老曾博客37

业界同仁稿件选登(18)

高投入、零效益、负能量的淮南—南京—上海交流特高压工程

原东北电力设计院副总工程师、教授级高工 谭永才

一、前言

淮南—南京—上海交流特高压输变电工程(简称北半环) 是国家电网公司交流特高压电网规划中的重要组成部分，工程投资274亿元，计入该工程投运而另外增加的其它各项投资后，投资总额约为380亿元，它约可再造半个三十年才打造成今日规模的华东500KV电网；除了这笔工程建设一次性投入的资金外，工程投运后每年尚需付出包括财务费用、运行管理费用等约35亿元/年。

国网“淮南—南京—上海特高压交流工程补充论证报告” 中对建与不建北半环两个方案进行了对比分析。稍加分析后就不难发现，不建北半环方案，上述投资和费用基本是毋需的、可以节省的。两个方案在经济上差別如此悬殊，在电网项目可行性研究进行方案经济比较中是非常罕见的；而更让人不得其解的是，如此高投入的北半环工程，建设它到底解决了什么问题呢？

尽管“补充论证报告” 通篇对北半环工程充斥着空泛溢美，但报告中建北半环和不建北半环两个方案的技术经济比较数据，掩盖不了北半环及其它特高压工程被屏蔽的另一面，北半环工程得到的是零效益、负能量，让人们看到了一个真实的形象工程、政绩工程。

二、建设北半环不能降低华东500KV电网短路电流

解决华东500KV电网短路电流超标问题，是建北半环主要理由之一。建北半环真的能降低华东500KV电网短路电流吗？答案是否定的。

建了北半环，相当于在原有500KV电网扣上了一顶交流特高压电网的“帽子” ，它成了注入500KV电网短路电流的大通路。约略估算，交流特高压电网通过一台1000/500KV、300万KVA的特高压变压器，向其500KV母线注入短路电流约达11KA，大致与同地点一个300万KW发电厂提供的短路电流相当。隨着电网发展，特高压电网上特高压变压器台数将不断增加，它源源不断地向500KV电网提供日益增加的短路电流，成了增加短路电流的元凶，使500KV电网短路电流必增无疑。而且， 首当其冲的受害者是特高压变压器的500KV母线。当特高压变压器到达规模容量2台或以上时，由于其500KV母线短路电流领先超标而使变电站中所有变压器很可能将分裂成单台运行，严重地降低了主变的利用率，并在交流特高压变电站供电范围内又构成了电磁环网。“补充论证报告”中苏州变2台特高压变压器因短路超标而采用分裂运行的方式可能是冰山一角。

有人可能会说，建了北半环，与南半环（淮南—皖南—浙北—上海交流特高压输变电工程）构成环网后，可以解开500KV电网，实现分片运行， 降低短路电流。不错，类同的措施在500/220KV 电网中降低220KV电网短路电流被广泛采用。但遗憾的是，这一降流措施在1000/500KV电网中应用指定不会有满意的效果，因为500KV电网虽可解环，但解环后的片会相当之大，至少应以省为界， 不象500/220KV电网中解开220KV电网后的片可以分得小之又小。500KV电网解环后片大之因首先是，1000KV变电站点十分稀疏，与500KV站点不能同日而语；其次是，华东500KV电网接纳、分配的电力流十分巨大，与220KV电网有着天壤之别， 500KV电网若分片过小，不利于电力流在网内畅顺贯通；其三是，500KV电网的片若分割得过小，在电网安全运行上将会带来致命的风险，当片内发生严重故障时(比如一个特高压变电站全停)，必将引发潮流大转移，且因邻片有功、无功电力不能施救，极易导至灾难性的电网事故。

由于500KV电网解环后的片如此之大，使降流作用大打折扣，分片运行降低的短路电流抵偿不了特高压变压器向500KV电网注入的短路电流。

以上分析实际上遵循了电网电压由低向高发展，降低次级电压电网短路电流的一个规律。高一级电压电网建成后，可以降低次级电压电网的短路电流，但必须以解开次级电压电网为前提，否则适得其反。

这个规律用在500KV以下电压，降低220KV及以下电压电网短路电流，屡试屡灵，原因是220KV 及以下电网是非常容易解开的；但这措施套用在1000/500KV电网中来降低500KV电网短路电流， 则就不灵了，其原因就是500KV电网解环只能非常有限地使用，解环后的片一定会很大，且随时间推移也不会有所改观。

所以，用建设交流特高压电网来降低500KV电网短路电流，不能不说是认识上的一个误区。

相反，不用建设北半环，利用诸多常规的、成熟的降流措施，足以把华东500KV电网短路电流降低到限值以下，而且空间无尽。因为短路电流升高与电网强度之间大致有这样的规律，在既定电源布局条件下，短路电流过大的节点，一般都是该节点或其周边电网过于坚强。这就为降低短路电流提供现实的、可操作的适度降低电网强度而基本无伤电网安全运行的措施。在电网不断发展过程中，这些措施仍将有用武之地，因为电网发展过程中短路电流的增大，必定是伴随着电网不断加强的结果，其中也必定又孕育了新的改善电网结构或适度降低电网强度的空间。

“补充论证报告” 给出的数据印证了以上分析。2012年只用了较少的一些常规措施，就把华东500KV电网其时超标、过大的18个厂站短路电流全部降了下来，其降流幅度在10%~45%之间，平均幅度约20%，其效果之大且未闻其有明显负面影响证明了它是简单、实用而又经济的办法。

2015年、2020年继续如法炮制，短路电流同样降到了限值以下。而且需要指出的是，2015年和2020年使用的措施都尚未用足，只是小试牛刀， 尚有较大的使用空间；况且，还有不少措施尚未使用；最后的防线还可用背靠背分隔电网铁定达到降流目标。

放眼国内外，欧美同步电网容量达到七八亿KW，比华东电网大得多，仍然在500KV等超高压电网内采用一些常规措施解决了短路电流超标问题；电网规模接近华东电网但密集度更甚的我国南方电网，也未采用建设特高压交流电网来降低短路电流，而是在500KV电网内很好解决了短路电流超标问题。

因此，不建北半环，采用基本不用花钱或花钱很少的措施可以解决短路电流超标已是毋庸置疑的结论；而用建设北半环来降流，等于把巨额投资打了水漂其效果却适得其反。

三、建设北半环对外馈直流安全运行毫无帮助

建北半环能支撑外馈直流，解决其安全问题，是建北半环又一个重要理由，“补充论证报告”还拿出了建北半环后多馈直流短路比有所升高加以证明。这是经不起推敲的，也是不能令人信服的。短路比只是模拟参数，与外馈直流安全运行并无关联。迄今任何文献、规定及相关研究都找不到根据，我国南方电网公司的专家研究后也否定了此说。国网在其它相关文件中曾不止一次自相矛盾地认可了短路比与直流安全运行无关的结论；况且在“补充论证报告” 中对建、不建北半环两个方案外馈直流安全运行进行计算后也并没有给出有所差别的结论。

外馈直流的安全问题主要表现在，一是交流电网故障后导至直流双极闭锁的风险；二是双极闭锁后电网频率稳定的风险。从两者成因机理及对策分析，外馈直流安全问题与北半环毫无关系。

1、交流电网故障后是否导至直流双极闭锁与北半环无关

交流电网故障后导至双极闭锁，说到底是个电压稳定问题。当换流站附近交流电网故障后，若换流站交流母线电压降得过低，将引起换相失败，若电压持续走低将引发电压失稳，则进而导至双极闭锁。因此，系统能否提供足夠的动态无功，使交流系统在故障切除后电压迅速恢复，才是避免双极闭锁的关健。

因此，只要弄清系统动态无功在哪里，北半环作用自然清楚了。

动态无功存在于业已强大的500KV电网中，存在于500KV电网中众多的发电厂中，存在于换流站附近500KV变电站低压侧可配置的动态无功装置中。

另外值得关注的是，现代直流输电系统的低电压保护可以整定到直流电压0.1~0.3标幺值、延时4~8秒不闭锁，为动态无功在闭锁前提升电压提供了良好平台。

因此，不建北半环，储备着足量动态无功的华东500KV电网加上直流输电完美的低电压保护，足以抵御由交流系统故障引发的双极闭锁。

南方电网仿真计算和运行实践充分证明这一结论的正确。华东电网公司经过分析计算的结论与此也不谋而合，而最具典型意义的案例是，2012年8月，因台风引起500KV电网短路，使馈入华东的向上(640万KW) 、葛南(120万KW) 、宜华(300万KW) 、枫林(300万KW) 四回直流全部换相失败，合计约1400万KW容量。由于500KV电网动态无功的支持，未引起双极闭锁，只是功率波动较大，电网有惊无险，很快趋于正常运行。

同上道理，若建了北半环，与事无补。理由很简单，也很明了。北半环交流特高压工程，一不能自身产生动态无功；二在交流特高压受端环网上没有能夠提供动态无功的1000KV发电厂；三是在环网上的交流特高压变电站低压侧不可能装设动态无功设备；四是有效防止双极闭锁的直流低电压保护也与交流特高压工程无半点关系。因而，建设北半环工程，连同已建的南半环工程，有路条的浙江至福建工程，对降低双极闭锁风险而言，都是毫无意义的。

建了北半环后，若再把受端换流站交流侧接入1000KV电压，则当交流1000KV电网故障时， 1000KV电网电压跌落要靠500KV电网倒送动态无功至1000KV电网来解决特高压电网的电压问题， 大大降低了提升电压的效果，真正带来了双极闭锁的风险，而且在经济上还将付出沉重的代价。

2、直流双极闭锁后是否导至频率过低以至频率失稳同样与北半环无关

直流输电双极闭锁后，只要按“电力系统稳定导则”规定切除与直流通道输电容量等额的送端机组，直流送端系统的电力平衡沒有被破坏，避免了功角失稳和频率失稳，也不会产生潮流转移带来的线路过载问题；受端华东系统失去了有功功率，可能引起频率下降甚至频率失稳，但可以调用华东系统发电机的旋转备用平抑而使频率回到正常值。只要输电通道最大输送功率所占受端系統负荷的比例不至过大，系统旋转备用容量能夠补上功率缺额，双极闭锁使整个通道失去后，系统是可以承受的。一般认为，这个比例在6%至10%之间。按此估算，2015年华东电网负荷约达2.7亿KW，系统旋转备用容量约1600万KW，即使容量800万KW甚至1000万KW或更大的直流功率失去，系统也不足为怕。

以上简单的机理说明了双极闭锁后的风险是有功功率能否平衡问题。双极闭锁后平抑受端因缺少有功功率而引发的频率降低或频率失稳，靠的是存在于受端系统发电机组的旋转备用(有功功率) ，而所有发电机组都接在500KV及以下电网中，只要旋转备用容量能补足双极闭锁失去的容量，系统就能无恙。

根据上述分析，不建北半环，具有巨量旋转备用的华东500KV电网，可以轻易地平抑由双极闭锁带来的频率稳定。相反，建了北半环对此毫无用处，其原因同样简单、明了，北半环交流特高压输变电工程本身不能产生有功功率；没有电源容量的交流特高压电网谈不上有旋转备用容量；存在于500KV电网中的发电机组旋转备用容量也用不着交流特高压电网去输送。

建设北半环及其它特高压工程，可以增大受端系统的短路容量，如果说它能夠减小受端特高压交流电压波动，还能使逆变站顺利换流，则是正确的，但用它来提高外馈直流的安全性，则是无稽之谈，因为北半环等交流特高压工程，既不能解决动态无功，与旋转备用也无关。因而可以说，用交流特高压电网来解决多馈入直流的安全问题，是认识上又一大误区。

说到这里， 联想到新疆准东1100万KW直流功率送入华东时，有人认为就有必要建北半环了。根据前面分析，这种观点就不值一驳了。保证外馈直流安全运行的两大法宝--动态无功和旋转备用已与北半环彻底无缘了，建它何干？一回外馈直流容量升至1100万KW，只不过在交流系统故障切除后需要的动态无功量稍大而已，大不了多配置一些投资无几的动态无功设备罢了；诺大的华东系统中巨量的旋转备用，还愁补不上1100万KW直流双极闭锁后功率缺失吗? 故考虑新疆直流1100万KW送华东后，建北半环仍然是不必要的。

四、从电力流角度不必建北半环工程

输电线路预想的电力流，犹如铁路的客流，是工程建设首要的市场条件。在这个最基本问题上， 建北半环更是站不住脚的。

北半环预想的电力流取决于三个因素，即安徽是否有电东送华东主网；华东五省间需要交换多大的电力；外馈直流抵达华东后是否还需经过北半环等交流特高压工程转送电力。

三个因素都说明不了北半环上会有电力流。

1、安徽无电可送已是不争的事实。

从2010年始，安徽已由煤炭调出省转为煤炭调入省，2011年安徽虽向华东主网输入电量435亿度，但其部分发电用煤是从山西经大秦铁路运至秦皇島，再经海运至上海，江运至安徽的发电厂，已经出现了煤电倒流现象。安徽省内煤炭资源和负荷增长决定了安徽向上海送电时段行将消失，并转为缺电省份。

实际上，这一格局在“补充论证报告”中也得到了佐证。2015年，依靠经上海倒流安徽的发电用煤，使安徽500KV电网盈余820万KW，特高压电网盈600万KW。即便如此，前者可用已有7回500KV外送线路安然送出，后者可由建成投运的南半环送出，北半环仍然是多余之举。

“补充论证报告” 欲盖2020年安徽无电外送之弥彰，把2个本该安排在缺电最严重的苏南、浙北或上海外围地区的外馈直流换流站布局在安徽，合计馈入容量约1200万KW，编造出安徽向外送出了等额电力的假象。

因此，从皖电东送角度着，北半环连同南半环都成了无源之水，无本之木。

2、华东五省间电力交换十分有限，现有省间500KV联络线能夠满足要求。

华东五省都是受电地区，按“电力系统稳定导则” 规定的合理分区精神，五省各以自身为主体，将外部电源连接到本省，形成一个供需基本平衡的供电区。只要馈入省内直流总容量与本省电力缺额大致匹配，就极易做到每个以省为主体的供电区内电力基本平衡。因而，华东地区省间电网正常时交換电力十分有限，“补充论证报告” 中电力平衡表和相关潮流图都无法否定这个事实。

事故状态下五省间电力流也不会比此增大，原因是2020年前后，各省电网已发展成相当大的规模，自身已具有足夠的调剂能力，可把事故造成的电力流增量加以平抑，把潮流调控到基本接近原先正常水平。

省间联络线的输电能力一般受热稳定控制，较暂态稳定的能力大得多。考虑了潮流分布不均匀等因素后，华东电网一回省间500kv联络线路的平均输电能力应在200万KW以上。目前华东五省间已有17回500KV联络线，足以满足正常和事故状态下省间电力交換。

3、江苏省外馈直流应直送省内缺电的苏南地区且换流站交流侧以500KV接入电网，不必通过北半环特高压电网承接而转送。这样做不仅能使江苏与周边省间电力流保持在现有500KV省间联络线输电能力范围内，还能使省内各地市间潮流大幅降低，减轻省内主要送电断面压力，并且可以取得可观的经济效益。

前面论述的外馈直流不需要交流特高压电网的支撑为此提供了技术支持；国网相关资料中展现和描述过苏南地区具备可选站址、走廊以及换流站交流侧用500KV电压可以轻易送出电力，为外馈直流直达苏南地区提供了工程实施条件。

如此一来，北半环和南半环组成的受端环网上的线路基本是空线，变压器基本是空变，整个特高压环网则基本是空网。

国网为掩盖此实况，将理应馈入缺电的江苏苏南地区的直流换流站布局在安徽和苏北，再经北半环等交流特高压电网转送至苏南。也就是说，换流站交流侧出1000KV电压，把其电力拉升入注交流特高压电网，而后再由特高网内1000/500KV变压器回降到500KV电网而送去苏南。这种掩人耳目、编造出交流特高压环网上有较大电力流假象的做法，导至了更为严重的恶果。首先是，“一升一降” 、重复变压，在原估算北半环工程270多亿元基础上还须追加约100亿投资，其中包括换流站交流侧出1000KV增加的投资，增加1000/500KV变压器的投资及其一些配套投资；其次是，交流电网功率的自然分配，把换流站拉上1000KV电网的电力，由北半环上苏北的1000/500KV的特高压变压器，又几乎全部回降到不缺电的原地苏北500KV电网，然后过江南下至苏南和上海，导至长三角地区500KV主要送电断面即过江断面、西电东送断面和苏沪断面潮流不降反升，进一步增加了安全压力。

五、北半环构造成的电磁环网威胁着华东电网安全运行

华东500KV电网是我国最强的电网之一，网内现有500KV线路约2.5万km，电网连接十分密集，并已形成了环环相套、大小不等、强弱不等的众多500KV环网，因而也成了国内最复杂的电网之一。

北半环与南半环组成的华东交流特高压环网， 扣在本已十分复杂的华东500KV电网之上，与之构成了一个堪称国内外最为复杂的1000/500KV的电磁环网，严重恶化了电网结构，时刻威胁着电网安全运行。

电磁环网是引发电网事故最重要的因素之一， 业内早有共识。我国史上最严重的2006年7月1日华中电网事故就是由它引起的，2回500KV线路跳闸后，178万KW电力全部转移到与之并列运行的220KV电网，造成华中电网失稳，损失负荷380万KW，占全网6.3%。

因而，解开电磁环网，是保障电网安全运行最重要的首取，国家标淮“电力系统稳定导则” 明文规定了“应避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网” 。 建北半环却与之反其道而行之，它构造的电磁环网危害之大还在于它自投运之日始就基本不能解开，且随着时间推移也只能如此。因此北半环构造的是一个解不开、理还乱、永远的电磁环网，大面积、无休止地折磨着电网运行，威胁着电网安全运行。一直以来，国网对解开电磁环网是非常重视的，一贯倡导并不遗余力地推行在500KV及以下相邻两级电压电网解开电磁环网，取得了卓有成效的成绩。可是面对北半环构建起来的最具安全隐患的1000/500KV电磁环网，却闭口不提，极力回避。这个电磁环网中的特高压电网发生故障时，特别是严重故障时，比如特高压线路N-2、变压器N-2乃至一个变电站全停，大幅度的潮流向500KV电网转移，极易把它压垮，引发华东电网大面积、长时间大停电。对此巨大的风险， “补充论证报告”却没有检验、释疑，北半环构造的电磁环网成了悬在华东电网头上的达摩克利斯之剑。

六、建设北半环浪费土地资源，带来众多环境和生态影响

华东地区土地资源匮乏，变电站站址及线路走廊选择困难。北半环在原500KV电网上面扣了一顶交流特高压电网的帽子，对原500KV变电站没有任何替代作用，原电网500KV线路也基本不能使其减少，换言之，建北半环的用地，相对于不建北半环方案，是无端多占或净增之地，造成宝贵的土地资源惊人的浪费。仅仅南京、泰州、苏州三个特高压变电站就需征地41公顷，且全部占用基本农田， 780km同塔双回特高压线路占地428公顷，合计占地469公顷。

北半环除了无端多占土地外，它造成的电磁环境影响也不能小觑。交流特高压线路的无线电干扰、噪声干扰无疑是当今所有输电线路之最，虽然其值沒有超标，但它的干扰水平已达到了临界点或其附近，使全线780km长、70m宽的线路走廊内饱受莫须有的干扰之苦，对所在地区的环境、生态、社会及地区规划带来不利影响。

七、结语

斥巨资建设的北半环工程，既不能降低华东500KV电网的短路电流，也无助解决华东多回外馈直流的安全稳定问题，从电力流需求看也是多余的。北半环这顶戴在华东500KV电网之上的“帽子” ，反而成了电网安全运行和社会发展的负能量，它增加了困扰500KV电网发展的短路电流，构造了威胁电网安全运行的电磁环网，多占了大量基本农田，增加了电磁环境影响，破坏了生态平衡，浪费的资金和资源最终让国人埋单。因此，北半环工程从任何意义上都是没有必要建设的。难道这样高投入、零效益、负能量的形象工程还要让它建设吗？难道还不该砍掉在北半环及其它交流特高压工程论证过程中强势利益集团那只乱摸的手？

注：1、本文转载自《能源思考》2014年01月刊总第85期

2、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。