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老曾博客78 业界同仁稿件选登(37) 对新疆至华东±1100kV直流工程及华东1000kV交流特高压电网“回头看”

老曾博客78

 

业界同仁稿件选登(37)

 

对新疆至华东±1100kV直流工程

及华东1000kV交流特高压电网“回头看”

东北电力设计院原副总工程师  谭永才

国网东北公司原副总工程师    郭象容

2017522

 

虽然新疆至华东±1100kV特高压直流工程已经核准在建,华东交流特高压1000kV受端电网基本全部投运,但两个工程倍受质疑的问题依然存在。为了总经经验,吸取教训,落实“十三五”电力规划,谋划我国电网发展的技术路线,对两个工程来个“回头看”是十分必要的。

 

一、受端换流站交流侧采用1000kV电压很无理

新疆(准东)至华东(皖南)±1100kV特高压直流工程,一回线路长约3300km,送电容量1200kW,送受端各设一个1200kW的换流站。送端换流站交流侧接入750kV电网,受端换流站交流侧600kW接入500kV电网送皖南, 600kW接入1000kV电网送华东负荷中心。

工程正确选择了特高压直流输电方式,但国网少数人以确保直流安全为理由把受端换流站600kW容量接入1000kV电网是个错误选择。

直流输电的安全风险, 在受端电网主要表现为:当受端电网换流站交流母线(含附近)发生三相故障引发双极闭锁,导至频率失稳和电压失稳。

对于频率失稳,主要取决于受端系统的旋转备用容量是否足够,目前约有3亿kW负荷的华东电网按4%计,则具有约1200kW旋转备用, 它随着时间推移还将不断增大;再考虑到受端换流站以500kV1000kV两级电压各送出600kW容量,两母线在站内交流侧无直接电气联系, 电气距离甚远, 任一母线故障不会殃及另一母线, 可视为受端具有两个换流站,因而交流侧任一母线故障引发双极闭锁仅损失600kW容量,华东电网依靠上述具有的旋转备用容量,并且把发电机组调速器参数整定得当, 确保可靠参与系统调频,就足以平抑频率失稳,即使直流自身(换流站或线路分别双极故障)引起双极闭锁而损失全部容量1200kW, 就频率稳定而言也同样不会有问题。因而,受端换流站交流母线发生三相故障的风险就集中到电压失稳上。

电压失稳与无功功率强相关,只要系统中具有足够的动态无功,就可抑制电压失稳。动态无功在哪里?它存在于接入500kV电网中的发电厂中,一台接入500kV电网的60kW发电机组,按额定功率因数0.9计算,供给厂用无功和补偿发电机升压变压器无功损失后,约可向电网贡献20kVar动态无功,考虑了电网故障时它能以低功率因数0.85运行,还可向电网输出更多的动态无功。

基于此,如果受端换流站交流侧接入500kV母线,换流站周边发电厂动态无功备用为抑制电压失稳创造了优良的条件。换流站周边一般都有足够数量的发电厂,正常运行时它应高功率因数运行,只带厂用无功和主变无功损失,发电厂大量无功储备隐而不发;与此同时还需要强调的是,正常时电网中其它无功需求应合理地由安装在500kV变电站及以下各级变电站的静电电容器组来供给,使500kV变电站主变高压侧功率因数尽可能接近1.0。如此一来,当受端换流站交流侧500kV母线故障时,储备在母线周边发电厂的动态无功迅速全额输向电网,电压失稳一般都能化解。当换流站周边缺少发电厂时,可考虑在换流站交流500kV母线或附近变电站内安装一些业已成熟且造价日趋便宜的STATCOM动态无功装置,电压稳定也同样可以化解。但需注意的是,当换流站500kV母线故障时,周边某些电动机负荷比重较大的10k母线节点,电压降低会相对较大以至可能使电动机制动,导至电压失稳;若发电厂动态无功不能化解,则可考虑在电动机母线上安装适当容量并合理整定的STATCOM动态无功设备或在部分电动机上配置低电压保护将其切除的措施解决。

反观受端换流站交流侧接入1000kV母线,当母线故障时,化解电压失稳的能力反而小于前者,其原因是受端1000kV电网内没有直接升压接入本网的发电厂,1000kV母线故障时仍须靠500kV电网中发电厂动态无功隔着1000/500kV特高压变压器送去施救,电气距离较远,恶化了发电厂无功输出特性,远水难救近火,相对于接入500kV母线,其化解电压失稳的能力自然要打折扣了  

当今,直流输电己深入人心并飞速发展,世上没有一个国家用1000kV电网来保证直流安全的;南网仿真计算和运行实践证明了以上结论的正确。国网在宣扬自已观点时,在相关文件中却不经意自相矛盾佐证了电压稳定只与系统动态无功相关,与换流站交流侧电压无关的结论;而且国网自已的言行也不能自圆,既然认为换流站交流侧出1000kV才能使直流安全,出500kV是不安全的,那为什么把皖南等换流站一半容量接入500kV电压?

再来看国网在巴西建设的特高压直流工程。该工程从巴西美丽山水电站通过±800KV特高压直流线路送电至巴西东南部电网,送电容量400kW, 送受端各建一个400kW的换流站。受端站交流侧电压为500kV,但东南部电网仅是一个约3000kW负荷水平的较为薄弱的500/345kV电磁环网,不论从网内具有动态无功还是旋转备用的大小,与我国3亿kW的华东电网支撑外馈2*600kW电力的力度无法相比。按国网的逻辑,巴西东南部受端换流站交流侧必须采用1000kV电压,而不应是500kV电压,说明国网那些人在国内极力宣称用1000kV电压才能保障特高压直流安全纯属欺人之谈。

最有说服力是运行案例。20128月,华东地区因台风引起500kV电网三相短路, 使交流侧接入500kV的向上、葛南、宜华、枫林四回直流全部换相失败, 合计容量约1400kW,由于得益于电网保护快速动作切除故障、直流输电系统的保护装置整定得当和电网动态无功的有力支撑,未发生电压失稳和双极闭锁,电网有惊无险,四回直流很快趋于正常运行。

把换流站交流侧接入1000kV电网,从电能输送角度也违背常识。直流输电就是安全经济地把远方电源变成负荷中心区内电源,作为区内电源的换流站,其功能等同于负荷中心一个大型发电厂,哪有出1000kV电压之理。交流侧接入500kV电网,可以在负荷中心直供负荷;而接入1000kV电网,就有悖常理了,它把电力先上送1000kV电网,然后由网内的1000/500kV特高压变压器把电力从1000kV电网再下送至500kV电网,这样不仅使换流站占地和投资大幅增加,还需建设一个相应的交流特高压电网,按换流容量600kW计,1000kV电网将无端增加1200kVA1000/500kV特高压变压器重复容量,再加之1000kV线路投资,它付出的高额代价就不言而喻了。

综上可见,国网少数人把受端换流站交流侧采用1000kV电压接网很无理,它既不科学又不符合实际,自相矛盾,背离常识。它与远方飞来的航班在大城市降落后,乘客要换乘另一架飞机再次升空后回降到同城地面才能坐大巴到目的地一样荒唐。

 

二、900亿元,震撼国人的浪费

尚需指出的是,交流电网故障导至电压失稳引发换流站双极闭锁是个小概率事件。根据南网六路直流五年统计,直流共退出60次,其中单极故障退出58次,另2次都是由山火引起楚穗直流线路故障而双极退出,由交流侧短路引起电压失稳而导至双极闭锁从未发生过。

对于这种小概率事件带来的风险,前已论述只要受端换流站交流侧出500kV电压,利用本网动态无功就能化险为夷。退而论之,即使不能完全化解,按预案采取切去部分次要负荷也是对策中选项,它符合我国现行国标《导则》规定的安全标准。电力系统在任何故障或自然灾害下不可能保证所有用户供电不受影响,否则代价太大,因而《导则》规定在概率较小的严重故障下只要系统保证稳定允许损失部分负荷。

那么,那些人为何要把此小概率事件放大,并把保证特高压直流的安全对策一古脑儿锁定在换流站交流侧出1000kV电压上呢?明眼人一看就知道为的就是支撑一个泡沫、形象和政绩三位一体的华东交流特高压受端电网。

华东交流特高压电网包括南半环(淮南~皖南~浙北~上海特高压工程)、浙福线(浙北~浙中~浙南~福州特高压工程)和北半环(淮南~南京~泰州~苏州~上海特高压工程)三个工程。整个工程同塔双回特高压线路2300km,特高压变电站10个,变电容量5700kVA,可研总投资743亿元,补上少算漏算投资及后续追加的苏通跨长江特高压管道工程投资后,整个工程投资约900亿。

华东交流特高压电网建设必要性,一直饱受诟病,而必要性最重要的条件是要具有足够电力流,因为电网各种功能都是通过电力流去完成的,否则说得天花乱坠也都是空话。

当初南半环立项时,反方专家就指出,从安徽省煤炭资源和负荷增长分析,安徽向上海送电将逐年减少并转为缺电省份,建设南半环没有必要。

果不其然,从2011年始,安徽已由煤炭调出省转为调入省,向上海送去电量的部分发电用煤是晋煤海运至上海再经江运至安徽发电厂的,出现了煤电倒流现象;2013年安徽省高峰负荷时反而由上海支援安徽100kW电力;2016年南半环东送电量仅为203亿度,只有国网预想送电量的约40%2018年或以后,新疆至皖南的特高压直流送来的1200kW电力将有一半容量在皖南消纳,安徽省成了名符其实的缺电大户,无情的事实使宣称安徵要送出1000kW电力、500亿kWh电量的那些人颜面全无。

再来看浙福线,浙江和福建之间早已具有两回500kV联络线,由于浙江、福建与华东主网间电力交换不大,在2007年就审定采用增加第二个500kV双回路输电通道的方案,此后国家规划中心组织全国电网规划时进一步确认了500kV方案,可是那些人编造了浙江~福建~江苏、上海间将有很大的电力流并执意要建浙福双回交流特高压工程。

事实又一次无情地揭露了那些人决策失误,2016年浙福线输电量只有17.1亿kWh,线路负载率只约为5%,差不多全年都在空载运行,证明了该线没有必要建设。

2013年中咨公司主持北半环评审中,北半环连同南半环建设必要性再一次成为焦点,那些人找了很多不值一驳的理由,其中最主要的就是为了满足华东五省(市)间电力交换。

实际情况是,华东五省(市)间电力交换很小,现有省间约20500kV联络线足以满足要求,毋需建华东受端交流特高压电网。华东五省(市)都是缺电地区,各自将外部电源连接到本省,构成一个供需基本平衡的供电区,并经联络线与相邻供电区联接,就此决定了不管是近期还是远景,相邻省间调剂余缺的电力不大,电力平衡和潮流计算表明都在250kW以内,相邻省间已有24500kV联络线满足电力交换足矣。

综上所述,整个华东1000kV电网是个几乎是个无电力流的空载电网,工程全年都在晒太阳,一个投资900亿元的泡沫工程浮出了水面,大白于天下。

根据上面论述,从“回头看”的角度,顺理成章可把“原方案”——新疆至华东±1100kV特高压直流工程加华东1000kV交流特高压受端电网用一个“新方案”替代,新疆至华东±1100kV特高压直流工程基本照建,受端换流站不妨仍按设在皖南考虑,但换流站交流侧是两条各接纳600kW容量的互不直连的500kV母线, 一条母线就地向皖南供电, 另一条母线可按两个同塔双回的500kV线路经浙北至上海、苏州,向沪苏供电,线路全长约380km。当然,“新方案”中的换流站也可设在皖南和上海之间的某处,换流站两条互不直连的500kV母线分别按两个同塔双回的500kV线路东送沪、苏和西送皖南。

“新方案”与“原方案”相比, 可以完成相同的功能, 但“新方案”砍去了冗余的华东1000kV交流特高压受端电网,可节省投资约900亿, 也就是说,等于把当前采用的“原方案”中的华东交流特高压受端电网的900亿元巨资全部打了水漂。不仅如此,“新方案”各项技术指标都优于“原方案”,对直流更安全,在短路比足有裕度条件下短路电流水平更低,电网接线清晰,不象“原方案”那样存在危及电网安全的电磁环网。

在构建“新方案”同时,相应对±800kV1000kW的锡盟至泰州特高压直流工程和1000kV浙福线分别进行相应修正。把前者受端泰州换流站移到苏南某负荷中心,以两条互不直连的500kV母线分别向苏南某两个缺电中心供电,把后者的同塔双回1000kV浙福线路取消或以同塔双回500KV同名线路替代。

十分明显的是,按“新方案”规划建设并修正锡盟至泰州特高压直流和1000kV浙福线,其工程实施上不仅可行,而且站址和线路路径更易选择,也更省占地,更环保。

 

三、“回头看”后的思考 

通过“回头看”足以看出,国网少数人用小概率事件搏取人们的眼球,打着保障特高压直流安全的大旗,放着经济易行就能化解特高压直流双极闭锁风险的措施不用,硬是把换流站交流侧出1000KV电压, 把特高压直流送至华东负荷中心的约1100kW(新疆来电600kW加锡盟来电500kW)电力拉上1000kV交流特高压电网, 制造了华东受端交流特高压具有较大电力流假象,蒙敝公众并掩盖决策失误, 这种以错掩错的故技导至浪费约900亿资金, 在中国乃至世界电网发展史上是绝无仅有的。

而更为严重的问题是,在独具魅力的直流输电与仍可大有作为的超高压组合成的黄金搭档已成为世界各国现代电网发展的趋势下, 在十年来我国交流特高压电网诸多严重弊病纷呈凸现而使全国一张交流特高压网的计划被冷处理搁置的形势下, 国网少数人又变换了策略,明修特高压直流安全之栈道,暗度推进交流特高压之陈仓,计划把受端换流站出1000kV电压在各大区电网负荷中心全面推广,误导、梆架决策者一个一个地核准建设象华东那样的交流特高压受端电网,等到形成不可逆转的既成事实后, 毗邻受端电网间只得“被互联”, 从而使全国一张交流特高压电网——超级形象工程死灰复燃。这个玄机一旦成为现实,将给国家带来不可估量的损失,我国电网被推到了事故频发危险境地,埋设巨大的投资陷阱,浪费资金将达天文数字,也给世人传为笑柄。

世上虽无后悔药,但愿亡羊应补牢。两个工程“回头看”后的问题十分严竣,好在事实己经清楚,问题已经暴露,正道就在脚下。难道特高压直流换流站出1000kV电压的错误还要沿袭吗?难道还要让穿上皇帝新衣的1000kV电网继续裸奔吗?

在研讨、决策关乎我国电网发展技术路线的十字路口上,将再一次拷问1000kV电网倡导者、助推者和监管者的能力、良知和常识。拨乱反正,迫在眉睫!

   

注:网友参与技术交流的方式参见《3-博客平台改版告白—落实开博宗旨的无奈举措》的博文。

 



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