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“交流特高壓三華聯網”問題嚴重性

作者:蒙定中 來源:中國能源網 發(fā)布時間:2014-07-18 瀏覽:

一.世界各國歷經幾十年實踐判別交流特高壓輸電的失敗歷史

國網公司從來都將“交流特高壓”和“直流特高壓”混為一談,以直流的“進步技術”掩蓋交流特高壓的“失敗技術”。

上世紀歐美俄日為了“遠距離輸電”曾研究“交流特高壓輸電”失敗,卻研究“直流輸電”成功。前蘇聯為實現交流120萬伏的長距離(1905公里)輸電,從1972年起步,在1985—1994的9年運行中,過電壓問題嚴重,不得不在線路上裝設100%補償的并聯電抗器,最多只能送160萬千瓦,實踐證明前蘇聯經歷22年也不能解決其技術風險,送電能力差,極度浪費投資,不得不永遠降壓50萬伏運行了。

日本東京電力在1992~1999年建成交流100萬伏線路共426公里,但未建變電站,只能50萬伏運行。國網公司在2005年北戴河《特高壓輸電技術研討會》稱:“根據東京電力的預測,2010年期間南巖木特高壓干線有必要升壓運行”。本人參加2007年底國際大電網委員會在日本大阪召開的會議時,從東京電力得到的回答是“接受了教訓,永遠不再升壓了“。但國網公司現仍宣傳日本會在2015年升壓運行,真是帶欺騙性的宣傳。

為了“遠距離輸電”,歐美俄日在研究“交流特高壓”同時也研究“直流輸電”,成功地應用可控硅代替了水銀整流器,既安全又經濟地達到了“遠距離輸電”目的,自然淘汰了“交流特高壓”。中國的直流輸電發(fā)展快速,還應用直流隔離分六大交流區(qū)域,確保了我國成為世界上從不發(fā)生重大停電的最安全國家。因此要認

清交流特高壓根本不是“先進技術”,而是多個國家經歷試驗/運行證實的“失敗技術”。

2005年聯合國經濟社會部在紐約發(fā)表的報告:“交流120萬伏曾在俄羅斯的西伯利亞長線路使用,無論如何,超出100萬伏時,能承受如此高電壓的實際難度、設備和絕緣的代價,都過高而難以采用”。聯合國文件所指包括兩個風險:一個是技術難度風險,另一個是經濟代價風險,這是世界上從技術經濟上判別交流特高壓失敗的結論。

聯合國文件還指出:“長距離輸電應用直流,和交流比較,超出600公里都是直流輸電的經濟距離,而且直流輸電比較安全、可靠”。聯合國文件還指出不同交流電網通過直流聯網,可以避免同步網本身運行出現的很多技術問題。又引證2003年美加大停電事故,任一處故障都影響整個交流同步網,同步網愈大,線路愈長,電壓崩潰和穩(wěn)定被壞愈嚴重,更易連鎖反應全網大停電。

南方電網由于繼續(xù)認真貫徹《穩(wěn)定導則》,在2013年7月能源局召開的南網

“十二五”規(guī)劃審查會上匯報了<南方電網2013-2020年規(guī)劃研究報告>的結論:“南方電網未來西電東送發(fā)展主要采用直流輸電技術。同時,<十二五>期以后不再對各省間電網的交流斷面加強。遠景南方電網將以省區(qū)電網為基礎,逐步分解為2~3個同步網格局”?!澳暇W再分2~3個區(qū)的結論僅討論了一天就得到專家們一致認可,由能源局成文下達執(zhí)行。南方電網公司決定不采用“交流特高壓”,遠距離輸電又充份發(fā)揮了“直流特高壓”輸電的功能,又以直流分2~3個區(qū)才是英明的決策。

二.《三華交流特高壓聯網》將造成重大停電災害

1.三華龐大聯網必將走上世界重大停電道路

1965年以來,世界上共發(fā)生了25次重大停電(每次負荷損失≥800萬千瓦),其中電力容量占世界首位的美國重大停電最多(6次),最嚴重(負荷損失占全部的29.6%)。號稱技術先進的美/加/歐共發(fā)生14次,次數和負荷損失分別占全部的56%和54.2%。從原因分析,重大停電大都發(fā)生在區(qū)域范圍/電力容量皆龐大又自由聯網的交流電網結構。

中國電力容量現己占世界首位,除臺灣一次外,為甚么從不發(fā)生重大停電?因為30多年來按《導則》建立了六大區(qū)域范圍都不大的分區(qū),區(qū)間主要用直流聯網,完全防止了重大停電,成為世界上最安全可靠的電網結構。

從世界近半個世紀的重大停電事故分析,那些電網區(qū)域范圍/電力容量過大,又自由聯網,一有故障即連鎖反應全區(qū)而造成重大停電。我國裝機容量不少,但用直流分區(qū)后,各區(qū)范圍不大,構成堅強負荷中心,更分散外接電源,又不是自由聯網,結果很安全。

2.為遠輸電不得不違反《導則》構成無數100/50萬伏電磁環(huán)網,更不安全

到底一回交流特高壓線路輸送能力能否達到500萬千瓦?如僅為單回線按導則規(guī)定經歷單相瞬時故障時,近距離300公里是勉強達到。三華聯網卻全部是同

塔雙回線,按規(guī)定要保持一回線故障跳閘后的穩(wěn)定,則300公里也達不到了。

三華聯網更是2000公里以上,每隔300~400公里必須靠50萬伏網支撐,才能遠輸電,結果不得不違反現行《電力系統安全穩(wěn)定導則》的“分層”規(guī)定,構成無數100/50萬伏電磁環(huán)網,但仍不能多送電,因為一旦100萬伏線路故障,原輸電力就轉移到50萬伏電網,電力稍大就會造成穩(wěn)定破壞事故。

我國歷史上最嚴重的2006年7月1日華中電網失穩(wěn)事故就是50萬伏線路跳閘,178萬千瓦電力通過50/22萬伏“電磁環(huán)網”轉入22萬伏網造成穩(wěn)定破壞。構成電磁環(huán)網是違反《導則》,國網在事故后不得不將其解環(huán)。明知電磁環(huán)網違反《導則》,為了推行交流特高壓,仍錯誤使用數十處100/50萬伏“電磁環(huán)網”不僅極其浪費,平均一回也祗能送300萬千瓦,仍然永遠達不到國網公司一貫宣傳的500萬瓦輸送能力,更嚴重的是埋下了數十處重大停電災害的隱患。

世界歷史實踐證明祗有按我國《電力系統安全穩(wěn)定導則》確立的“分層”“分區(qū)”“分散外接電源”的“三分”結構才能防止重大停電。以交流特高壓實行三華聯網完全破壞已建成的“三分”結構,成為比經歷重大停電的北美歐電網結構更為危險。違背《導則》又光應用《仿真》對如此復雜的電網根本不能判別它的安全;僅用《N-1/部分N-2仿真》判別出來的結論是虛假的。

3.交流特高壓線路/設備更難抗冰雪/地震

2008年1月我國中南地區(qū)出現冰雪災,電壓愈高的輸電線路,覆冰愈嚴重,更易倒塔。如浙江省蹦倒塔數:50萬伏–167;22萬伏-43;11萬伏-23。因為50萬伏線每相為4分裂導線,單回共12、雙回共24分裂導線,而且塔高,塔距長,以致倒塔嚴重。

交流特高壓100萬伏線不僅每相為8分裂,都用同塔雙回,共2×3×8=48條粗大的630導線,它比50萬伏線路的導線不僅數量多一倍,且每根導線更粗,同樣的覆冰厚度,重量更重,且平均塔高77公尺(約為50萬伏兩倍),塔距長達530公尺,更不安全。

這次災害中,華中、華東和南網倒塔上千,因區(qū)間都是直流聯網,互不影響,若是五縱六橫的交流特高壓聯網,倒塔更嚴重,必然全部崩潰瓦解。

2008年5月12日四川汶川發(fā)生里氏8級特大地震時,電壓最高的50萬伏變電站的高壓套管、瓷柱、瓷套都過高,頭重腳輕,一旦地震時震動搖擺,造成根部斷裂,不可修復,只能更新。22萬伏瓷柱,瓷套損壞不嚴重,因其高度不高。

特高壓變電站更難抗地震,特高壓示范工程110萬伏設備瓷套更高達11.3公尺,相當於50/22萬伏瓷套高(4.6/2.5公尺)的2.5/4.5倍,頭更重、腳更輕,地震時更易根部斷裂。

三.國網號稱交流特高壓能輸送500萬千瓦是帶欺騙性的宣傳

國網公司從2005年北戴河會議至2011年1月的兩個建議和匯報,皆稱一回交流特高壓線路輸送能力將達到500萬千瓦,是50萬伏線路的4~5倍,所以交流特高壓輸電就節(jié)約投資又節(jié)省線路走廊。

2010年8月12日國家能源局國能電力〔2010〕239號批復晉東南-南陽-荊門擴建工程的文件明確指出:“確保晉東南至荊門特高壓試驗示范工程穩(wěn)定輸送能力達到500萬千瓦以上”。

發(fā)改委剛批準的準南-上海的633公里同塔雙回特高壓工程,不僅安徽今后根本缺煤、缺電,無電外送,即使有電送出,按《導則》標準,每回線輸送能力也僅為240萬千瓦,而且它每段線不能長,必需在皖南和浙北共建兩個100/50萬伏變電站來靠50萬伏網聯接支持才能送電,結果還構成極不安全的電磁環(huán)網。

輸送容量決定於全系統從送端到受端的全阻抗,因為電源和負荷都在50萬伏網,應用交流特高壓必須疊加100/50萬伏的升/降壓變壓器,就增大了聯系阻抗,差不多抵消了交流特高壓線路電抗的減少。

實際以600公里輸電計算證明,2回100萬伏線路輸電的靜態(tài)穩(wěn)定祗相當於4回50萬伏線;而暫態(tài)穩(wěn)定還不如4回50萬伏線輸電。即使研究成功采用串補,一個同塔雙回特高壓線路的輸電能力,只能與2個同塔雙回的50萬伏線路相當。

更為嚴重的是交流特高壓工程投資奇高,其同塔雙回線造價約1500萬元/公里;而具同樣輸電能力的2個同塔雙回50萬伏雙回線投資約700萬元/公里,不到一半,走廊寬度相同。特高壓線路每隔250~300公里就必須有變電站,每個投資約20~30億元,更極其浪費。

輸電距離遠時,交流特高壓經濟性更差,一個1000公里輸送460萬千瓦的工程,若采用交流特高壓的投資為250億,而采用直流(±66萬伏)送電只需88億,相差2.84倍。因此,以交流50萬伏和直流輸電來代替交流特高壓輸電,完全可以滿足中國電網的發(fā)展,在經濟上優(yōu)勢更是交流特高壓望塵莫及。

三華交流100萬伏線路輸送超過2000公里,構成所謂“五縱六橫”網架,實際上是故障時負荷自由轉移的不安全結構。每回線輸送能力都難以超過300萬千瓦,永遠達不到國網宣傳/政府部門指定500萬千瓦的要求,結果交流特高壓輸電就大大浪費投資和線路走廊。

四.繼續(xù)按現行《電力系統安全穩(wěn)定導則》分層、分區(qū)、分散外接電源

-將永遠既經濟又可靠保持我國在世界上的電網安全領先地位

1.充份發(fā)揮直流輸電實現“分區(qū)”和遠距離輸電的作用

按中國經驗采用直流聯網將龐大的交流系統分為若干區(qū),它不僅達到正常聯網效益,還可控制聯網潮流;防止一個區(qū)的故障/頻率崩潰/電壓崩潰/失穩(wěn)振蕩波及相鄰區(qū)。更將大區(qū)范圍固有的動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩或“連鎖跳閘”等一系列復雜問題徹底解決。

按2006年7月1日華中電網事故的故障錄波分析,華中唯一對華北的交流聯網在事故中起了壞作用,不僅促進了華中電網的失穩(wěn),而且延誤了再同步和恢復運行的時間。所以,區(qū)間聯網必須用背靠背或長距離直流輸電,個別交流聯網祗是暫時性措施。

過去50萬伏網由黑龍江經華北、華中聯到四川就發(fā)生低頻振蕩,影響東北的北電南送暫態(tài)穩(wěn)定降低50萬千瓦,2008年底東北-華北間投入背靠背直流就徹底根除了這個問題

交流特高壓示范工程將華北-華中相聯就出現低頻振蕩,因兩側發(fā)電機群愈多、等價轉動慣量愈大、振蕩頻率愈低、阻尼更弱,低頻振蕩功率高達20%,只能降低其輸送容量到160萬千瓦運行。

實踐證明,直流輸電完全可以滿足我國電源基地遠距離、大規(guī)模輸送的要求如五個直流逆變站密集珠三角地區(qū),包括2010年6月投運的±80萬伏云廣直流特高壓輸電,總容量達1580萬千瓦,占廣東負荷的23%,居世界首位,四個逆變站密集長三角地區(qū),容量達1320萬千瓦。

2009年11月10日巴西大停電主因之一,是依泰普〔Itaipu〕水電站送出的兩回±60萬伏共630萬千瓦的直流逆變站所在交流電網電壓崩潰而全停。

因此,交流電網怎樣支撐直流多落點、特別是直流特高壓輸電的安全?重點是怎樣防止電壓崩潰?南網已有實踐經驗,根本和國網宣傳的交流特高壓無關。

在直流聯網的條件下,多大的交流區(qū)域比較合適?它和采用的最高一級電壓關,如交流50萬伏輸電遠可達500~600公里,常用200~400公里,由它首先構成一個或幾個負荷中心,然后擴及全區(qū)。根據上述表1世界實踐數據,一個大區(qū)的東西/南北距離大約都不大於1000公里比較合適,如有條件再縮小,不少固有的運行問題更易處理,更保安全。

2.加強負荷中心/骨干網架

大區(qū)內負荷中心應有堅強環(huán)網和大機組支持,增大短路容量和慣性聯絡各負荷中心的骨干主要是加強大區(qū)總體結構,使外接電源對大區(qū)接近單機對無窮大。

骨干應作負荷中心電力交換,不應長期作單方向的大容量電力傳送。

3.分散外接電源

在負荷中心或區(qū)外的遠方電源(包括交、直流)不應在電源側相聯,應獨立直送負荷中心,每一輸電走廊電力一般不應大於受端負荷中心的10%。任一外接電源/線路出問題或失穩(wěn),形成單機對無窮大系統的振蕩。僅此單機處於送端,其他送端電源皆成為受端,作為受端電源的后盾,使電網更可靠/快速恢復正常運行。

五.結語

國網公司為實現“三華交流特高壓聯網”,根本不允許從科學技術/經濟/環(huán)保等各方面作民主客觀論證分析,又以特高壓直流的優(yōu)越/可行性來掩蓋交流特高壓的固有缺陷。因為有了三華聯網就實現權力《壟斷》,違背了2002年國務院5號文件“關于電力體制改革方案”的‘打破壟斷、引入競爭’精神。

如果不按國家規(guī)定必經的審批程序,不按科學發(fā)展觀經由不同觀點的專家充份論證,民主討論,就批準“三華”特高壓聯網走一步,不僅對安全掩下嚴重穩(wěn)患,而且必將使國家經濟蒙受一步重大損失。應繼續(xù)堅持貫徹30多年來對我國電網安全起重要作用的《電力系統安全穩(wěn)定導則》,慎重決策,避免因決策失誤而造成難以挽回的“三華交流特高壓朕網”重大停電災害和上萬億元的國家財產損失。

作者:蒙定中  原電力部生產司教授級高工,國際大電網CIGRE和美IEEE會員

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關鍵字:特高壓

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