2013

05

总第77期

ENERGY REVIEW

能源思考

喧嚣过后的理性判断

——交流特高压输电能力“ABC”知识

电力规划设计总院教授级高级工程师  曾德文

老曾博客33

论文13

喧嚣过后的理性判断

——交流特高压输电能力“ABC”知识

（摘要版）

2013年1月18日，“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”获得国家科学技术进步奖特等奖，不管它是怎么样得到的，这必竟是我国电工领域在国家科技奖上的一项最高荣誉。本来，该项目通过电力行业和机械制造行业协同攻关，在交流特高压输电技术应用上实现了国内突破，晋东南-南阳-荆门试验工程也已投运4年，表明我国电力科技和输变电装备制造水平取得了重大进步，交流特高压输电技术为我们在电网规划、建设上研究电压等级和输电方案时提供了一种新的选择，这是毋庸置疑的事实；但我们应当清醒地看到，作为新的输电手段的具体应用必须紧密结合电网的客观实际，科学论证，通过多方案的技术经济比较，选择安全可靠、经济合理的方案付诸实施，提高电网的发展质量。

然而，电网垄断企业乘交流特高压输电技术获奖引起社会各界高度关注之机，把构建“五纵五横”的“三华”交流特高压同步电网的话题放到核心位置，利用各种可能的舆论手段又一次成篇累牍地掀起了“从2013年起的8年间，国家电网将走出特高压发展的三大步，到2015年、2017年和2020年，分别建成‘两纵两横’、‘三纵三横’和‘五纵五横’特高压‘三华’同步电网”的造势狂潮；在“两会”期间更利用其控制的代表资源，为加快交流特高压建设推波助澜；其新闻轰动性之强，一时间铺天盖地，把人们的关注引入歧途。另一方面，对反对推行交流特高压错误技术路线的不同意见者，继被张国宝（原国家能源局局长）指责为“九斤老太”（见2012年10月29日《国家电网报》）后，《国家电网报》又进一步组织开骂，2013年3月22日刊登所制造的“不是不好”匿名网友（见不得人？）的文章，反诬以实名制发表不同意见者在“背后指指戳戳的‘暗箭冷枪’”。

话语权的专制使许多似是而非的错误概念在社会上进一步强化，积累了相当多的“存量”；在喧嚣过后，我们应当回归对事件的理性判断，不断揭示客观事实真相是至关重要的。

在众多错误舆论中，最突出的核心是关于交流特高压输电能力的误导。特高压交流输电获奖项目第一完成人刘振亚在曾被鼓噪一时的《中国电力与能源》的专著中宣扬：“1000千伏特高压交流输电线路的输送能力是500千伏交流线路的4~5倍”；《国家电网报》2013年1月21日在“特高压《特》在哪儿”的文章中又在伺机忽悠：“特高压1000千伏是超高压500千伏电压的两倍，输电容量按平方关系增长，一回特高压相当于四五回超高压”。面对如此错误概念一而再、再而三地持续误导国民，本文暂且以晋东南~荆门特高压交流试验工程为例，从电力系统基本电工原理出发分析电网输电能力，向错误舆论始作俑者们提供一点最“ABC”的知识，以正视听。

• 一、 特高压交流试验工程概况

晋东南~南阳~荆门特高压交流试验工程于2009年1月6日投运，线路全长645公里，其中晋东南（长治）至南阳段362公里，南阳至荆门段283公里；晋东南、荆门特高压变电站各装设一组300万千伏安主变，南阳设特高压开关站。

2011年12月16日特高压试验工程扩建工程投运，扩建后，晋东南、南阳、荆门三站各装设两组容量300万千伏安主变，线路全线装设40%的串联电容补偿装置。

晋东南特高压变电站通过5回500千伏线路接入山西电网（华北电网），南阳特高压变电站通过4回500千伏线路接入河南电网（华中电网），荆门特高压变电站通过6回500千伏线路接入湖北电网（华中电网），河南电网与湖北电网通过4回500千伏线路相联。

特高压交流试验工程系统示意图见图1-1、图2-1。

将特高压变电站主变退出运行，特高压线路改接至各变电站500千伏母线，即可实现特高压工程降压运行。

特高压交流试验工程降压运行系统示意图见图1-2、图2-2。

• 二、 研究思路和方法

在电力系统规划设计及运行中，电网输变电工程的输电能力都是指满足《电力系统安全稳定导则》标准要求的最大输送电力。

从电力系统静态稳定要求来分析，华北和华中电网间通过晋东南～南阳～荆门交流特高压工程联网运行，系统稳定简化研究是一个典型的两机系统：华北电网作为一台等值机组G₁，等值电势E₁点至等值机组接入点（晋东南特高压变电站500千伏母线）的等值电抗设为X₁；华中电网简化为一台等值机组G₂，等值电势E₂点至等值机组接入点（相应特高压变电站500千伏母线）的等值电抗设为X₂；华北和华中电网两等值机间的联系电抗则为交流特高压工程变压器电抗X_T+线路电抗X_L。

按照电力系统稳定基本原理，对于两机系统，其输电功率特性为：

P =[（E₁·E₂）/ X_Σ] ·Sinδ₁₂= P_M·Sinδ₁₂ 

上式中：X_∑= X₁+ X₂+ X_T+X_L，P_M为静稳定功率极限。

按《电力系统安全稳定导则》要求的线路实际最大输送能力P_L [按功角判据计算的静态稳定储备系数（Kp％）应满足15%～20％]则为：

P_L = (1-0.2)·P_M = 0.8·[(E₁·E₂)/ X_Σ] 

按上式计算，线路的输电能力与两系统间等值电抗值X_∑成反比关系。

按照输电能力计算公式显而易见，特高压线路的电抗X_L变化只在X_∑值中起一部分作用，特高压工程还增加了线路两端的变压器电抗X_T；因此，从特高压1000千伏是超高压500千伏电压的两倍、线路阻抗按平方关系减少的理由就得出1000千伏特高压交流输电线路的输送能力是500千伏交流线路的4~5倍的说法，在理论上就是错误的，完全违背了电力系统的基本原理。

三、 按电力系统的静态稳定储备标准要求的输电能力计算分析

根据特高压交流试验工程所在华北电网和华中电网2012年的实际系统特性，各种主要运行方式下晋东南-南阳-荆门特高压交流试验工程按静稳定要求的输电能力计算结果如下：

（一） 特高压交流试验工程扩建前的输电能力

1、 特高压试验工程正常运行

由华北电网等值到长治500千伏母线的电抗加上长治变压器（1台）电抗、从长治至荆门1000千伏线路的电抗、荆门变压器（1台）电抗、华中电网等值到荆门500千伏母线的电抗，得到两系统电源电势之间的转移阻抗，从而计算得到线路的最大输电能力P_L为238万千瓦。

2、 特高压试验工程降压运行

由华北电网等值到长治500千伏母线的电抗加上从长治至荆门线路500千伏电压下的电抗、华中电网等值到荆门500千伏母线的电抗，得到两系统电源电势之间的转移阻抗，这一电抗为特高压运行状况下的2.02倍；计算线路的最大输电能力P_L为118万千瓦；这就是说，特高压工程1000千伏运行的输电能力为降压500千伏运行时的2.02倍。

3、 特高压试验工程降压运行，利用500千伏电网的便利条件，降压线路可以通过南阳开关站Π接入河南电网

由华北电网等值到长治500千伏母线的电抗加上从长治至南阳线路500千伏电压下的电抗、华中电网等值到南阳500千伏母线的电抗，得到两系统电源电势之间的转移阻抗，这一电抗为特高压运行状况下的1.25倍；计算长治至南阳段线路的最大输电能力P_L为191万千瓦，也就是说，特高压工程1000千伏运行的输电能力只有降压500千伏运行时的1.25倍。

4、 特高压试验工程降压运行，降压线路就近Π接入途中的河南洛阳地区500千伏电网

在此运行方式下，长治至洛阳段线路的最大输电能力P_L为329万千瓦，这时，特高压工程降压500千伏运行时的输电能力反而要大大超过1000千伏运行的输电能力，为1000千伏运行时的1.38倍。

（二） 特高压交流试验工程扩建后的输电能力

1、 特高压试验工程正常运行

由华北电网等值到长治500千伏母线的电抗加上长治变压器（2台）电抗、从长治至南阳1000千伏线路串补40%后的电抗、华中电网等值到南阳1000千伏母线的电抗，得到两系统电源电势之间的转移阻抗，计算长治至南阳段线路的最大输电能力P_L为504万千瓦。

2、 特高压试验工程降压运行

由华北电网等值到长治500千伏母线的电抗加上从长治至南阳线路500千伏电压下串补40%后的电抗、华中电网等值到南阳500千伏母线的电抗，得到两系统电源电势之间的转移阻抗，这一电抗为特高压运行状况下的1.74倍；计算长治至南阳段线路的最大输电能力P_L为289万千瓦；这就是说，特高压工程1000千伏运行的输电能力为500千伏运行时的1.74倍。

3、 特高压试验工程降压运行，降压线路就近Π接入途中的河南洛阳地区500千伏电网

在此运行方式下，晋东南送电华中的电气距离大大缩短，两系统电源电势之间的转移阻抗只为特高压运行状况下的1.08倍；计算长治至洛阳段线路的最大输电能力P_L为467万千瓦，也就是说，特高压工程1000千伏运行的输电能力只有降压500千伏运行时的1.08倍。

4、 特高压试验工程的南阳变电站主变退出，1000千伏运行

在此运行方式下，即相当于特高压工程从山西输电到华中的线路距离增加，全线645千米，线路串补40%。这时，计算线路的最大输电能力P_L为375万千瓦。

5、 特高压试验工程送电500万千瓦输电距离计算

特高压试验工程扩建后，按长治送出的最大输电能力P_L为500万千瓦反推算，得到输电距离为串补40%后的1000千伏线路371千米。

如果不考虑线路串补，线路送受两端各装设两组300万千伏安变压器，仍按长治送出的最大输电能力P_L为500万千瓦反推算，则输电距离只有1000千伏线路208千米。

（三） 1000千伏电压与500千伏电压运行相等输电能力下的输电距离分析

在系统计算中，线路的电气距离与电压的平方成反比关系，在相同的导线截面下，1000千伏线路的电气距离（阻抗）只相当于500千伏线路四分之一；晋东南~荆门特高压交流试验工程1000千伏线路645千米，在运行中相当于500千伏线路161千米；但特高压工程线路串接了两端变压器，一台1000千伏300万千伏安变压器的电抗值相当于500千伏线路62千米；因此，对于特高压试验工程（扩建前）而言，从长治500千伏母线至荆门500千伏母线的电气距离相当于500千伏线路285千米。而如果特高压试验工程降压运行，两端变压器退出运行，线路直接接至长治和荆门500千伏母线，线路距离就是645千米。由此可见，从长治500千伏母线至荆门500千伏母线的电气距离，特高压工程降压500千伏运行是特高压工程1000千伏运行时的2.26（645/285）倍；加上线路两端系统的等值阻抗，特高压工程1000千伏运行时的实际输电能力与特高压工程降压500千伏运行时输电能力之比就要少于2.26倍。

根据上述原理，可求得特高压工程1000千伏运行和特高压工程降压500千伏运行电气距离相等的线路长度为165千米；这就是说，当输电距离不超过165千米时，特高压工程的输电能力因等值阻抗大、反而要低于500千伏运行时的输电能力。

如果考虑线路加装40%的串补，则求得特高压工程1000千伏运行和特高压工程降压500千伏运行电气距离相等的线路长度增加到276千米；这就是说，当输电距离不超过276千米时，特高压工程的输电能力要低于500千伏运行时的输电能力。

四、 主要结论

1、 交流线路的输电能力取决于输变电工程的电气特性和所在地区的电网结构，并随着送、受两端系统电源之间等值电抗值X_∑的增加而成反比例下降；而交流特高压线路电抗只是决定输电能力的系统电源之间等值电抗值X_∑中的一部分，提高某段线路电压对提高输电能力的作用是有限的，这是交流系统的基本特性。

根据上述计算结果，特高压交流试验工程扩建前，1000千伏电压运行时的输电能力为238万千瓦，线路降压500千伏运行时的输电能力为118万千瓦，1000千伏电压运行时的输电能力为降压500千伏运行时输电能力的2.02倍。如果优化降压500千伏运行时的运行方式，将线路Π接入河南南阳地区电网，则500千伏运行时的输电能力达到191万千瓦（将线路Π接入河南洛阳地区电网，则500千伏运行时的输电能力达到329万千瓦），接近（或反而大大超过）输电工程1000千伏电压运行时的输电能力。

特高压交流试验工程扩建后，1000千伏电压运行时长治至南阳段线路的最大输电能力可达到504万千瓦，线路降压500千伏运行时的输电能力为289万千瓦，1000千伏电压运行时的输电能力为降压500千伏运行时输电能力的1.74倍。如果优化降压500千伏运行时的运行方式，将线路Π接入洛阳地区电网，则500千伏运行时的输电能力达到467万千瓦，接近输电工程1000千伏电压运行时的输电能力。

按照特高压交流试验工程线路实际参数计算，1000千伏运行时自然功率为降压500千伏运行时自然功率的4倍，这与其实际输电能力完全是两个不同的概念。

显而易见，因为输电工程两端系统有阻抗，特高压工程两端有升压、降压变压器，1000千伏线路的输电能力永远不可能按电压的平方关系达到500千伏输电能力的4倍。电网垄断企业不断反复宣称的“经过工程实际验证表明，一回1000千伏特高压交流线路的输电能力达到500万千瓦，是500千伏线路的4~5倍”的说法，完全违背了电力系统的基本原理和客观规律，是一个低级的常识性错误，已经造成的严重影响必须予以坚决彻底肃清。

2、 根据特高压试验工程输电能力计算结果，在1000千伏线路送受两端都装设两组300万千伏安变压器、全线串补40%后，长治至南阳段线路最大输电能力达到500万千瓦时的输电距离为371千米（长治至南阳段线路实际距离为362千米，最大输电能力可达504万千瓦）；如果不考虑串补措施，则特高压试验工程满足500万千瓦输电规模要求的输电距离实际只能有208千米。因此，交流特高压工程在确定的系统条件下输送某一功率是有明确的输电距离限制的，简单的宣扬特高压试验工程能送电500万千瓦，极容易造成概念上的混乱。

3、 有比较才能有鉴别。无论什么输电工程，采取措施在某一个输电距离内能够输送某一功率值，并不表明这一输电方案就值得采用；输电方式能否选用的基本原则是取决于全面的技术经济比较结果，这是落实电力科学发展观的精髓。

特高压交流试验工程在线路串补40%的条件下能送500万千瓦300多千米，但耗资104.7亿元；而在现有豫鄂电网结构下，只需花费特高压交流试验工程投资的一小部分用于加强500千伏网架，就可实现特高压交流试验工程扩建后同样的输电功能。可见，特高压交流试验工程的经济分析及财务评价显然是很不合算的。

分析我国已经投运的交、直流特高压输电工程的运行实绩，结合其他已经开展的大量后续工程前期研究工作成果，从输电能力、经济性、安全性等诸方面分析，交流特高压不是“大容量、高效率、远距离”的输电方式；作为特高压电压等级，交流特高压工程耗资巨大、输电能力很低，交流特高压输电在近、中、远距离输电范畴，分别与超高压交、直流和特高压直流等输电方式比较，都没有竞争力；采用交流特高压输电及因此而构建庞大紧密的“三华”同步电网，输电经济效果非常差，更潜伏着严重的高危安全风险隐患，完全违背电力科学发展观的要求。

在这里要特别指出，特高压包括直流特高压和交流特高压，事实充分表明，只有直流特高压才称得上是“远距离、高效率、大容量的特高压先进输电技术”；也正是因为这一点，《国家电网报》2013年3月22日刊登“不是不好”匿名网友的文章就不敢面对现实，不敢单独把交流特高压问题提出来说话，而是把交流特高压捆绑直流特高压、蒙混概念、通用特高压来说事，把是明确抵制发展交流特高压的意见统统成了“反对特高压”，编造谎言以混淆视听。但愿善良的公众明辨个中是非曲直。

按照党的“十八大”会议精神，电网建设深入贯彻落实科学发展观，关键在于要把推动发展的立足点转到提高质量和效益上来。从技术经济全面考量，交流特高压输电技术根本没有推广应用的价值。

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