能源局特高压交流研究课题19

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

中国电力容量发展现已达世界首位，有史以来全世界共发生25次重大停电（每次负荷损失≥800万千瓦）事故，我国除台湾外为什么从不发生？因为中国1981年颁发的《电力系统安全稳定导則》，特别是采用直流分为六个交流大区，长距离输电皆采用直流，而且还发展输送容量增大又更远距离输电的特高压直流，成为世界上发展直流输电工程最快，最多，容量最大的先进国家；因此，直流特高压输电工程技术已经开始走出去，作为我国成功的战略必将对世界作重大贡献。

国网公司为了垄断，采用"交流特高压"要将我国早已用直流隔离的多个交流分区合成一个全国庞大的交流同步大区, 违反《稳定导则》分区/分层/分散外接电源规定；特别是经历上世纪苏联采用交流特高压的运行和欧美日的科研实践证明，比合理应用现行的超高压电网浪费严重高达数千亿元，又极不安全，必将步入重大停电危局。

南方电网公司决定不采用"交流特高压", 按《稳定导则》采用直流将原一个东西长距离大区再分2～3个区，彻底将原近2000公里的交流500kV线路输电改为中短距离或直流输电运行，又避免了原不安全的交直流并列运行；此外，还以直流隔离将广东分东西两个小区，更彻底解决大批远距离直流输电馈入和短路电流超标等一系列安全问题才是英明的决策。

一．首先应分清是"交流特高压"还是"直流特高压"，千万不应混为一談

上世纪欧美俄日为了〈远距离输电〉曾研究"交流特高压"失败，却研究"直流输电"成功。前苏联为实现交流1200kV的长距离(1905公里)输电，从1972年起步，在1985-1994的9年运行中,过电压问题特严重,不得不在线路上都装设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,送电能力不高,又极浪费投资,不得不永远降压500kV运行了。

日本东京电力在1992-1999年建成交流1000kV线路共426公里, 但未建变电站, 只能500kV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"。而在2007年底国际大电网委员会在日本大阪召开的会议中，蒙定中从东京电力得到回答是"接受了教訓，永远不再升压了"，这是现在交流特高压在世界实践的结果。

上世纪在"直流输电"技术上成功地应用可控硅代替了水银整流器,从而既安全又经济地达到了〈远距离输电〉的目的, 自然淘汰了"交流特高压"。从全世界特别中国的直流输电发展快速，不仅远距离输电发展电压更高的"直流特高压"，而且又主要应用直流隔离分六大交流区，确保了我国成为世界上从不发生重大停电的最安全国家。所以要认清"交流特高压"的问题和"直流特高压"的优越性。

2005年联合国经济社会部在纽约发表的报告："交流1200kV曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用，无论如何，超出1000kV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。

此外，联合国文件还从电网结构上指出："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，有优良的特点。"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。又引证损失7000万千瓦的2003年美加大停电事故，任何一处故障都影响整个同步网，同步网愈大、线路愈长、电压崩溃和稳定问题愈严重，更会连锁反应导致全网大停电。南方电网公司决定不采用"交流特高压", 远距离输电又充份发挥了"直流特高压"输电的功能, 才是英明的决策。
二．交直流输电技术经济比较

1. 交流2×1000kV和直流2×±660kV输电工程投资分析

图1 是从工程投资/输电距离的关系分析交直流输电的世界通用方法。

（1） 比较条件：按交流2×1000kV线路

1300公里分四段, 输电靠500kV    图1 交流1000kV和直流输电投资分析

电磁环网支持，设三个中间站；而直流为两回±660kV输电作比较。

（2）比较结果：上述交,直流输电投资比,输送1300公里时为430亿/131亿=3.3倍,两者投资差299亿元。     

（3）结论：600公里以内,采用交流500kV输电既安全又经济；600公里以外,采用直流输电最佳。从图1分析证明，交流1000kV输电毫无实用价值。

2.交流特高压的致命弱点难以解决

(1) 电压问题

国网公司在宣传交流特高压的自然功率相当500kV线路的5倍，就称一回1000kV线路输送容量相当500kV线路的5倍。其实这在原理上恰恰是其致命弱点之一。因为它充电功率大，负荷突变难以控制电压，突降时将出现过电压，事故中负荷转移而突增时，将造成电压崩溃/系统失稳；不得不装设100%（其中约20%在低压）并联电抗器去祗消充电功率，结果大大降低其输电容量。

全世界过去只有前苏联交流1150kV特高压线路运行，它们用接近100%并联电抗器抵消线路的充电功率，虽能限制过电压，但不能多送，结果1150kV线只能送150万千瓦，相当一条500kV线路输电水平。

特高压线路要多送，就不得不研究采用自动可控高压并联电抗器, 前苏联就未研究成功。线路满载时可控高抗将自动控为零，受端跳闸立刻出现工频过电压，300公里为1.43p.u., 600公里为2.18p.u., 还会引起危险的操作过电压，即使研究成功用可控高抗祗能延时增加电抗, 难以保护规定工频过电压祗为1.3～1.4p.u. 以及操作过电压为1.7～1.8p.u.的特高压设备。

国际大电网2007年10月变压器会议指出，可控并联电抗器因为有不断转換动作和谐波影响，其故障比一般变压器又多又严重，如22年来南非765kV并联电抗器38组运行就损坏过20组。又如魁北克735kV电网的并联电抗器就可控失败，一旦可控失败,当可控的综合电抗小於一定值，在单相重合闸单相断开或断路器操作有单/两相断开时, 即发生极其危险的工频串联谐振过电压, 高达额定值的20～36倍，危害严重。

(2) 输送容量问题

主要电源和负荷都在500kV网，应用交流特高压必须叠加1000/500kV的升/降压变压器，增大了联系阻抗。计算证明，2回1000kV线输电的静态稳定祗相当於4回500kV线；而暂态稳定还不如4回500kV线输电。

即使研究成功采用串补，2回1000kV线才和4回500kV线输电容量相当。但它却难以研究成功，例如串补电容电压过高，承担设备平台的绝缘子难予承受地震的沖击等问题，即使成功, 总投资比为2.8倍, 相差162亿元。

在无串补时，2回1000kV线才能输送150～200万千瓦，而不得不靠500kV网支持，结果才能输送300万千瓦。所以, 一回100万伏线路输送容量不如两回50万伏线。

三华交流1000kV线路输送超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，每回线输送能力难以超过300万千瓦，永远达不到国家领导部门的500万千瓦要求。

(3)总投资问题

由於交流特高压输送容量低，一回1000kV线路输送容量最多等於两回500kV线,总投资计算前者为后者的2.6～2.8倍, 两者投资差162～188亿元。特别是有关部门违反世界公认的交直流输电技术经济决策，联合国经济社会

事务局2005年在纽约发表"国际电力联网多方面要点颁布"文件指出，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。但目前输电超出1000～2000公里都不用直流, 而用交流特高压，结果比较两者投资：输送1000公里为2.8倍，2000公里为4倍。所以交流特高压输电毫无实用价值。

三. 特高压输电技术的回顾和展望

上世记六十至八十年代, 前苏联、日、美、意和巴西对交流特高压曾作大量研究，主要目的是为了"长距离输电", 前苏联还共建1905公里1150kV在1985年投运, 最大输送160万千瓦, 因问题多在1994年降500kV运行。日本东京电力建426公里1000kV线路，但末建特高压变电站, 祗能降500kV运行。

在此期间, 世界上对直流输电研究成功'晶闸管', 代替了原有不实用的'水银整流器'，使直流输电更为安全/经济适用於"长距离输电", 交流特高压就没有实用价值了。

联合国经济社会事务局2005年在纽约发表"国际电力联网多方面要点颁布"文件指出，提到交流1200kV曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用, 并指出："达到百万伏以上, 无论如何，能承受如此高电压的实际难度和设备和绝缘的代价，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。所以欧美俄日等将来都不考虑在现有交流电网上再叠加高一级电压，更不考虑采用交流特高压；而充分发挥直流输电的作用。

电网公司用交流特高压祗是为了全国联网, 在2005年北戴河会议上, 更宣传日本东京电力将在2010年升为交流特高压运行，在2007年底日本大阪的国际大电网会中, 东京电力回答根本不考虑交流特高压运行。

现有交流500kV电压完全可以满足中国将来发展的需要, 按上述论证, 交流特高压极不安全, 极为浪费投资和能源, 根本没有实用价值。如果批准「三华联网」走一步, 国家经济必将损失一大步。特请国家领导高度重视交流特高压全国联网问题, 应按科学发展观进行民主讨论, 充分论证；并继续贯彻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, 避免将来难以挽回的决策失误而造成近万亿元的国家损失。

因此, 中国发展成功的特高压直流技术已走向世界、出口巴西, 而违反科学技术祗是为了政治垄断目的而发展的交流特高压在上世纪早已为世界弃用, 还能走向世界吗?