电抗器），在正常运行时，它的综合电抗为零，在系统故障时，电容器瞬间被短路，成为一个单纯的电抗器。一个500kV电网在关键处使用数目不太多的电抗器或灵活限流器，就可以解决短路容量问题。
(3) 优化网络，包括利用限流器开环、增环和分区，使500kV网架逐步有效的复盖增长中的负荷中心，从而得到合理的发展。
(4) 不同电源接入相适应的电压网。

 

6．直流多落点问题也不是必须在500kV电网上构建特高压网架的理由

会议上有报告提出建立特高压网架时，拆散500kV网架，将增大直流落点之间的电气距离，可以解决500kV系统故障而影响多个直流逆变站同时换相失败，带来的严重电网安全稳定问题。
拆散500kV网架己大大削弱原有的安全稳定基础，建立这些不起重大作用的特高压网架已浪费大量投资，即使以这么大的代价也是不能全面、有效的解决这个直流多落点问题的。

从长远、经济和有效的解决这个问题，应该全面考虑多方面的因素：
(1) 建立特高压网架后再拆散500kV网架是可以增大直流逆变站之间的电气距离。其实更为经济有效的是利用限制短路电流的电抗器或灵活限流器，同样可以按设计参数的有控制的增大直流站之间的电气距离，也可以说和限制短路电流是一举两得。

(2) 目前直流多落点会造成严重的电网电压崩溃、继而失稳的主要原因是交、直流输电并列运行。因为在直流多落点同时换相失败时，使瞬间下降的大量直流功率全部转移到并列的交流系统来，才造成如此严重后果。祗要交、直流系统在电源侧解列运行，即使故障时使多个直流站同时换相失败，后果就不会那么严重。

(3) 受电地区必须严格执行无功功率在各级电压网、特别包括用户的就地平衡，一方面可以大大降低线损、提高电压质量；更重要的是使全网发电机储备大量动态紧急无功，有助於应付任何严重电网事故，避免电压崩溃。因为目前电网愈大，频率崩溃凤险愈低，但电压崩溃风险仍然突出、必须高度重视。

(4) 受端500kV系统必须具备精确 / 快速故障切除和较高的单相重合成功率性能。如广东500kV电网的故障切除时间（根据录波）：线路出口为40ms，远处为50～60ms；2003和2004年单相重合成功率为96.15%和100%。这样将大大减轻直流逆变站换相失败常来的影响。

(5) 应该了解近年直流输电技术的快速发展。目前应用的传统直流输电(Thyristor based – Line Commutated Converters)的确存在换相失败问题。近年采用新的可关断器件[GTO(Gate Turn-Off Thyristor) / IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)]发展了新的电压源换流器（VSC – Voltage Source Converters）技术，已分别在日本和美国投入运行，容量不大，2002年美国投运的只有330MW。估计尚需一定时间才能发展到我们需要的容量。VSC直流输电的特点：

• 交流系统故障时，它不像常规直流输电会换相失败，直流功率照送不受影响
• 它不旦不需要交流系流无功和短路容量的支持、反而在本身容量的能力范围内瞬时改变有功、无功输出，支持交流系统的电压稳定和功角稳定
• 适用于多端直流输电，任一端跳闸、其余照样运行
• 多端直流输电负荷潮流可灵活控制
若干年后，如果我们采用VSC直流输电，不仅不存在换相失败问题，反而可以在有功、无功上支持交流系统，提高安全稳定，又可沿途多端落点和灵活、控制使用。

 

7．小结
(1) 二十多年来按电力系统安全稳定和技术导则的分层分区原则使各大区电网奠定了安全稳定基础。在研究建设特高压网架时，应该重视我国电网发展的历史经验和吸取国际上大停电的教训。

祗有按分区原则保持大区电网的独立性，才能从根本上防止全国性的大停电，同时也一样可发挥联网效益，取得联网应有的效果。

(2) 受端系统是每一个大区电网的核心， 受端系统网架最高一级电压主要决定于它和机组/电厂容量、也主要是负荷密度的自然平衡，这是全世界电网发展的客观规律，不应受远方电源输入条件的影响。我国的负荷密度远低于欧、美、日国家，但网架电压有的比它们高，有的相同，相当长时间内不会出现不平衡。如果出现，则欧、美、日会先出现。如果违反客观规律，将现有受端网架电压由500kV提高到1000kV，必然造成严重浪费，不安全、风险高。

(3) 特高压网架只能用于接受特高压交流输电的电力和强联网后的互供电力，它和大区电源总容量(总装机加外来交、直流受电电力)相比，所占的比例很少，难以充分发挥它的利用价值，花大量投资建设一个不起利用价值的网架是否可行？

(4) 特高压网架不仅难以保证本身的安全稳定，一是缺乏电压支持，剩余充电功率大幅度变化，使之不稳定的漂浮在上；二是在设备和线路故障高风险下，从结构上还远不能达到目前500kV网架的安全稳定准则水平；更严重的要拆散现有500kV 网架，就就等于大大削弱我们几十年建立起的安全稳定基础。总的结论：罩上一个1000kV网架在安全稳定上不仅给本区带来极为负面的影响，而且它的坏影响将扩展全国，因为有和相邻大区的特高压强联网，在故障时负荷潮流将不受控制的自由转移，完全破坏了由分区原则建立起来的大区电网独立性，难以保证一个大区故障不会影响相邻大区安全，更难以防止发生全国大停电的重大灾害。

(5) 短路电流和直流多落点问题根本不是必须在500kV网架上再构建1000kV网架的理由，这些问题已有其他更为经济有效的解决办法。

(6) 远方电源输送应为个别工程、个别处理。希望沿用我国几十年来的一贯做法，采用既有运行经验的成熟技术，长距离输电应以直流为主。