老曾博客53

业界同仁稿件选登(25)

不要夸大交流特高压线路的输电能力

——也给薛禹胜院士写封公开信

原东北电力设计院副总工程师、教授级高工  谭永才

原东北电网公司副总工程师、教授级高工     郭象容

2014年4月14日

尊敬的薛禹胜院士：

此前清华王仲鴻老师在公开信中纠正了你在“3.23”CCTV-2  “激辨特高压”《对话》中关于1000KV与500KV输电工程造价对比关系等不妥言论。

为探求特高压之争的是非，今就交流特高压线路的输电能力与你商榷。你在《对话》中说，1回交流特高压线路的输电能力是500KV的4倍 。

这实际上是长期以来屡见不鲜的国网为交流特高压保驾护航的经典语录，而且从国网方有关资料可查，其理论依据不外有二个，一是因为交流特高压线路的自然功率约是500KV线路的4倍，故两者输电能力应同此关系；二是线路输电能力与电压平方成正比，与线路电抗成反比，1000KV线路与500KV线路电抗大体相等，而两者电压平方之比为4，故输电能力之比当为此值。

此论荒谬得很，既与电力系统基礎理论相悖，也不符合实际。

自然功率是输电线路自身的一种特性，它与线路长度无关，与线路两端电力系统也无关，只要线路的电压和导线型号一经确定，其自然功率就关联地得出来了。自然功率是线路盈余还是缺失无功的平衡点，常用于研究系统无功平衡和系统无功补偿上。而我们指的是受限于系统稳定的线路输电能力，它不仅与线路长度有关，而且与线路两端系统情况有关。因此，自然功率与输电能力在内涵上是毫不相关的两码事，怎么能张冠李戴用在两者输电能力关系上呢。

对于理论二，咋听似有道理，因为与输电能力紧密相关的功角特性方程确实如是表达的，但公式中的电抗并非单指线路电抗，还应包括线路两端系统电抗在内的全电抗，即从送端电势到受端电势之间的全部电抗。

500KV线路构成的输电系统，全电抗应为线路电抗与线路送受端500KV系统电抗之和。

1000KV线路构成的输电系统与上相比，全电抗应在上述基礎上加上置于送端500/1000KV升压变压器和受端1000/500KV降压变器的电抗；另外值得注意的是，送受端500KV系统的电抗分别要乘上1000/500KV变压器变比平方4以后才能归入1000KV系统与线路电抗相加。这样使得1000KV线路构成的输电系统的全电抗比500KV线路构成的输电系统大为增加，它部分、甚至全部冲抵了电压平方提升的输电能力，至少使特高压线路的输电能力肯定小于500KV线路的4倍。

有鉴于此，若在600km输电距离间(中间先按仅设开闭站考虑) ，即在两端的500KV母线之间，进行一个同塔双回1000K线路与两个同塔双回(4回线)500KV紧凑型线路的输电能力比较，则把工程数据代入功角方程后可以得出，2回1000KV线路构成的输电系统，与4回500KV线路构成的输电系统，其输电能力基本是相同的，约都等于600万KW，也就是1回1000KV线路的能力约300万KW，是1回500KV线路约150万KW输电能力的2倍。尚需指出的是，一个同塔双回1000K线路与两个同塔双回500KV紧凑型线路的走廊宽度基本相当。

以上是按静稳定确定的输电能力，而在通常情况下，输电能力受限于线路退出1回后的暂态稳定。按此，2回1000KV和4回500KV线路输电能力都可能比上有所下降，但前者必然下降得更多，因退出1回线路后前者线路强度损失二分之一，剩余线路潮流将翻倍，而后者只有四分之一的强度损失，剩余线路潮流只增加三分之一，对系统冲击小得多，使事故后的静稳定水平后者下滑得少，更有利于防止暂态失稳。2回1000KV和4回500KV线路输电能力之比暫且不计此影响。

当1000KV线路和500KV线路分別有中间系统接入时，很容易理解，以上结论将进一步强化。

薛院士在《对话》中说“4倍”是由“理论证明”的 ， 不知是基于上述两个理论何者，或有其新的理论依据，不妨拿出来让大家共享、学习。

不过，你在给王仲鸿老师复函中，似对此作诠释，你说“在实际系统中的输送能力方面，从500KV升到1000KV的场景，我觉得可以与过去从220KV升到500KV的场景类比” 。对此说法我们同样不敢苟同。

如前所述，线路的输电能力，不仅决定于线路自身电抗，还决定于线路送受端系统电抗，尤其是交流特高压输电系统，线路送受端系统电抗，在很多情况下，它几乎占了全电抗的一半。线路电抗和送受端系统电抗越小，线路输电能力越高。因此，可从线路电抗和送受端系统电抗来分析两个场景的差异。     

首先，从线路电抗来说，220KV双分裂导线的每公里电抗为0.32欧，500KV紧凑型线路(6分裂导线) 为0.2欧，从220KV升到500KV时，电抗减少了38%。。而1000KV线路(8分裂导线) ，因相导线分裂数增加使电抗减少的作用趋于飽和而相间距离急剧增大反使其电抗比500KV紧凑型线路有较大增加，每公里电抗为0.255欧，从500KV升到1000KV时，电抗不减反升了28%。

 再来分析送受端系统电抗。众所周知，220KV和500KV系统都有直接升压接入220KV和500KV电压的众多发电厂，使220KV和500KV母线、特別是500KV母线，从母线看入的等值电抗较小。而1000KV系统则不然，容易理解线路受端不会有直接接入1000KV的发电厂，而且在线路送端也因由此带来资金大量投入和发电厂升压变压器制造技术上的风险也少有此类发电厂。还需要指出的是，交流特高压电网的特点使发电厂直接接入1000KV还极易产生自励磁现象，引起过电压危及设备安全，并使发电厂机组不能并車，尤其是第一台机组并网时危险性更大。因此，1000KV线路送受端的支撑基本上只能依靠原500KV系统来完成，而500KV系统电抗必须经过相应1000/500KV变压器电抗后才能去对1000KV线路送受端实施支撑，大大地增大了1000KV线路送受端系统电抗。

把电力系统的元部件电抗用标幺值表示后，能将上述分析的两场景输电能力较清晰地显现，因为此时输电能力只与全电抗关联了，全电抗越降低，则输电能力越增高，而构成全电抗的线路电抗、线路送受端系统电抗给出了如下数字。 

(1) 对线路电抗，由220KV升到500KV时，500KV与220KV相比，线路电抗降幅为88%；而由500KV升到1000KV时，1000KV与500KV相比，线路电抗降幅只有68%。说明就线路电抗而言，由500KV升到1000KV时输电能力提高的倍数要小于由220KV升到500KV时输电能力提高的倍数。

(2) 对线路送受端系统电抗，由220KV升到500KV时，500KV与220KV相比，送受端系统电抗降幅为56%；而由500KV升到1000KV时，1000KV与500KV相比，线路送受端系统电抗不降反升了约1倍。说明就线路送受端系统电抗而言，由500KV升到1000KV时输电能力提高的倍数要远小于由220KV升到500KV时输电能力提高的倍数。

因此，此场景非彼场景，从500KV升到1000KV时输电能力提升倍数，将小于或远小于从220KV升到500KV时提升倍数。

那么，从500KV升到1000KV时输电能力到底小到多少倍数呢？我们不妨回到前面那个600Km输电距离的工程案例。把以标幺值表示的电网元部件参数据代入功角方程后，得到了前面元部件用有名值计算相同的结果，即2回1000KV线路为主体构成的输电系统，与4回500KV线路为主体构成的输电系统，两者标幺值表示的全电抗大体也是相等的，输电能力基本是相同的，约都等于600万KW，即1回1000KV线路的能力约300万KW，约是1回500KV线路150万KW输电能力的2倍。但是，造成的原因则更清楚了：1000KV线路电抗(2回并联) 比500KV线路电抗(4回并联) 减小的量，差不多正好被置于1000KV线路送受端两组1000/500KV变压器所增加的电抗抵消了。也就是说，交流特高压的倡导者，从提高输电能力角度看，做了一件今国人和世人哭笑不得的傻事----花钱挖坑(建特高压线路减少电抗) ，再花钱填坑(建特高压变电站增加电抗抵消它) 。

迄今已投运工程和经评审工程的仿真计算结果表明，也不支持“4倍” 的说法。

 (1) 晋东南~南阳~荆门单回线路示范工程，全长654km，送受端各置1×300万kVA变压器，线路中间设南阳为开闭站。线路输电能力不是所宣称的283万KW，而只是平均值为253万KW时功率振荡的最大值，瞬时值达到283万KW，只能坚持1~2秒。扩建后线路加装40%串补，送受端和中间南阳站变压器规模均达到2×300万KVA，送端输出端的功率，经中间南阳站分流后，至受端只约200万KW。况且，以上均是以静稳定为限值时的输电能力，按“导则”规定应为单相瞬时故障条件下的输电能力低到何值还不得而知。

(2) 淮南~皖南~`浙北~上海同塔双回线路工程，全长650km，当送端电厂容量全部接入500KV电压时，送端每回线路极限输电能力只有160万KW；当送端电厂容量中有2台100万KW机组接入1000KV电压后，送端每回线在低标准的单相永久故障条件下的输电能力为220万KW，按“导则”要求三相故障条件下输电能力降低到何值同样没有披露。

(3) 华北“一纵两横” 三条特高压交流输电通道，每个通道输电容量约900万KW，输电距离在600km~730km间。根据仿真计算结果推算，在线路上不加串补、满足三相故障不切机的条件下，三个通道主要断面至少需3回线路，也即每一回线路的送电能力最多为300万KW。

 (4) 雅安~乐山~万州~荆门~武汉同塔双回线路的四川水电东送工程，全长约1300km，它与现有4回500KV线路并列运行向渝鄂输电。川渝断面每回特高压线路只能送约250万KW，渝鄂断面每回特高压线路只能送约285万KW。远景再增加特高压一个同塔双回线路送电通道后，有4回特高压线路东送，且在万州、长寿以东己构成网格式的特高压电网，此时特高压电网己初具规模，但低下的输电能力仍未能改变，每回线路还俳佪在300万KW以内。

至此，应再问一下薛院士，你说的“4倍” 又是基于哪些工程的实践？

理论和实践都证明，1回交流特高压线路输电能力只能约送300万KW，约是1回500KV线路的2倍，这样低下的输电能力与国网误导的1回1000KV线路输电500万KW，是1回500KV线路的4~5倍相去甚远。而且，这一关系随着电网发展也不能有所改观，因为不管交流特高压电网发展到什么规模，它基本仍是个“空网”，本网内几乎无1000KV电源支撑，网内任何1000KV线路只能依懒于500KV电网提供弱支持，与500KV线路两端可就近得益于本网强支撑有着天圵之別。

与输电能力形成强烈反差的是，交流特高压输电的造价畸高己是不争的事实。有实践数据可以证明，在完成同样输电任务的条件下，它与500KV方案相比，造价至少高出1倍，甚至高出了2倍以上，而不是象薛院士说的交流特高压造价仅为500KV的70%；与直流相比，造价同样至少高出1倍，甚至高出了3倍多的嚇人地步；与直流与500KV相结合的方案相比，交流特高压造价高出的倍数更是可想而知了，以致于南方电网和内蒙电网因否定了交流特高压方案，分别可节约1000亿元和500亿元，而三华交流特高压联网，浪费资金将多达约6000亿元。如此巨额的浪费必将推高电价而让百姓买单。

尊敬的薛院士，你在《对话》中关于特高压交流电网的输电能力和工程造价上的言词，令人大跌眼镜。须知，正是由于交流特高压电网能力低下和投资畸高的负面夾击，再加上你可能知之不多的多次评审会上反方专家无可辩驳指出的交流特高压电网不安全、不环保、不省地、高消耗等弊病，使交流特高压电网完全失去竞争力，六七百公里以远，是直流输电的天地，以近则是500KV电网的场合，交流特高压电网没有可以采用的舞台。在世界范围内，交流特高压电网早己被开除“球籍” ；在国内，独立于国网的南方电网和内蒙电网，也己把它开除了“网籍” 。在国网管辖范围，雖在其误导下仍在推进交流特高压电网，但可以肯定地讲，只要拿替代方案(500KV、直流或两者结合)与之一比，定能把其比得原形毕露，无地自容。交流特高压电网几乎无一指标能占优势，而且差距惊人。只要让市场在资源配置中真正起决定作用，交流特高压理应早就退出历史舞台，划上句号。

综上可见，国网一贯自说自话，给交流特高压电网的种种赞美都是欺人之谈，而薛院士在《对话》中关于交流特高压输电能力和工程造价的不妥说词，以及把交流特高压输电说成“是一种新的能源输送方式” ，“是对全人类新的贡献” 等大话，是否也应该反思一下？！

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。