老曾博客59

业界同仁稿件选登(26)

特高压与超高压输电能力之PK

东北电网公司   原副总工程师  郭象容

东北电力设计院原副总工程师  谭永才

线路输电能力，是其立足市场之本，通常由仿真计算求得，但简明分析，在相对关系比较时，往往概念更为清晰。

    在静态情况下，交流电网输电能力表示式如下：

P=U1×U2×sinδ/∑X

公式中：U1为送端系统的电压(电势)值；

            U2为受端系统的电压值；

            δ为U1向量超前U2向量的角度。

为便于比较，可以设定sinδ为一个合理的小于1的正常数。

下面比较一条交流特高压与一条500kV超高压线路的输电能力，分别示图如下：

图（1）交流特高压输电简图

图（2）500kV超高压输电简图

 同样是为便于比较，对交流特高压系统而言，U1特，U2特均取值1000kV；对500 kV超高压系统而言，U1超，U2超对等地均取值500kV。

从上述公式中可知，交流特高压输电能力的分子将是500 kV超高压能力分子的4倍，这可能就是国网宣扬交流特高压输电能力是500 kV超高压输电能力4倍的来源吧；但国网忽略了公式中的分母项。不管是遗漏、疏忽、概念不清，还是另有所图，都是不该犯的低级错误。

公式中分母∑X（电抗）应包括：

送、受端与短路电流水平直接相关的系统电抗X1、X2,由于目前折合到500 kV系统的短路电流水平都较高，即X1、X2都相对较小，为简化计算，认为图（1）和图（2）中，两者的X1、X2均相等。

 当前绝大多数情况下，1000kV特高压均由500 kV升压而来、再降到500kV去，故特高压1000/500KV变压器的XB将串入其输电回路中，变压器的短路电抗uk≈18%时，则一台300万kVA变压器折合到1000kV侧的XB≈60欧。

 输电线路电抗值：

 1000kV交流特高压线路每公里电抗值约为0.255欧；

 500kV交流超高压紧凑型线路每公里电抗值约为0.2欧；

 500kV交流超高压普通型线路每公里电抗值约为0.27欧；

 目前交流特高压输电线路每300公里左右就须建一个特高压变电站，用来装设无功补偿设备，解决电压和无功功率平衡问题，并取得500kV的电源支撑，以实现远距离输电，因而我们可先就交流特高压线路和超高压线路均为300公里进行比较。

对应300公里：

1000kV交流特高压线路电抗值约为76欧；

500kV交流超高压紧凑型线路电抗值约为60欧；

500kV交流超高压普通型线路电抗值约为81欧；

 为让一条交流特高压线路多送电，每侧均装2台300万kVA的变压器，则XB=60/2=30欧。

假定送受端系统折合到500kV侧短路电流水平都以50KA计，则500KV系统电抗X1、X2均为5.8欧，折合到1000kA侧X1、X2应均为23.1欧，于是：

∑X特=23.1+23.1+30+30+76=182.2欧

∑X超紧凑=5.8+5.8+60=71.6欧

∑X超普通=5.8+5.8+81=92.6欧

   故对送电距离300公里而言：

   交流特高压一回线的输电能力为500kV超高压紧凑型一回线输电能力的1.57倍；

   交流特高压一回线的输电能力为500kV超高压普通型一回线输电能力的2.03倍；

 若500KV系统短路电流水平均为40kA，则折合500kV侧系统电抗约为7.2欧，折合到1000kV侧约为28.9欧。此时

∑X特=28.9+28.9+30+30+76=193.8欧

∑X超紧凑=7.2+7.2+60=74.4欧

∑X超普通=7.2+7.2+81=95.4欧

則一回交流特高压线路输电能力为一回500kV超高压紧凑型线路输电能力的1.54倍，为一回500kV超高压普通型线路输电能力的1.97倍。

由上可以清楚看出，交流特高压比500kV超高压，绝不是由于电压升高一倍，输电能力就是超高压输电能力的4倍了。而且我们甚至可以找到一个极端的例子，对于系统短路电流水平50kVA的系统而言，当送电距离小于109公里时，500kV超高压紧凑型一回线的送电能力还会大于交流特高压一回线的送电能力了（当然不会在实际工程中这么使用，只是想说明对输电能力要做具体计算分析，不能笼统对待）。

还要指出的是，国网宣扬交流特高压时，甚至提出其输电能力能到500kV超高压的5倍，其来源是从交流特高压线路的自然功率是500kV超高压线路自然功率的5倍左右来的，这更犯了一个电工原理概念上的错误。线路自然功率是线路自身的属性，是线路充电产生的容性无功功率与线路输送电力产生的无功损耗相等时对应的输送功率值，与线路长短及输电能力完全是风马牛不相干的。相反还说明由于1000kV交流特高压一回线路正常送电不到自然功率470万kW上下时，其产生的无功损耗小于线路产生的无功功率，所以必须安装大量的感性无功设备给予补偿（增加了投资），而且一旦线路输电功率发生突变（这是经常发生的），不仅会造成有功功率的大转移，同时还会引发无功损耗剧增，极易引起系统电压大波动，给电网安全运行带来麻烦。

从上面的分析很容易看出，与输电能力成反比例的∑X中，XB所占比例大，超高压有优势；XL所占比例大，交流特高压可以多送电。但为保静稳定，使δ角受到了限制，XL又不能所占比例过大。故宣扬交流特高压的输电能力是500kV超高压的输电能力的4到5倍的说法是站不住脚的。特别是既为解决交流特高压的电压与无功功率平衡问题又为取得500kV系统的电源支撑，以做到能远距离送电（实质就是使δ角在允许的范围内），就必须每隔300公里左右建设一个特高压变电站，这是电工原理使然，而不是为宣扬交流特高压就把交流特高压说成犹如高速公路可以灵活落点能掩盖的。

以上是针对静态的计算分析结果，而实际电力系统输电更多是要依暂态稳定水平作为约束条件的。根据上述输电能力的相对关系，工程上可以用两条同塔双回路架设的500kV紧凑型与同塔双回1000kV交流特高压相比较，因而当线路发生N-1故障时，500kV超高压线路只损失了1/4的线路，仍保留了3/4的线路，即仍有3回线继续运行；而对1000kV交流特高压却要损失1/2的线路，只剩1/2的线路，即只有一回线继续运行了。不难看出，从暂态稳定的角度而言，500kV超高压比1000kV交流特高压是有明显的优越性。

上述1000KV与500KV输电能力之比约在2倍上下，是以网对网、线路长300公里及其它一些边界条件下典型案例得出的，但进一步的估算分析表明，这一关系具有相当普遍性。当500kV短路电流、特高压线路两端配置的特高压变压器台数，线路段长等边界条件在工程合理范围变动时，甚至在点(电源)对网、链型或网格型等电网接线下同样适用，并且也得到了迄今已投、规划工程的验证，国网的“4~5倍论”是彻底的错了，此论可休矣！

八年多来，在国网“4~5倍论”等一系列错误理论、口号误导下，己投、核准了三个错误的交流特高压工程。

当前，在华北和华东区域电网内错上加错拟建四条交流特高压通道，它们输电能力低下，造成了对电力系统安全威胁最大的1000kV/500kV多重不能解环的电磁环网，浪费投资约千亿之高，多占土地约千个足球场之大。因此，我们在认清错误的“4~5倍论”、不能任其继续误导的同时，更不应无視拟建四条交流特高压通道同样是有百害而无一利。

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。