蒙定中：交流特高壓必將導致停電災害

上世紀世界研究和實(shí)踐交流特高壓輸電技術(shù)失敗了，而直流輸電技術(shù)取得了成功；有史以來(lái)世界上90%的重大停電(每次損失>800萬(wàn)千瓦)都發(fā)生在龐大又自由相聯(lián)的交流電網(wǎng)結構中；我國(除臺灣一次外)為什么從來(lái)沒(méi)有發(fā)生重大停電？  

因為二十多年來(lái)我國電網(wǎng)貫徹了現行《電力系統安全穩定導則》，全國電網(wǎng)基本以直流隔離為六個(gè)大區，任一區事故都不影響鄰區；將全國聯(lián)成一個(gè)交流特高壓同步電網(wǎng)，嚴重違反《穩定導則》分區規定，就會(huì )重走世界上其他國家經(jīng)歷的失敗道路，不但造成嚴重的浪費，而且必然使我國電網(wǎng)發(fā)生重大停電事故。  

日本“東京電力”在1992—1999年建成的1000kV交流特高壓線(xiàn)路共426公里，但未建變電站，只能降壓到500kV運行。國網(wǎng)公司在北戴河會(huì )議報告稱(chēng)：“根據東京電力的預測，2010年期間南巖木特高壓干線(xiàn)有必要升壓運行”。而“國際大電網(wǎng)委員會(huì )”在2007年底日本大阪召開(kāi)＜電力系統發(fā)展會(huì )議＞上，本人作為會(huì )員作大會(huì )報告，既介紹了中國防止重大停電的《穩定導則》經(jīng)驗，又以此來(lái)論證交流特高壓是不可行的。  

當時(shí)從“東京電力”代表得到的回答是：“接受了教訓，不再升壓了。”現日本經(jīng)歷了六年也沒(méi)再升壓，證明國網(wǎng)報告確是不實(shí)宣傳。  

北戴河會(huì )后南方電網(wǎng)公司做了認真、深入的科學(xué)研究，確認了遠距離輸電應采用直流，根本不應采用既不經(jīng)濟又極不安全的交流特高壓。在此情況下，國網(wǎng)公司為了鞏固壟斷，即使明知構建特高壓電網(wǎng)違反《穩定導則》，將構建<交流特高壓國家級電網(wǎng)>改為<交流特高壓三華電網(wǎng)>。  

八年以來(lái)，經(jīng)我們老專(zhuān)家有科學(xué)實(shí)踐理由的大力反對，“十二五”時(shí)間過(guò)半，三華聯(lián)網(wǎng)道路受阻、規劃未批。2013年7月8日，發(fā)改委能源局召開(kāi)標有“特急”字樣的<促進(jìn)電網(wǎng)科學(xué)發(fā)展座談會(huì )>，時(shí)隔八年，再次邀請我們老專(zhuān)家參會(huì )，發(fā)改委能源局新領(lǐng)導聽(tīng)取我們老專(zhuān)家的意見(jiàn)。  

南方電網(wǎng)由于繼續認真貫徹《穩定導則》，在2013年7月能源局召開(kāi)的南網(wǎng)“十二五”規劃審查會(huì )上匯報了<南方電網(wǎng)2013-2020年規劃研究報告>的結論：“南方電網(wǎng)未來(lái)西電東送發(fā)展主要采用直流輸電技術(shù)。同時(shí)，“十二五”期以后不再對各省間電網(wǎng)的交流斷面加強。遠景南方電網(wǎng)將以省區電網(wǎng)為基礎，逐步分解為2～3個(gè)同步網(wǎng)格局”。結論僅討論了一天就得到專(zhuān)家們一致認可，由能源局成文下達執行。  

南網(wǎng)報批報告再次對現行直流和交流特高壓方案作比較，在電網(wǎng)結構上采用直流將南網(wǎng)劃分2～3交流區，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )，結構清晰，完全控制交流電網(wǎng)規模，既解決了交、直流線(xiàn)路併列東送風(fēng)險，又將交流遠距離改為中、短距離輸電，而徹底解決原有的穩定和低頻振蕩問(wèn)題，從電網(wǎng)結構上大大提高安全可靠性。  

遠距離輸電采用直流比交流特高壓更為安全可靠，世界重大停電經(jīng)歷證明，龐大交流電網(wǎng)必然會(huì )出現連鎖反應，如嚴重的美加重大停電經(jīng)歷了N-14連鎖反應才造成失穩大停電。但直流輸電就避免連鎖反應，如直流本身問(wèn)題只會(huì )出現一回直流雙極閉鎖全停(相當于N-2)，由于交流系統故障僅影響直流短時(shí)換相失敗，不可能造成雙極閉鎖全停(相當于N-0，詳見(jiàn)后面分析)，因此交流特高壓無(wú)法和高度安全可靠又更為經(jīng)濟的直流相比。  

采用交流特高壓相當一個(gè)龐大交流電網(wǎng)，既違反《穩定導則》<分區/分散外接電源>，又必然違反<分層>規定，要靠1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng)才能最多送到300萬(wàn)千瓦(不是宣傳的500萬(wàn)千瓦)，龐大交流電網(wǎng)一旦故障，必將引起連鎖反應，造成全停風(fēng)險。而且南網(wǎng)證明采用交流特高壓在經(jīng)濟上也嚴重浪費，總投資3067億元，而直流方案只為1968億元，所以再次否定交流特高壓的采用。  

本人認為，華東應學(xué)南網(wǎng)經(jīng)驗，外來(lái)電力靠直流輸送，“分區”解決短路電。  

2012年3月國網(wǎng)領(lǐng)導劉振亞著(zhù)＜中國電力與能源＞書(shū)中(第177～179頁(yè))，提出了構建三華特高壓電網(wǎng)的必要性：“有利于大規模接受外來(lái)電力”；“采用三華特高壓同步方案，既能從根本上解決短路電流大面識超標問(wèn)題，又徹底解決了因交直流系統相互作用而引發(fā)的華東500千伏電網(wǎng)不穩定的問(wèn)題”。  

中國國際工程咨詢(xún)公司受政府委托邀請20多位專(zhuān)家評估華東交流特高壓輸變電工程。2013年5月29～31日在上海召開(kāi)了“華東四省一市國民經(jīng)濟及電力發(fā)展規劃研討會(huì )”，2013年9月24～25日在北京召開(kāi)了“淮南～南京～上海特高壓交流輸變電工程評估會(huì )”。  

國網(wǎng)公司提交＜華東電網(wǎng)發(fā)展情況調研材料＞和國網(wǎng)公司華東分部提交＜華東電網(wǎng)發(fā)展情況匯報＞和該工程必要性等論證報告，包括其代表發(fā)言，皆按國網(wǎng)領(lǐng)導劉振亞提出的三大必要性作為構建華東交流特高壓工程的主要理由：  

(1)華東建設交流特高壓電網(wǎng)就是為了接受區外交流特高壓來(lái)電。  

(2)華東500kV電網(wǎng)不能承受多回直流同時(shí)閉鎖的沖擊，特別是不能承受將來(lái)更大的直流(如±1100kV、1100萬(wàn)千瓦)閉鎖的沖擊，只能靠交流特高壓電網(wǎng)。  

(3)華東500kV電網(wǎng)不能解決短路電流超標問(wèn)題，只能靠交流特高壓電網(wǎng)。  

針對這些理由，本人逐一進(jìn)行分析。  

1、區外遠距離受電可主要依靠直流輸電解決。  

歐美俄日曾為“遠距離輸電”研究應用交流特高壓失敗，為什么國網(wǎng)公司要重走世界已失敗的道路？回顧上世紀前蘇聯(lián)為實(shí)現交流1200kV的長(cháng)距離(1905公里)輸電，在1985～1994的9年運行中，電暈損耗特大，過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題特嚴重，不得不在線(xiàn)路上都裝設100%補償的并聯(lián)電抗器，結果最多只能送電160萬(wàn)千瓦，實(shí)踐證明前蘇聯(lián)經(jīng)歷多年也不能解決其技術(shù)風(fēng)險，又極浪費投資，不得不永遠降壓500kV運行了。日本東京電力曾建1000kV線(xiàn)路，但未建變電站，只能500kV運行。  

上世紀世界各國為“遠距離輸電”，對直流輸電成功地應用可控硅代替了水銀整流器，從而既安全又經(jīng)濟地達到了“遠距離輸電”的目的，結果同為“遠距離輸電”而研究的交流特高壓在世界上確無(wú)實(shí)用價(jià)值了。  

1965年以來(lái)世界上曾發(fā)生了25次電網(wǎng)重大停電，我們?yōu)槭裁磸牟话l(fā)生？上世紀70年代末，電力部工作組不僅調查分析國內事故，還分析了全世界大停電，認為：“連鎖反應造成大停電的原因-不受控制的系統結構和保護”，所以制定了《電力系統安全穩定導則》。  

改革開(kāi)放以來(lái)，建立了可靠的交/直流、“分層”“分區”的電網(wǎng)結構，“分散外接電源”的電源結構和控制不同故障的“三道防線(xiàn)”，系統失穩可能偶而發(fā)生，但不能造成大停電；而且由于區間為直流聯(lián)網(wǎng)，任一區故障/失穩都不會(huì )波及鄰區。但采用交流特高壓聯(lián)網(wǎng)就完全違反《導則》“分層”“分區”和“分散外接電源”的規定，所以必然步入重大停電的道路。  

輸送容量決定于全系統從送端到受端的全阻抗，因為電源和負荷都在500kV電網(wǎng)，應用交流特高壓必須疊加1000/500kV的升/降壓變壓器，就增大了總的聯(lián)系阻抗，差不多抵消了交流特高壓線(xiàn)路電抗的減少。實(shí)際以600公里輸電計算證明，2回1000kV線(xiàn)路輸電的靜態(tài)穩定只相當于4回500kV線(xiàn)路；而暫態(tài)穩定還不如4回500kV線(xiàn)路輸電。即使多投資采用串聯(lián)電容補償，一個(gè)同塔雙回特高壓線(xiàn)路的輸電能力，只能與2個(gè)同塔雙回的500kV線(xiàn)路相當。根本不是國網(wǎng)公司宣傳的一回1000kV線(xiàn)路輸送能力可達到500kV線(xiàn)路的4～5倍。  

交流特高壓線(xiàn)路和設備更不安全，從2008年初我國南方冰雪災害和2008年5月12日四川汶川里氏8級大地震災害結果證實(shí)，交流電壓愈高的線(xiàn)路倒塔和變電站設備損壞愈嚴重。因此，可按線(xiàn)路倒塔和變電站設備損壞的原因分析，交流特高壓線(xiàn)路和設備最難抗冰雪災害和地震。  

從華東電網(wǎng)負荷、裝機報告指出一次能源資源匱乏，需要從區外受入大量電力。采用交流特高壓輸電的致命弱點(diǎn)必將帶來(lái)停電災害，又極其浪費，600公里內線(xiàn)路投資為交流500kV的3.8倍以上，700/1000/2000公里線(xiàn)路投資為直流的2.4/2.84/4.24倍。因此，不論輸電距離遠近，應用交流特高壓都是不可取的，區外遠距離受電主要靠直流輸電，經(jīng)多年實(shí)踐證明既經(jīng)濟又安全。  

2.華東多回大容量直流饋入根本不需要交流特高壓支持  

2015年南網(wǎng)珠三角/華東長(cháng)三角的直流落點(diǎn)分別是2720/3980萬(wàn)千瓦，落點(diǎn)面積分別為40000/96000平方公里，每平方公里相當落入直流為680/416千瓦，可見(jiàn)珠三角的直流密集秤堪比長(cháng)三角還高，南網(wǎng)早經(jīng)科學(xué)論證多回直流饋入和交流特高壓毫不相關(guān)。多年實(shí)踐證明，造成直流閉鎖停運有兩種原因。  

(1)因直流本身設備/線(xiàn)路問(wèn)題造成全停的雙極閉鎖只能發(fā)生在一回直流輸電上  

如五回直流饋入珠三角從2009～2012年來(lái)，只是在2010/2011年各有一回直流發(fā)生雙極閉鎖全停，相當每回直流經(jīng)歷四年以上才發(fā)生一次雙極閉鎖全停。一旦發(fā)生，對應上海/江蘇/浙江，相當損失3～4%的電源，即使將來(lái)分區，電網(wǎng)都能承受一回最大直流雙極閉鎖的沖擊。但國網(wǎng)公司卻以?xún)苫?、甚至三回直流輸電同時(shí)閉鎖全停來(lái)宣傳交流特高壓的必要性，從國內外有史以來(lái)的直流輸電運行實(shí)踐證明，因直流本身問(wèn)題從未造成過(guò)所宣傳的兩回、甚至三回直流輸電同時(shí)雙極閉鎖全停。  

(2)即使有更大容量直流送到華東也不需要交流特高壓  

國網(wǎng)公司最近又宣傳華東500kV電網(wǎng)特別是不能承受將來(lái)特大的直流(±1100kV、1100萬(wàn)千瓦)閉鎖的沖擊，只能靠交流特高壓電網(wǎng)。  

表一  

從圖表可以看出來(lái)，一回特大容量直流全停占原供電的比例遠小于調度規定6%的旋轉備用，因此即使有更大容量直流送到華東也不需要交流特高壓。由于受端負荷都在500kV電網(wǎng)，如直流送到1000kV電網(wǎng)，則必須花大量投資去建1000/500kV降壓變電站，若按輸送1100萬(wàn)千瓦估算，則浪費約60億元，也使電網(wǎng)結構復雜化，增大輸電阻抗和不必要的變電損耗。世界上直流換流變壓器從未逆變?yōu)榻涣?000kV，這么高電壓的換流變壓器及交流側所有輔助設備在技術(shù)上都沒(méi)有解決，風(fēng)險太大，且大增投資，毫無(wú)必要。  

(3)從我國多年實(shí)踐證明交流系統故障不可能造成多回直流閉鎖同時(shí)停運  

交流系統故障會(huì )造成故障點(diǎn)附近多回直流輸電同時(shí)瞬間換相失敗(不是閉鎖停運)，國內500kV網(wǎng)所有故障都可在0.1秒內快速切除后、再經(jīng)0.15秒直流即恢復運行；即使開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，故障也可在0.3秒切除，直流再經(jīng)0.25秒恢復運行，很可靠的不會(huì )造成本身直流低電壓閉鎖保護動(dòng)作停運。  

經(jīng)多次和南瑞繼保電氣公司和中電普瑞電力公司的高級科技專(zhuān)家們研究，直流站已具備相當耐受交流側低電壓的能力，原來(lái)的直流低電壓保護的整定值可以相適應的改進(jìn)，只要逆變站接入的交流電網(wǎng)不出現長(cháng)時(shí)間電壓崩潰，就可完全避免直流站閉鎖全停。  

中電普瑞電力公司制造的世界電壓最高(±800kV)、容量最大(720萬(wàn)千瓦)、由錦屏送到江蘇蘇南的直流輸電設備，其整流/逆變站直流電壓降到0.1p.u。(10%)時(shí)可承受178秒，這相當可取消其直流低電壓保護，就等于不存在巴西式的直流閉鎖停運問(wèn)題。經(jīng)南網(wǎng)初步和其他直流設備制造部門(mén)(包括西門(mén)子、許繼)研究，現有直流逆變站的電壓整定可改為電壓0.3p.u?；蚋?，時(shí)間4秒或更長(cháng)，也不易因電壓大幅度降低而跳閘。  

3.罩上交流特高壓網(wǎng)必將使500kV電網(wǎng)短路電流有增無(wú)減  

罩上交流特高壓網(wǎng)相當縮短500kV電網(wǎng)各處間的電氣距離，必然增大其短路電流，國網(wǎng)稱(chēng)可降低500kV電網(wǎng)短路電流完全是錯誤宣傳，實(shí)際上是怎樣降低呢？從國網(wǎng)2013年5月“華東電網(wǎng)發(fā)展情況調研材料”報告稱(chēng)“通過(guò)交流特高壓電網(wǎng)發(fā)展，為長(cháng)三角500kV電網(wǎng)解環(huán)和分片運行創(chuàng )造條件，可從根本上解決短路電流超標問(wèn)題”。  

可見(jiàn)國網(wǎng)的回答還是要靠500kV電網(wǎng)自行解環(huán)、分片才能解決。實(shí)際上靠羽毛球拍式的薄弱1000kV網(wǎng)架，將原有堅強的500kV電網(wǎng)解環(huán)、分片來(lái)解決短路電流超標問(wèn)題，嚴重降低運行可靠性。變電站所有變壓器可能分裂成單組運行，降低了主變壓器的利用率，降低了運行的經(jīng)濟性。  

結語(yǔ)：  

南方電網(wǎng)貫徹《穩定導則》的決策值得借鑒，云南以直流輸電東送外，所有500kV交流也通過(guò)直流背靠背東送，采用直流隔離分云南、貴州/廣西、廣東三個(gè)大區，徹底解決長(cháng)距離交直流併列東送風(fēng)險，將原近2000公里輸電的500kV交流線(xiàn)路經(jīng)直流隔離，縮短為中、短距離線(xiàn)路，也徹底解決原有的穩定和低頻振蕩問(wèn)題。  

初步設想廣東用直流背靠背再分兩個(gè)小區，直流分別饋入各小區，既能控制短路容量增長(cháng)，又適合于多回直流安全饋入，還將解決將來(lái)更多直流饋入和裝設更多電廠(chǎng)等一系列安全和短路電流問(wèn)題。上述措施建議按實(shí)際需要盡快實(shí)施、才能盡早發(fā)揮其重要作用。  

國網(wǎng)公司有關(guān)華東電網(wǎng)發(fā)展的主要目的就是要走出三華交流特高壓聯(lián)網(wǎng)的第一步，如果建成，就可迫使政府批準三華聯(lián)網(wǎng)，否則對華東投資744億元的交特工程就等于作廢，因此，要從長(cháng)遠發(fā)展、重新慎重研究。  

交流特高壓輸電的致命弱點(diǎn)必將帶來(lái)停電災害，又極其浪費，600公里內線(xiàn)路投資為交流500kV的3.8倍以上，700/1000/2000公里線(xiàn)路投資為直流的2.4/2.84/4.24倍。因此，不論輸電距離遠近，應用交流特高壓都是不可取的。  

從2015/2020年華東各省市負荷需要和電源規劃證明，將來(lái)包括安徽省都缺電，各個(gè)省市通過(guò)繼續靠遠方直流輸電和在各城鎮負荷中心附近建新電源，各區都各自作到電源/負荷基本平衡，互相之間不需要大量交換電力，現有500kV電網(wǎng)已滿(mǎn)足要求，建成的交流特高壓設施面臨無(wú)電可送，能有電力流嗎？相當作廢了！  

為了保證華東500kV系統的安全，解決短路電流超標問(wèn)題和適應更多直流饋入，將長(cháng)距離的交流輸電改為中、短距離，最經(jīng)濟有效和安全可靠的辦法，就是學(xué)習南網(wǎng)經(jīng)驗，按《穩定導則》提出〈華東分四大區域電網(wǎng)〉的設想，將來(lái)可隨電源和短路電流發(fā)展需要逐步實(shí)現四大〈分區〉，總投資不超過(guò)62億元，為華東交流特高壓聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)投資(744億元)的十二分之一(8.3%)。  

因此，華東應學(xué)南網(wǎng)經(jīng)驗，“分區”既解決短路電流/直流饋入問(wèn)題，各區電源/負荷平衡、根本不需要交流特高壓。建議政府對已批準的華東交流特高壓工程應慎重從新審議，未作出決定前現立即停工。  

因為此工程實(shí)際是三華交流特高壓工程的一個(gè)組成部分，因為原來(lái)多年本來(lái)安全可靠的華北、華中、華東三個(gè)分區，由違反科學(xué)的交流特高壓聯(lián)成三華聯(lián)網(wǎng)，嚴重違反《穩定導則》的〈分區〉〈分層〉〈分散外接電源〉規定，必將構成更極度危險又極其浪費，且難以挽回的嚴重后果。