能源局特高压交流研究课题7——短路电流研究

蒙定中 原电力部生产司教授级高工、国际大电网委员会CIGRE和美IEEE会员

2015年6月30日

前言

随着电网规模的扩大和电源装机容量的增加，电网短路电流水平必将不断增长；国网公司宣传发展交流特高压可以解决，实际上在华东超高压电网盖上交流特高压网证明只能增大短路电流。随着电源/负荷的增大，短路电流必将增加，最有效的可行办法还是继续贯彻《电力系统安全稳定导则》<分区>的规定，将现有的大区以直流隔离再适当分多个区，不仅解决短路电流超标，而且将原大区的长距离交流输电改为中、短距离，又特别适应多回直流分别馈入不同的分区，更保证直流的安全运行。

一、南网再分区解决原庞大交流电网固有的不安全问题、包括短路

电流问题

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>，结论为:“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”。南网分区的结论仅讨论了一天就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”，采用直流分2～3个大区，现又研究将广东采用直流分东西2个小区，彻底将原近2000公里的交流500kV线路的远距离输电有的改为直流输电，有的改为中短距离运行，又避免了原不安全的交直流并列运行，特别彻底解决多回直流馈入广东的安全和短路电流超标问题。

广东以直流隔离分两区后，一是500kV电网各处短路电流降低约5～15千安，保持为正常的40～55千安水平，既保持足够的动态无功储备，又不超标；还免去了将大多数断路器由50千安更换为63千安的工程和费用，特别是GIS站更难以实行；更不需要装设短路电流限制器、串联电抗、高阻抗的升/降压变压器等设备，如已装设有的反而对运行起负作用。同时适应今后更多的新建核电和燃气机组等可靠投入运行。

直流分区有三种方法，第一种是应用直流背靠背分区，我国早已应用的［西北－华中］［东北－华北］和［中－俄］黑河背靠背运行可靠，具备良好分区功能。另一是华中-南网和华中-华东是以直流输电朕系两个分区。前几年本人研究采用直流逆变站在受电同时，也可实现分区的目的。因为这样可以節省了背靠背工程投资，起到分区隔离作用，但达不到背靠背可以完全灵活互传电力的功能，对这样的直流受电逆变站则可按需要设置不同的容量分别送给两分区，而两分区互传电力的功能不像背靠背那么灵活，因此可以从实际的技术经济条件决定是否采用。

广东应用直流再分两个小区，其中方案一设三个直流背靠背站，投资约30亿元；方案二因运用直流逆变站兼任分区功能，祗增装一个直流背靠背站，投资祗约10亿元，都可彻底解决短路电流超标问题。

二、华东用直流再分四个分区建议，既确保安全又能控制短路电流增长

就在2013年5月上海《华东四省一市国民经济及电力发展规划研讨会》上，蒙定中针对国网公司〈华东交流特高压联网>，已提出了华东分区的设想。

根据国网公司2012年12月和2013年5月《华东“十二五”电网发展规划》三个报告，从2015/2020年华东各省市负荷需要和电源规划证明，将来各个省市、包括安徽省都缺电，怎样解决呢？一是继续靠远方直流输电，二是在各城镇负荷中心附近建新电源，各自作到电源/负荷基本平衡，互相之间不需要大规模输电，现有500kV电网已满足要求，根本不需要交流特高压联网。为了解决由於增设发电机组必然出现短路电流超标问题和保证更多直流馈入的安全问题，最经济有效和安全可靠的办法，还是贯彻《稳定导则》釆用直流将华东电网(隔离)异步互联分为四个分区。各区事故互不影响，更不可能同时发生失稳/电压崩溃/频率崩溃任何瓦解事故。

华东电网应怎样发展？按国网公司规划就要浪费740亿元投资、覆盖一个交流特高压电网，祗是短时不必要的从煤电倒流的安徽输出祗占全网2.2%的电力，严重浪费。如将来用直流分四大区，各区电源负荷基本平衡，区间潮流不大，原有500kV电网已足够应用，建成的交流特高压设施无电可送，甚至违反导则〈分区〉功能，祗能作废了。分区后彻底解决短路电流超标问问题，50千安断路器（特别是GIS）不再需要更换为63千安了，每区都保持40～50千安的安全水平，主要目的是在事故时为电网提供相当紧急无功储备，特别适合直流受电需要。分区后不希望短路电流过低，所以不应特意采购增大短路阻抗的50万伏变压器，串联电抗器、短路电流限制器等，因为一旦分区，它们有的都起负作用、等於作废了。

我国早已应用的［西北－华中］［东北－华北］和［中－俄］黑河背靠背运行可靠，具备良好分区功能。图2按华东省市间2012年夏季高峰/2013年冬季高峰调潮流(来自国网报告)研究直流背靠背的位置和容量，随着电源/负荷的发展，所有省市间潮流应有减无增，以选择其容量。

图2华东五省市间电力潮流和背靠背分区条件

(7个直流背靠背共775万千瓦)

第二种是应用直流受电逆变站实行分区(图3、4)

图3用直流分区图4直流逆变站分区接线

如接受溪洛渡直流远距离输电的浙江省武义逆变站，将来按浙江/福建所需电力分两部分受电，即达到〈分区〉目的(现有的宁双两回500kV交流联络线适当改为背靠背运行)，因为将来两省都缺电，不需多投资就可得到〈分区〉安全/经济效果。将来用直流隔离分为四大〈分区〉的总投资不超过62亿元，为华东交流特高压联网静态投资(744亿元)的十二分之一(8.3%)，不旦经济且运行安全可靠，彻底解決短路电流超标问题。

三、结语

南方和华东500kV电网按《稳定导則》〈分区〉，才是彻底解决短路电流超标的有效办法，再分区后，各区都保持40～50千安的安全水平；50千安断路器（特别是GIS）不再需要更换为63千安了，原来为限制短路电流而装设的电抗器、限流器、增大变压器阻抗等都不再需要，如装了有的对运行反而起负作用了。

2012-2013年国网公司关於华东电网发展的三个报告都提出罩上交流特高压电网可以解决短路电流超标问题，实际上罩上交流特高压网相当缩短500kV网各处间的电气距离必将使其短路电流有增无减，国网完全是错误宣传，实际上是怎样降低呢？国网的报告还是要对500kV电网解环、分片才能解决。结果盖上1000kV电网后为解决短路电流超标问题，靠羽毛球拍式的薄弱1000kV网架，将原有坚强的500kV电网解环、分片，严重降低运行可靠性，变电站所有变压器可能分裂成单组运行，降低了主变压器利用率，降低了运行经济性。华东将来各区电源(包括直流馈入)/负荷基本平衡，根本不需要交流特高压，采用直流再分四大分区，才彻底解决短路电流超标和多回直流安全馈入等所有安全问题，况且采用直流再分四大分区的投资祗为华东交流特高压工程的十二分之一。