蒙定中 原電力部生產(chǎn)司教授級(jí)高工、國際大電網(wǎng)委員會(huì)CIGRE和美IEEE會(huì)員

2015年6月30日

前言

從電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和電力規(guī)劃目標(biāo)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究分兩方面：

一是各區(qū)域構(gòu)成合理的交流電網(wǎng)本應(yīng)用超高壓，還要應(yīng)用交流特高壓?jiǎn)幔?/p>

二是遠(yuǎn)距離(600公里以上)輸電本應(yīng)用直流,還要應(yīng)用交流特高壓?jiǎn)?

國網(wǎng)公司在宣傳交流特高壓全國聯(lián)網(wǎng)(后改為「三華聯(lián)網(wǎng)」)時(shí)，就稱一回1000kV線路輸送容量相當(dāng)4-5回500kV線路，所以號(hào)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(zhǎng)(約300公里),必需靠500kV電網(wǎng)聯(lián)接支持才能多送電,既多浪費(fèi)投資，更構(gòu)成不安全的電磁環(huán)網(wǎng)。從基本原理上對(duì)同塔雙回的1000kV2回線路和兩個(gè)同塔雙回緊揍型的4回500kV線路的計(jì)算分析,證實(shí)它輸送能力真不到500kV線的兩倍，和500kV線輸電相比,它極不安全，更極其浪費(fèi)。由於交流特高壓在基本原理上存在致命弱點(diǎn),在全世界都沒有實(shí)用價(jià)值。

一．特高壓與超高壓輸電比較

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(shí)的

靜穩(wěn)為617萬千瓦，而有支持的電

磁環(huán)網(wǎng)時(shí)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(圖1)

(1)決定輸送容量的暫態(tài)穩(wěn)定比

較(600公里):4×500kV線路中一

回故障(N－1),祗損失1/4；圖1500/1000kV暫態(tài)穩(wěn)定輸電比較

2×1000kV線路N－1時(shí),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(shí),祗能送出150～200萬千瓦。(圖

2中部)

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

-送2×300萬千瓦時(shí)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(shí),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)。

- 送2×470萬千瓦(相當(dāng)100%自然功率)N-1時(shí)，無功功率損耗570萬千乏,

假定發(fā)電機(jī)無功功率能快速補(bǔ)償,也祗能送300萬千乏,即使能用可控高

抗可退出120萬千乏，但仍不足，結(jié)果必然電壓崩潰/失穩(wěn)。

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。

圖2500/1000kV輸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2×1000kV輸電靠500kV網(wǎng)支持也祗能送2×300萬千瓦,又構(gòu)成極不安全的1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng)。

二．國網(wǎng)應(yīng)用交流特高壓主要是將有多個(gè)分區(qū)聯(lián)成一個(gè)寵大交流網(wǎng)

國網(wǎng)公司應(yīng)用交流特高壓的主要目標(biāo)是為了[壟斷]，對(duì)此要將全國聯(lián)成一個(gè)寵大交流網(wǎng)，既不認(rèn)真作交流特高壓和超高壓輸電安全經(jīng)濟(jì)論證，還大力反對(duì)我們的科學(xué)論證。南方電網(wǎng)就堅(jiān)決不同意國網(wǎng)用交流特高壓將全國多個(gè)《分區(qū)》合成一個(gè)《特大區(qū)》，反而按現(xiàn)行【穩(wěn)定導(dǎo)則】將南網(wǎng)分為更多的《分區(qū)》。

從2015/2020年華東各省市負(fù)荷需要和電源規(guī)劃證明，將來各個(gè)省市、包括安徽省都缺電，怎樣解決呢？一是繼續(xù)靠遠(yuǎn)方直流輸電，二是在各城鎮(zhèn)負(fù)荷中心附近建新電源，各自作到電源/負(fù)荷基本平衡，互相之間不需要大規(guī)模輸電，現(xiàn)有500kV電網(wǎng)已滿足要求，根本不需要交流特高壓聯(lián)網(wǎng)。為了解決由於增設(shè)發(fā)電機(jī)組必然出現(xiàn)短路電流超標(biāo)問題和保證更多直流饋入的安全問題，最經(jīng)濟(jì)有效和安全可靠的辦法，還是貫徹《穩(wěn)定導(dǎo)則》釆用直流逐步將華東電網(wǎng)(隔離)異步互聯(lián)分為四個(gè)分區(qū)。各區(qū)事故互不影響，更不可能同時(shí)發(fā)生失穩(wěn)/電壓崩潰/瓦解事故，更安全的將區(qū)內(nèi)交流遠(yuǎn)距離輸電改為中、短距離,。經(jīng)過論證一是繼續(xù)靠遠(yuǎn)方直流輸電，二是在各城鎮(zhèn)負(fù)荷中心附近建新電源，完全可以作到各省市電源/負(fù)荷基本平衡，確定華東分為四個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的可行性和必要性。將來用直流隔離分為四大〈分區(qū)〉的總投資不超過62億元，為華東交流特高壓聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)投資(744億元)的十二分之一(8.3%),不旦經(jīng)濟(jì)且運(yùn)行安全可靠。

將來各大區(qū)的發(fā)展方向是像南方電網(wǎng)那樣是用直流再分區(qū),而根本不應(yīng)按國網(wǎng)將現(xiàn)有各大區(qū)應(yīng)用交流特高壓聯(lián)成一個(gè)不安全又不經(jīng)濟(jì)的寵大交流網(wǎng)。

三.實(shí)際建設(shè)的七條交流特高壓輸電線和超高壓線的經(jīng)濟(jì)比較

即使華東三條交流特高壓線路按輸電論證,在經(jīng)濟(jì)投資上也為超高壓線路的2.4–2.9倍。下表是輸電工程論證咨詢的比較材料匯總，數(shù)據(jù)都是由規(guī)劃設(shè)計(jì)部門和專家提出的，除了晉東南示范工程(它的實(shí)際輸電功率待定，而且采用的串補(bǔ)技術(shù)也未推廣采用)，其余交流特高壓輸電的造價(jià)是有規(guī)律的，即單價(jià)（元/（公里*千瓦））約在5左右。因?yàn)樗匦杓s300公里分段取得超高壓網(wǎng)的電壓支撐，每段的造價(jià)相近，與輸電距離弱相關(guān)，交流特高壓輸電工程的單價(jià)約為常數(shù)5。超高壓輸電的電價(jià)約2元/（公里*千瓦），實(shí)用距離已經(jīng)達(dá)到800公里以上，而且要采用串補(bǔ)技術(shù)會(huì)更便宜。如果在表中進(jìn)行優(yōu)選，采用超高壓或直流輸電代替交流特高壓輸電線，七條輸電可節(jié)約1300億元(約60%)。相比之下，交流特高壓輸電沒有經(jīng)濟(jì)適用距離，應(yīng)淘汰出局。

由上表可得結(jié)論如下：

1.交流特高壓輸電要比直流或超高壓輸電方案貴出一倍多。

2.上述七個(gè)工程,國網(wǎng)采用交流特高壓工程費(fèi)為1539.2億元,為合理采用超

高壓輸電的615.7億元工程費(fèi)的2.5倍，嚴(yán)重浪費(fèi)923.5億元。如華東采用直

流隔離再分四大區(qū)，保證今后安全，投資祗為交流特高壓工程費(fèi)的十二分之一。

四．中國實(shí)踐證實(shí)交流特高壓是技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最差的輸電技術(shù)

建設(shè)成本、輸電能力和輸電線路利用率是交流特高壓輸電的主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，輸電容量和相應(yīng)輸電距離是交流特高壓輸電能力的具體指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益是檢驗(yàn)技術(shù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。交流特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性和輸電能力同交流超高壓、直流輸電相比都是最差的。

1.交流特高壓?jiǎn)挝惠旊娊ㄔO(shè)成本最高，且沒有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輸電距離

根據(jù)中國國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司公布的六條超高壓直流輸電工程（±500、±660kV）、四條±800kV直流特高壓輸電工程和四條1000kV交流特高壓輸電工程，和東北地區(qū)的三條500kV超高壓交流輸電工程的數(shù)據(jù)繪制的各種電壓等級(jí)下的輸電工程的單位輸電建設(shè)成本(元/千瓦?公里)比較如圖3所示。

圖3±500、±660kV超高壓直流、±800kV特高壓直流和500kV、1000kV

超、特高壓交流輸電線路的單位輸電建設(shè)成本(元/千瓦?公里)比較

從圖3可以看到如下規(guī)律：

（1）交流方式的單位輸電建設(shè)成本(元/千瓦?公里，下同)不論電壓高低均隨著輸電距離的增加而增加；反之，直流方式的單位輸電建設(shè)成本不論電壓高低均隨輸電距離的增加而減小。

（2）常規(guī)分裂導(dǎo)線的500千伏超高壓交流與±500千伏超高壓直流的單位輸電建設(shè)成本變化趨勢(shì)線在大約600公里處相交，如為緊湊型的超高壓交流，則經(jīng)濟(jì)臨界輸電距離可擴(kuò)展至700公里左右，該點(diǎn)稱為交、直流輸電的經(jīng)濟(jì)臨界輸送距離。這標(biāo)志著輸電距離在經(jīng)濟(jì)臨界輸電距離700公里以內(nèi)，采用500千伏超高壓交流輸電比較經(jīng)濟(jì)；而超過經(jīng)濟(jì)臨界輸電距離700公里釆用超高壓或特高壓直流輸電比較經(jīng)濟(jì)，而且愈遠(yuǎn)愈經(jīng)濟(jì)。

（3）從交、直流特高壓?jiǎn)挝惠旊娊ㄔO(shè)成本的變化趨勢(shì)來看，無論近距離輸電(600～700公里)、中長(zhǎng)距離(700～1500公里)輸電和長(zhǎng)遠(yuǎn)距離(1500公里以遠(yuǎn))輸電，交流特高壓?jiǎn)挝惠旊娊ㄔO(shè)成本都高于超高壓交流、超高壓直流和特高壓直流1.5～3倍。

2.交流特高壓的輸電能力遠(yuǎn)不如交流超高壓

交流特高壓輸電容量永遠(yuǎn)不會(huì)因?yàn)殡妷河?00kV提高到1000kV而使輸電容量提升到超高壓的4～5倍。

現(xiàn)以國家電網(wǎng)公司雙回線交流特高壓輸電600萬千瓦(15%靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù))的典型設(shè)計(jì)與緊湊型4回交流超高壓輸電600萬千瓦作為對(duì)比方案做比較分析，得到1000千伏雙回交流特高壓與四回緊湊型500千伏交流超高壓輸電容量與輸電距離的關(guān)系如圖4所示。

交流特高壓輸電600萬千瓦的臨界距離(送、受兩端超高壓電網(wǎng)支持能力為50千安)約為280公里；而四回緊湊型交流超高壓輸電功率600萬千瓦的臨界距離可達(dá)478公里。如果超高壓輸電280公里，則按15%靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)確定的四回緊湊型交流超高壓輸電功率為835萬千瓦，相當(dāng)于一回交流特高壓輸電功率為1回超高壓輸電功率的1.5倍。

雙回交流特高壓與四回緊湊型交流超高壓輸送相同容量的臨界輸電距離lstccd=829公里。當(dāng)輸電距離d﹤lstccd時(shí)，超高壓輸電容量是交流特高壓輸電的1～1.5倍；當(dāng)d﹥lstccd時(shí)，交流特高壓輸電容量是交流超高壓輸電的1～1.5倍。但因?yàn)閘stccd通常已超過交、直流輸電的經(jīng)濟(jì)臨界輸電距離ltecd，所以從工程的實(shí)際應(yīng)用意義上講，比較d﹥lstccd的情況已沒有工程意義。

因此，在實(shí)際工程中，真正的情況是兩回交流超高壓輸電容量是一回交流特高壓輸電容量的1～1.5倍，更不是一些專家宣稱的“交流特高壓輸電容量是交流超高壓輸電的4～5倍”。

根據(jù)圖4，可將雙回交流特高壓與四回緊湊型交流超高壓輸送容量與輸電距離的關(guān)系轉(zhuǎn)換為一回交流特高壓與一回交流超高壓輸電容量的比值puⅠ.p.u/peⅠ.p.u與輸電距離的關(guān)系，見圖5表：

圖5一回交流特高壓與一回交流超高壓輸電容量的比值與輸電距離的關(guān)系

由上表和圖可知，在輸電距離d﹤lstccd時(shí)，一回交流特高壓輸電容量是一回超高壓輸電容量的1.3～2.0倍。d﹥lstccd時(shí)的情況已沒有工程意義。

綜上所述，從工程的實(shí)際應(yīng)用意義上講，1000千伏交流特高壓是技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最差的輸電技術(shù)。

五.結(jié)論

按600公里輸電的交流特高壓投資為500kV的2.4倍,輸電距離愈長(zhǎng),其投資相比倍數(shù)更大,其實(shí)超過600公里輸電時(shí)最安全又經(jīng)濟(jì)的是用直流輸電。

國網(wǎng)應(yīng)用交流特高壓破壞5個(gè)已安全的分區(qū)而要合成一個(gè)寵大交流特區(qū),既破壞我國30多年的安全基礎(chǔ),就更為浪費(fèi)。將來華東用直流隔離分為四大〈分區(qū)〉的總投資不超過62億元，為華東交流特高壓聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)投資(744億元)的十

二分之一(8.3%),不旦經(jīng)濟(jì)且運(yùn)行安全可靠。實(shí)際建設(shè)的7條交流特高壓線路,太多比600公里更長(zhǎng),和超高壓方案相比就更浪費(fèi)。