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交流特高压电网的安全性

日期:2015-01-10  

国际电力网

2015
01/10
09:39
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关键词: 特高压 三华电网 南阳变电站

(一)交流特高压输电的运行上限功率达不到设计值。交流特高压输电线的典型设计是双回线600万千瓦,除晋东南示范工程外,其他七条输电线都是这样设计的。但运行值的上限决定于输电线受干扰后的最大输送功率,交流特高压输电线路运行都达不到设计值600万千瓦。根据淮南经浙北到上海交流特高压输电线的仿真计算,在规范故障干扰后,暂稳极限值在400万千瓦左右不等(在不同分段中)。实际输电线的有效利用率不到70%,浪费了输电设备配套能力。

(二)低静稳极限值是交流特高压输电的固有弱点。交流特高压输电的暂稳极限值(实际运行上限值)低于设计值主要在于其静稳极限低,承受不了严重的故障干扰。根据理论分析,交流特高压输电线的典型分段距离为300千米,按静态稳定极限确定(取85%)的运行上限只有626万千瓦,高出设计值仅4%,安全裕度很小,在设计功率(600万千瓦)运行下都承受不了一般故障。对比超高压区域电网,后者都能承受N-1故障冲击达到输电设计值。于是在超高压区域网内新建的交流特高压输电线成为安全短板瓶颈,运行不能达到设计值600万千瓦。这种固有缺点很难解决,任何提高安全的工程措施都会进一步加大已高出一倍的昂贵造价,使交流特高压输电技术更处劣势。

(三)现场试验和输电设计验证了交流特高压输电的不安全性。交流特高压输电的瓶颈是静态稳定,这也为交流特高压示范工程的两次现场试验所证实。扩建前的输电设备配套能力是280万千瓦,而录波图显示平均输电功率达到254万千瓦的振荡超出20%,按运行规程不能运行。扩建后要求输电达到500万千瓦,现场试验录波图显示平均功率达到518.7万千瓦,但输电只达到中间南阳变电站,是试验全长距离(640千米)不到60%。远距输电能力是以距离和功率的乘积为标志的,试验的输电距离只有要求的60%,扩建后的输电能力也没有达到500万千瓦的能力。由录波图可知,扩建前后的功率振荡幅度分别为平均功率的22.8%和10%,不规则的振荡周期高达200秒,这是典型的静态失稳前的特征,而不是通常电网的机电振荡(机电振荡周期约在10秒内)。经理论估算,扩建前后(长治到南阳段)的静态稳定极限为303万千瓦和623万千瓦,运行上限功率分别为257.6万千瓦和529万千瓦,理论分析和现场试验结果相符,都没有能达到要求值。国网宣传交流特高压输电具有500万千瓦的输电能力,不仅与现场试验不符,而且与其提出的七条交流特高压输电线的设计也不符,设计值为双线600万千瓦,相当于一线300万千瓦,而不是500万千瓦。国网负责人还在2014年5月的政协调研协商会上说,交流特高压输电具有4、5倍的超高压(交流500千伏)输电能力,经过对已设计的输电参数比较估算,只有不到2倍,误差在100%以上。这种错误的概念来自把输电能力简单地孤立为输电线部分的等值电抗比较,没有计及输电线以外的电网和变压器电抗,造成误差高达100%,用这样的错误估计来指导推广交流特高压技术,后果可想而知。

(四)五横五纵、三华电网不如原区域超压电网的结构模式安全。三华电网是国网一直坚持的未来电网模式,并且采用切香肠方式在区域超高压网中实施,准备最后互联完成。问题的关键是三华网会带来什么好处?世界最大的超高压同步网已经达到七八亿千瓦,还没有遇到工程技术困难,为什么我们要在约2亿千瓦的三个同步网(华北、华东和华中电网)之上新建一个特高压网、互联合并成一个特高压大同步网?国网用仿真解释说,通过N-1故障检验是安全的。但原超高压区域电网通过N-1安全检验更安全。问题还不仅如此,世界电网面对未来的共同的难题是如何降低大停电发生概率,这是未来发展电网必须考虑的问题,三华电网缺乏详实研究,只简单说可以用计算机监控技术解决。大停电就是大面积的停电,一定是故障连锁发生的结果,虽然概率低,但社会损失是灾难性的,必须应对研究解决。大停电连锁故障就是先行故障引发了后续的连锁故障,这里的关键是如何降低先行故障对电网的冲击,电网结构在这里起着决定性作用。

与超高压电网相比,三华电网的棋盘结构发生大停电连锁故障的概率要大一倍。超高压电网是保证大都市圈负荷的安全建立的,以千万千瓦计的城市圈大负荷中心都是由6、7路以上外来输电供电的,并把它们接在双母线受端环网上,当一路来电故障切断后,会由其余外来输电线和本地发电厂来承担故障转移功率,对每条外来输电通道的冲击与非故障输电路数成反比,即约1/5到1/6。而三华电网为了保证输电能力,必须结成纵横交错的棋盘式结构,每个结点由四路输电线支撑,当一路故障切断后,对其余非故障输电路的冲击是1/3,相对冲击要比超高压电网高约一倍,也相当于发生连锁故障大停电的概率要高一倍。三华电网是把三个超高压电网同步联在一起,相当于把三个鸡蛋放在一个篮子里,发生大停电的损失就会大到三倍。两者综合起来,三华电网的大停电风险损失要大到六倍。

 

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