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老曾博客65 业界同仁稿件选登(29) 交流特高压“三华”联网问题严重,政府认真决策才能避免重大停电灾害和上万亿元损失

老曾博客65

 

业界同仁稿件选登(29)

 

交流特高压“三华”联网问题严重  

政府认真决策才能避免重大停电灾害和上万亿元损失 

 

蒙  定  中    

原电力部生产司教授级高工, 国际大电网 CIGRE 和美 IEEE会员 

2014年5月15日

 

 

编者按:

5月15日,全国政协召开了《“发展特高压输电,优化电力布局”双周协商座谈会》,以专家学者身份应邀出席会议的共有7人,其中有4人在会上发言;因发言时间限制,4位专家学者都提交了书面材料:

丁道齐——《1000千伏交流特高压不可行》;

王仲鸿——《工程实践说明交流特高压输电是个浪费巨资的不实用技术》;

曾德文——《辨析发展特高压输电技术的十一项错误舆论,发展直流特高压大容量、高效率、远距离先进输电技术,提高电网发展质量和投资经济效果》;

蒙定中——《交流特高压“三华”联网问题严重政府认真决策才能避免重大停电灾害和上万亿元损失》。

为便于与业界同仁交流,现将在政协双周协商座谈会》上专家学者提交的书面发言材料公诸于众,其中老曾的书面报告已刊登于本博客平台的第54~58期和第60期。

 

 

一. 世界各国历经几十年实践判别交流特高压输电的失败历史

国网公司从来都将“交流特高压”和“直流特高压”混为一談, 以直流的“进步技术”掩盖交流特高压的“失败技术”。 

上世纪欧日为了远距离输电曾研究“交流特高压输电”失败,却研究“直流输电”成功。

前苏联为实现交流120万伏的长距离(1905公里)输电,从1972年起步,在1985—1994的9年运行中, 过电压问题严重, 不得不在线路上装设100%补偿的并联电抗器,最多只能送160万千瓦,实践证明前苏联经历22年也不能解决其技术风险,送电能力差,极度浪费投资,不得不永远降压50万伏运行了。      

日本东京电力在1992~1999年建成交流100万伏线路共426公里, 但未建变电站, 只能50万伏运行。国网公司在2005年北戴河《特高压输电技术研讨会》称:“根据东京电力的预测, 2010年期间南岩木特高压干线有必要升压运行”。本人参加2007年底国际大电网委员会在日本大阪召开的会议时,从东京电力得到的回答是“接受了教訓,永远不再升压了“。但国网公司现仍宣传日本会在2015年升压运行,真是帶欺骗性的宣传。

为了远距离输电,欧日在研究“交流特高压”同时也研究“直流输电”,成功地应用可控硅代替了水银整流器, 既安全又经济地达到了远距离输电目的, 自然淘汰了“交流特高压”。

中国的直流输电发展快速,还应用直流隔离分六大交流区域电网,确保了我国成为世界上从不发生重大停电的最安全国家。因此要认清交流特高压根本不是“先进技术”,而是多个国家经历试验/运行证实的“失败技术”。

2005年联合国经济社会部在纽约发表的报告:“交流120万伏曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用,无论如何,超出100万伏时,能承受如此高电压的实际难度、设备和绝缘的代价,都过高而难以采用”。联合国文件所指包括两个风险:一个是技术难度风险,另一个是经济代价风险,这是世界上从技术经济上判别交流特高压失败的结论。

联合国文件还指出:“长距离输电应用直流,和交流比较,超出600公里都是直流输电的经济距离,而且直流输电比较安全、可靠”。联合国文件还指出不同交流电网通过直流联网,可以避免同步网本身运行出现的很多技术问题。又引证2003年美加大停电事故, 任一处故障都影响整个交流同步网, 同步网愈大,线路愈长, 电压崩溃和稳定破坏愈严重, 更易发生连锁反应而造成全网大停电。

南方电网由于继续认真贯彻《电力系统安全稳定导则》,在2013年7月能源局召开的南网“十二五”规划审查会上汇报了南方电网2013-2020年规划研究报告的结论:“南方电网未来西电东送发展主要采用直流输电技术。同时,十二五期以后不再对各省间电网的交流断面加强。远景南方电网将以省区电网为基础,逐步分解为2~3个同步网格局”南网再分2~3个区的结论得到专家们一致认可, 由能源局成文下达执行。南方电网公司决定不采用“交流特高压”, 远距离输电又充分发挥了“直流特高压”输电的功能,又以直流分2~3个区才是英明的决策。

 

二. 三华交流特高压联网》将造成重大停电灾害 

1.  三华庞大联网必将走上世界重大停电道路 

1965年以来, 世界上共发生了25次重大停电 (每次负荷损失≥800万千瓦以上) ,其中电力容量占世界首位的美国重大停电最多(6次) ,最严重(负荷损失占全部的29.6%)。号称技术先进的美/加/欧共发生14次,次数和负荷损失分别占全部的 56%和 54.2%。从原因分析,重大停电大都发生在区域范围/电力容量皆庞大又自由联网的交流电网结构。

中国电力容量现己占世界首位, 除台湾一次外, 为甚么从不发生重大停电?因为30多年来按《导则》建立了六大区域范围都不大的分区, 区间主要用直流联网, 完全防止了重大停电, 成为世界上最安全可靠的电网结构。

从世界近半个世纪的重大停电事故分析, 那些电网区域范围电力容量过大又自由联网, 一有故障即连锁反应而造成全区重大停电。我国装机容量不少, 但用直流分区后, 各区范围不大, 构成坚强负荷中心, 更分散外接电源, 又不是自由联网,结果很安全。

表1  交流电网结构是否合理是造成或防止重大停电的关键

 

 

 

 国家

 

 装机

(万千瓦)

电网面积(万平方公里)

东西距离(公里)

南北距离(公里)

重大停电

 

   电网结构分析

 

 

 

 

 

损失

(万千瓦)

占比

例(%)

 

南区

 7270

  59

 701

 841

-

   -

 -

交流区域小 - 很安全

 

75500

 551

1870

2945

3

10100

23.6

不用直流分区(或分区不足) 使交流区域过大;更难以分散外接电源构成点对网的分区结构;结果成为一旦故障即连锁反应全区的宠大自由联网结构

 

西区

20000 

 328 

1169

2805 

3

 5042

11.8

 

欧洲

84500

1016

5200

3400

4

 7161

16.8

 

巴西

8900

 851

3200

3200

5

 9687

22.7

 

印度北区

 2704

 120

1500

 800

3

 9673

18.9

区间交直流并列, 形成庞大自由联网

 

 

东北

6305

  73

 600

1280

-

  -

 -

主要用直流分区, 各区范围不大,现行电压既可构成负荷中心和相互联系的骨干, 并作为分散电源的点对负荷中心输电(远距离则用直流) , 并解除电磁环网,成为可控制故障连锁反应的安全电网结构

 

华北

15202

 112

1060

1100

-

  -

 -

 

 

华中

17473

 131

1650

1250

-

  -

 -

 

 

华东

17706

  57

500

1140

-

  -

 -

 

 

华南

17473

 120

2020

 800

-

  -

 -

 

 

西北

 5751

 135

1930

1050

-

  -

 -

 

 

台湾

2009负荷

   4

 135

 324

1

1550

 4

不分散外接电源;低频减载/低频切机不配合

 

三华

特高压联网

50381

 360

2350

2530

   ?

 ?

从装机/范围/自由联网走上美国道路;且交流特高压更不如美国超高压安全/经济

 

三华联网从网内装机电网范围自由联网方式都走上北美不安全道路;特别更危险的是交流特高压比美国现有超高压更不安全 更浪费,可见后果更为严重。

2. 为远输电不得不违反《导则》构成无数100/50万伏电磁环网, 更不安全 

到底一回交流特高压线路输送能力能否达到500万千瓦?如仅为单回线按导则规定经历单相瞬时故障时,近距离300公里是勉强达到。三华联网却全部是同塔双回线,按规定要保持一回线故障跳闸后的稳定, 则300公里也达不到了。

三华联网更是2000公里以上,每隔300~400公里必须靠50万伏网支撑,才能远输电,结果不得不违反现行《电力系统安全稳定导则》的分层规定,构成无数100/50万伏电磁环网,但仍不能多送电, 因为一旦100万伏线路故障,原输电力就转移到50万伏电网,电力稍大就会造成稳定破坏事故。

我国历史上最严重的2006年7月1日华中电网失稳事故就是50万伏线路跳闸,178万千瓦电力通过50/22万伏〈电磁环网〉转入22万伏网造成稳定破坏。构成电磁环网违反《导则》,国网在事故后不得不将其解环。明知电磁环网违反《导则》,为了推行交流特高压,仍错误使用数十处100/50万伏电磁环网”,不仅极其浪费, 平均一回也祗能送300万千瓦, 仍然永远达不到国网公司一贯宣传的500万瓦输送能力,更严重的是埋下了数十处重大停电災害的隐患。

世界历史实践证明只有按我国《电力系统安全稳定导则》确立的〈分层〉〈分区〉〈分散外接电源〉的“三分”结构才能防止重大停电。以交流特高压实行三华联网完全破坏已建成的“三分”结构,成为比经历重大停电的北美欧电网结构更为危险电网。违背《导则》又光应用仿真计算,对如此复杂的电网根本不能判别它的安全;仅用《N-1/部分N-2 仿真》判别出来的结论是虚假的。 

3.  交流特高压线路设备更难抗冰雪地震

2008年1月我国南方地区出现冰雪灾,电压愈高的输电线路,覆冰愈严重,更易倒塔。如浙江省的倒塔数:50万伏–167;22万伏- 43;11万伏-23。因为50万伏线每相为4分裂导线,单回共12、双回共24分裂导线, 而且塔高, 塔距长,以致倒塔严重。

交流特高压100万伏线不仅每相为8分裂, 都用同塔双回, 共2×3×8=48条粗大的630导线,它比50万伏线路的导线不仅数量多一倍, 且每根导线更粗, 同样的覆冰厚度,重量更重, 且平均塔高77公尺 (约为50万伏两倍), 塔距长达530公尺, 更不安全。

这次灾害中, 华中、华东和南网倒塔上千,因区间都是直流联网,互不影响,若是五纵六横的交流特高压联网,倒塔更严重,必然全部崩溃瓦解。

2008年5月12日四川汶川发生里氏8级特大地震时, 电压最高的50万伏变电站的高压套管、瓷柱、瓷套都过高,头重脚轻,地震时震动摇摆, 造成根部断裂,不可修复,只能更新22万伏瓷柱, 瓷套损坏不严重, 因其高度不高。 

特高压变电站更难抗地震,特高压示范工程110 万伏设备瓷套更高达11.3公尺,相当於50/22万伏瓷套高 (4.6/2.5公尺) 的 2.5/4.5 倍,头更重、脚更轻, 地震时更易根部断裂。

 

三. 国网号称交流特高压能输送500万千瓦是帶欺骗性的宣传 

国网公司从2005年北戴河会议至2011年1月的两个建议和汇报,皆称一回交流特高压线路输送能力将达到500万千瓦,是50万伏线路的4~5倍,所以交流特高压输电就节约投资又节省线路走廊。

2010年8月12日国家能源局国能电力〔2010〕239号批复晋东南-南阳-荆门扩建工程的文件明确要求:“确保晋东南至荆门特高压试验示范工程稳定输送能力达到500万千瓦以上”。

    发改委批准的准南-上海的633公里同塔双回特高压工程,不仅安徽今后根本缺煤、缺电无电外送,即使有电送出,按《导则》标准,每回线输送能力也仅为240万千瓦,而且它每段线不能长, 必需在皖南和浙北共建两个100/50万伏变电站来靠50万伏网联接支持才能送电,结果还构成极不安全的电磁环网。

输送容量决定於全系统从送端到受端的全阻抗,因为电源和负荷都在50万伏网,应用交流特高压必须叠加100/50万伏的升/降压变压器,就增大了联系阻抗, 差不多抵消了交流特高压线路电抗的減少。

实际以600公里输电计算证明, 2回100万伏线路输电的静态稳定祗相当於4回50万伏线;而暂态稳定还不如4回50万伏线输电。即使研究成功采用串补,一个同塔双回特高压线路的输电能力,只能与2个同塔双回的50万伏线路相当。 

更为严重的是交流特高压工程投资奇高, 其同塔双回线造价约1500万元/公里;而具同样输电能力的2个同塔双回50万伏双回线投资约700万元/公里, 不到一半, 走廊宽度相同。特高压线路每隔250~300公里就必须有变电站, 每个投资约20~30亿元,更极其浪费。

输电距离远时,交流特高压经济性更差,一个1000公里输送460万千瓦的工程,若采用交流特高压的投资为250亿,而采用直流(±66万伏) 送电只需88亿,相差2.84倍。因此,以交流50万伏和直流输电来代替交流特高压输电,完全可以满足中国电网的发展,在经济上优势更是交流特高压望尘莫及。

三华交流100万伏线路输送超过2000公里,构成所谓“五纵六横”网架,实际上是故障时负荷自由转移的不安全结构。每回线输送能力都难以超过300万千瓦,永远达不到国网宣传政府部门指定500万千瓦的要求, 结果交流特高压输电就大大浪费投资和线路走廊。

   

四. 继续按现行《电力系统安全稳定导则》分层、分区、分散外接电源将永远既经济又可靠保持我国在世界上的电网安全领先地位 

1. 充分发挥直流输电实现“分区”和远距离输电的作用   

按中国经验采用直流联网将庞大的交流系统分为若干区,它不仅达到正常联网效益, 还可控制联网潮流防止一个区故障的频率崩溃电压崩溃失稳振荡波及相邻区更将大区范围固有的动态和暂态稳定、低频振荡或“连锁跳闸”等一系列复杂问题彻底解决。

按2006年7月1日华中电网事故的故障录波分析,华中唯一对华北的交流联网在事故中起了坏作用, 不仅促进了华中电网的失稳, 而且延误了再同步和恢复运行的时间。所以,区间联网必须用背靠背或长距离直流输电,个别交流联网祗是暂时性措施。

过去50万伏网由黑龙江经华北、华中联到四川就发生低频振荡,影响东北的北电南送暂态稳定降低50万千瓦,2008年底东北-华北间投入背靠背直流就彻底根除了这个问题 

交流特高压示范工程将华北-华中相联就出现低频振荡,因两侧发电机群愈多、等价转动惯量愈大、振荡频率愈低、阻尼更弱,低频振荡功率高达20%, 只能降低其输送容量到160万千瓦运行。

实践证明,直流输电完全可以满足我国电源基地远距离、大规模输送的要求如五个直流逆变站密集珠三角地区,包括2010年6月投运的±80万伏云广直流特高压输电,总容量达1580万千瓦, 占广东负荷的23%,居世界首位四个逆变站密集长三角地区,容量达1320万千瓦。

2009年11月10日巴西大停电主因之一,是依泰普〔Itaipu〕水电站送出的两回±60万伏共630万千瓦的直流逆变站所在交流电网电压崩溃而全停。

因此,交流电网怎样支撑直流多落点、特别是直流特高压输电的安全重点是怎样防止电压崩溃?南网已有实践经验,根本和国网宣传的交流特高压无关。

在直流联网的条件下, 多大的交流区域比较合适?它和采用的最高一级电压如交流50万伏输电远可达500~600公里, 常用200~400公里,由它首先构成一个或几个负荷中心, 然后扩及全区。根据上述表1世界实践数据,一个大区的东西/南北距离大约都不大於1000公里比较合适,如有条件再缩小,不少固有的运行问题更易处理, 更保安全。

2. 加强负荷中心骨干网架                    

大区内负荷中心应有坚強环网和大机組支持, 增大短路容量和惯性联络各负荷中心的骨干主要是加強大区总体结构,使外接电源对大区接近单机对无穷大。

骨干网架应作负荷中心电力交換,不应长期作单方向的大容量电力传送。

3. 分散外接电源

在负荷中心或区外的远方电源(包括交、直流)不应在电源侧相联,应独立直送负荷中心,每一输电走廊电力一般不应大於受端负荷中心的10%。任一外接电源线路出问题或失稳, 形成单机对无穷大系统的振荡仅此单机处於送端,能快速恢复正常运行其他送端电源皆成为受端,使电网更可靠。

 

五. 结  

国网公司为实现“三华”交流特高压联网, 根本不允许从科学技术经济环保等各方面作民主客观论证分析,又以特高压直流的优越来掩盖交流特高压的固有缺陷。因为有了三华联网就实现权力《垄断》,违背了2002年国务院5号文件关于电力体制改革方案打破垄断、引入竞争精神。

如果不按国家规定必经的审批程序,不按科学发展观经由不同观点的专家充分论证民主讨论,就批准“三华”特高压联网走一步, 不仅对安全掩下严重稳患,而且必将使国家经济蒙受一步重大损失。

电网科学发展应继续坚持贯彻30多年来对我国电网安全起重要作用的《电力系统安全稳定导则》,慎重决策, 避免因决策失误而造成难以挽回的三华交流特高压朕网重大停电災害和上万亿元的国家财产损失。

 

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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