蒙定中 原電力部生產(chǎn)司教授級(jí)高工、國際大電網(wǎng)委員會(huì)CIGRE和美IEEE會(huì)員

2015年6月30日

一、中國超高壓電網(wǎng)的發(fā)展

上世紀(jì)70年代末，電力部工作組為了解決當(dāng)時(shí)的嚴(yán)重事故，不僅調(diào)查分析國內(nèi)事故，還對(duì)全世界大停電、特別對(duì)1965年北美大停電認(rèn)真研究，認(rèn)為：“連鎖反應(yīng)造成大停電的原因-不受控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)”，所以制定了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和全國實(shí)現(xiàn)了全國《繼電保護(hù)四統(tǒng)一》。

改革開放以來，建立了可靠的交/直流分層分區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分散外接電源結(jié)構(gòu)和三道防線，系統(tǒng)失穩(wěn)可能偶而發(fā)生，但不能造成重大停電；而且由于區(qū)間為直流聯(lián)網(wǎng)，任一區(qū)故障/失穩(wěn)都不會(huì)波及鄰區(qū)。

1.分區(qū)/分散外接電源

龐大電網(wǎng)應(yīng)分區(qū)，區(qū)間應(yīng)由直流聯(lián)網(wǎng)。圖1和2表示中國六個(gè)分區(qū)和區(qū)內(nèi)按導(dǎo)則規(guī)定的典型結(jié)構(gòu)，是防止大停電的可靠基礎(chǔ)。

- 按中國經(jīng)驗(yàn)采用直流聯(lián)網(wǎng)將龐大的交流系統(tǒng)分為若干大區(qū)，都將原有動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、連鎖跳閘等一系列復(fù)雜問題徹底解決；按實(shí)際需要，有長距離輸電和背靠背兩種直流方式。

- 華北與東北電網(wǎng)初期采用交流聯(lián)網(wǎng)時(shí)穩(wěn)定問題突出，曾引起低頻圖1中國六大分區(qū)電網(wǎng)振蕩，限制了東北網(wǎng)北電南送降低50萬千瓦，2008年改為直流背靠背聯(lián)網(wǎng)方式，問題就徹底消除了。

- 華北和華中采用單回交流500kV聯(lián)網(wǎng)，從2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故證明它促成失穩(wěn)和恢復(fù)同步運(yùn)行都起負(fù)作用。

- 大區(qū)內(nèi)負(fù)荷中心應(yīng)有堅(jiān)強(qiáng)環(huán)網(wǎng)和大機(jī)組支持，增大短路容量和慣性。

- 聯(lián)絡(luò)各負(fù)荷中心的骨干主要是加強(qiáng)大區(qū)總體結(jié)構(gòu)，使外接電源對(duì)大區(qū)接近單機(jī)對(duì)無窮大；骨干應(yīng)作負(fù)荷中心間電力交換，不應(yīng)長期作單方向的大容量電力傳送。

- 送負(fù)荷中心的遠(yuǎn)方電源（不論大區(qū)內(nèi)外、包括交、直流）都不應(yīng)在電源側(cè)相聯(lián)，應(yīng)獨(dú)立直送負(fù)荷中心。

- 每一輸電走廊電力一般不應(yīng)大于受端負(fù)荷的10%。

- 任一遠(yuǎn)方電源/線路出問題或失穩(wěn)，形成單機(jī)對(duì)無窮大系統(tǒng)的振蕩，僅此單機(jī)處于送端，其他送端電源皆成為受端，作為受端電源的后盾，使電網(wǎng)更可靠/快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖2 典型大區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

- 不超過600公里的外接電源可采用現(xiàn)有500kV線路的點(diǎn)對(duì)負(fù)荷中心輸送；超過600公里采用直流輸電。按照聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)社會(huì)事務(wù)局2005年發(fā)表的《國際電力聯(lián)網(wǎng)的多方面要點(diǎn)頒布》也指出超過600公里長距離輸電應(yīng)用直流。

- 一個(gè)500kV網(wǎng)區(qū)的東西/南北距離大約不大于1000公里比較合適。預(yù)想將來我國有的大區(qū)還宜再分區(qū)，既滿足發(fā)展需要，將會(huì)解決短路電流過大和適應(yīng)多回直流安全饋入等一系列問題，更為安全可靠；由于實(shí)踐證明區(qū)域不應(yīng)過大，有的還將縮小其范圍，所以現(xiàn)有的500kV電壓完全滿足發(fā)展需求。

- 目前大區(qū)內(nèi)有再分區(qū)的需要，如南方電網(wǎng)已決定還要以直流隔離分2-3個(gè)大區(qū)并已經(jīng)能源局批準(zhǔn)，規(guī)劃廣東再以直流隔離分東西兩個(gè)小區(qū)。總的效果特出，以將近2000公里的500kV交流輸電，部分改為直流輸電，部分縮短為中、短距離交流輸電，又解決原交直流并列運(yùn)行的不安全問題，更消除低頻振蕩，解決短路電流超標(biāo)、保證多回直流密集安全饋入廣東等一系列問題。

- 蒙工曾研究為適應(yīng)華東電網(wǎng)發(fā)展的需要，采用直流隔離再分四個(gè)大區(qū)，既解決短路電流超標(biāo)、保證多回直流密集安全饋入，又縮短交流輸電距離，確比已批準(zhǔn)的交流特高壓聯(lián)網(wǎng)更為安全，投資僅為交流特高聯(lián)網(wǎng)工程的十二分之一。

2.電網(wǎng)分層和各層分區(qū)

分層指不同電壓的線路不應(yīng)經(jīng)變壓器併列運(yùn)行，是消除不同電壓的電磁環(huán)網(wǎng)，中國過去曾因電磁環(huán)網(wǎng)中高壓線跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低壓線而發(fā)生過大量失穩(wěn)事故。

中國最嚴(yán)重的2006年華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故就因電磁環(huán)網(wǎng)造成。這是過去國內(nèi)停電事故的主要原因，不按分層解決電磁環(huán)網(wǎng)將隱藏重大隱患。分層后下面各級(jí)電壓也分區(qū)，如220kV再分區(qū)，下面圖3 分層結(jié)構(gòu)110/35kV又分區(qū)，再下面20/10kV更分區(qū)，各級(jí)分區(qū)都宜按實(shí)際條件具備一定支撐電源、自動(dòng)備用/保安電源。

二、中國超高壓電網(wǎng)的評(píng)價(jià)

1970至1980年我國共發(fā)生210次失穩(wěn)事故嚴(yán)重， 電力部組成工作組， 制定了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，1981年由當(dāng)時(shí)電力部長主持［全國電網(wǎng)穩(wěn)定會(huì)議］并頒發(fā)此《穩(wěn)定導(dǎo)則》。2001年又由國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)發(fā)布， 作為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。近30多年來按《穩(wěn)定導(dǎo)則》建立了「分層」「分區(qū)」「分散外接電源」的『三分』電網(wǎng)結(jié)構(gòu)， 建立了六大分層分區(qū)結(jié)構(gòu)， 區(qū)間主要用直流聯(lián)網(wǎng)。按《穩(wěn)定導(dǎo)則》貫徹在事故時(shí)〈保持系統(tǒng)完整性（三道防線）〉和〈保持系統(tǒng)電壓（無功分層就地平衡）〉的安全規(guī)定。完全防止了大區(qū)范圍的重大停電。中國電力容量近年來占世界首位，除臺(tái)灣一次外，為甚么從不發(fā)生重大停電？因?yàn)?0多年來貫徹了《穩(wěn)定導(dǎo)則》，成為世界上最安全可靠的防止電網(wǎng)大停電的中國經(jīng)驗(yàn)。

2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故是中國有史以來最嚴(yán)重事故，負(fù)荷損失379.4萬千瓦（小于每次損失超過800萬千瓦的25次世界重大停電），事故原因一是進(jìn)口的500kV雙回線繼電保護(hù)在正常運(yùn)行時(shí)誤動(dòng)跳閘，二是380萬千瓦電力經(jīng)電磁環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到220kV線路而使華中全網(wǎng)失穩(wěn)振蕩。1996年5月26日華北電網(wǎng)失穩(wěn)振蕩事故也因500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)造成。1994年5月25日南方電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解事故也因美國進(jìn)口的距離保護(hù)誤動(dòng)引起。因此，如果認(rèn)真貫徹《穩(wěn)定導(dǎo)則》的<分層>規(guī)定，即高/低壓系統(tǒng)分層而不應(yīng)電磁環(huán)網(wǎng)，且采用我國繼電保護(hù)既可靠又便宜而不用進(jìn)口繼電保護(hù)設(shè)備，那么這樣的事故也不會(huì)發(fā)生了。

三、國際超高壓電網(wǎng)的評(píng)價(jià)

1965年以來，世界超高壓電網(wǎng)共發(fā)生25次重大停電（每次負(fù)荷損失＞800萬千瓦），其中當(dāng)時(shí)電力容量占世界首位的美國重大停電最多（6次），最嚴(yán)重（負(fù)荷損失占29.6%）；號(hào)稱技術(shù)先進(jìn)的歐/（北）美共發(fā)生14次，占56%，負(fù)荷損失共27645萬千瓦，占54%。

美國超高壓電網(wǎng)區(qū)域龐大又自由聯(lián)網(wǎng)，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應(yīng)波及全網(wǎng)。距離保護(hù)設(shè)計(jì)/應(yīng)用不當(dāng)，因故障造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移到相鄰線路時(shí)將不斷連鎖反應(yīng)跳閘，直至失穩(wěn)振蕩。涉及振蕩的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)又錯(cuò)誤的不斷連鎖跳閘，直至瓦解。

巴西超高壓電網(wǎng)不分區(qū)，比美國還大，東西/南北距離長達(dá)3200公里，以復(fù)雜電壓級(jí)230/345/440/500/750kV自由聯(lián)網(wǎng)，更易故障連鎖反應(yīng)，不僅會(huì)失穩(wěn)瓦解，又會(huì)電壓崩潰使直流輸電全停，如2009年11月10日Itaipu水電送出、受電全停。

印度超高壓電網(wǎng)雖分五大區(qū)，但區(qū)間聯(lián)絡(luò)線不僅是直流，且還有交流，相當(dāng)一個(gè)全國交流大區(qū)，根本不起分區(qū)的安全作用，一旦線路因過負(fù)荷或故障跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移將陸續(xù)使線絡(luò)跳閘，直至發(fā)生失穩(wěn)，波及相鄰大區(qū)全停。

歐洲以380kV構(gòu)成世界區(qū)域最寵大超高壓電網(wǎng)，2006年11月4日事故說明僅德國停運(yùn)2回線，就連鎖反應(yīng)跳20回線，包括7回220kV線，解列成三個(gè)區(qū)，又因西歐靠東歐以交流380kV送926萬千瓦，不是獨(dú)立由直流輸送，結(jié)果損失1700萬千瓦。繼電保護(hù)問題比美國更嚴(yán)重，如有的距離保護(hù)更附加過電流元件，更難以防止促成事故的連鎖跳閘。但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，采用直流分區(qū)；目前已應(yīng)用42套直流作隔離設(shè)施，將歐洲分很多“分區(qū)”，以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。這說明中國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)驗(yàn)已得到世界的重視。

加拿大超高壓電網(wǎng)中北部水電各以735kV線路3回和5回線分兩通道南送，各占受端負(fù)荷31%和61%，線路故障引起失穩(wěn)造成一通道全停，影響另一通道電壓崩潰/失穩(wěn)也全停，從結(jié)構(gòu)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國分散外接電源不應(yīng)超過受端負(fù)荷10%的安全條件。繼電保護(hù)同屬北美NERC規(guī)定，誤動(dòng)問題相同。

日本超高壓電網(wǎng)分9個(gè)大區(qū)，所以從不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)事故。東京電力電網(wǎng)無功補(bǔ)償不足，無低壓減載，電壓崩潰，繼電保護(hù)過負(fù)荷連鎖跳閘，曾造成重大事故。

臺(tái)灣345kV電網(wǎng)不分區(qū)、自由聯(lián)網(wǎng)，由于南電北送的臺(tái)南線路故障，負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并列線路失穩(wěn)跳閘，臺(tái)南4回345kV線全跳，中北部嚴(yán)重缺電，頻率降低/低頻減載不足/發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)跳閘全停。

從上述世界重大停電證明，關(guān)鍵的問題一是超高壓交流電網(wǎng)過于寵大，又自由聯(lián)網(wǎng)，一旦線路故障/跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移到并列的線路過負(fù)荷跳閘，不斷連鎖反應(yīng)跳閘，直至重負(fù)荷轉(zhuǎn)移到聯(lián)系薄弱相當(dāng)高阻抗的系統(tǒng)而發(fā)生失穩(wěn)振蕩，波及整個(gè)交流系統(tǒng)。國外設(shè)計(jì)和整定不當(dāng)?shù)木€路和發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)就因失穩(wěn)跳閘，結(jié)果系統(tǒng)瓦解大停電。

所以，從近半個(gè)世紀(jì)歷史證明，中國的超高壓電網(wǎng)由于貫徹《穩(wěn)定導(dǎo)則》建立了「分層」「分區(qū)」「分散外接電源」的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建立了六大分層分區(qū)結(jié)構(gòu)，區(qū)間主要用直流聯(lián)網(wǎng)和〈繼電保護(hù)四統(tǒng)一〉的安全策略，所以保證安全，除臺(tái)灣外從不發(fā)生重大停電。

四、中國超高壓電網(wǎng)的利用率不足，尚有巨大潛力

根據(jù)美國能源部能源信息管理局《Electric Power Annual 2010》年報(bào)公布的數(shù)據(jù)，2010年美國全國裝機(jī)容量113856.3萬千瓦，230～765kV交流超高壓輸電線路總長271598公里，超高壓線路單位長度支撐的發(fā)電裝機(jī)容量為4192千瓦／公里；而《電網(wǎng)調(diào)研報(bào)告》公布的數(shù)據(jù)，2010年中國全國全口徑裝機(jī)容量96641萬千瓦，220～750kV交流線路長度為432110公里，交流超高壓線路單位長度支撐的發(fā)電裝機(jī)容量為2236千瓦／公里。兩國相比，當(dāng)時(shí)中國裝機(jī)容量當(dāng)時(shí)是美國的85%，超高壓線路總長度是美國的1.6倍，單位超高壓線路長度支撐的發(fā)電裝機(jī)容量卻只有美國的53.3%。同日本相比，中國只是日本相應(yīng)數(shù)據(jù)7846千瓦／公里的28.5%。

《電網(wǎng)調(diào)研報(bào)告》指出，截至到2010年底，交流超高壓輸電線路中，全國60%的500kV輸電線路的利用率均在50%及以下，其中26%的500kV省間聯(lián)絡(luò)線平均輸送功率占經(jīng)濟(jì)輸送功率的比例在30%至50%之間，34%的500kV省間聯(lián)絡(luò)線平均輸送功率占經(jīng)濟(jì)輸送功率的比例小于30%。相對(duì)交流輸電來說，直流輸電利用效率較高一些，直流跨區(qū)跨省線路平均輸送功率達(dá)到設(shè)計(jì)能力的50%。

為提高和充分發(fā)揮中國超高壓電網(wǎng)的利用率和巨大潛力，完全可以通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃不斷完善和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，特別是釆用先進(jìn)輸電技術(shù)HVDC+FACTS等，就可能將500kV超高壓區(qū)域電網(wǎng)的單位線路承載能力提高到美國、甚至日本的水平。

（1）按《電網(wǎng)調(diào)研報(bào)告》提供的數(shù)據(jù)推算，中國220～750kV交流線路的利用率，如果達(dá)到美國4192千瓦／公里的水平，則中國220～750kV交流系統(tǒng)將可承載約18億千瓦的裝機(jī)容量；如果達(dá)到日本7846千瓦／公里的水平，則中國220～750kV交流系統(tǒng)將可承載約34億千瓦的裝機(jī)容量。

（2）根據(jù)美國能源部能源信息管理局《Electric Power Annual 2010》年報(bào)公布的數(shù)據(jù)，美國交流500kV超高壓線路長度為41227公里，大約50%的裝機(jī)容量（56928萬千瓦）直接接入交流500kV超高壓系統(tǒng)，500kV交流超高壓系統(tǒng)的利用率為13808千瓦/公里；據(jù)中電聯(lián)《2010年電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)基本數(shù)據(jù)》，中國500kV超高壓交流線路長度為127099公里，大約80%裝機(jī)（71196萬千瓦，除西北電網(wǎng)）直接接入500kV系統(tǒng)，500kV超高壓系統(tǒng)的利用率為5606千瓦/公里。兩者相比，500kV超高壓系統(tǒng)裝機(jī)容量中國為美國的1.25倍，交流500kV超高壓線路長度為美國的3.1倍，中國500kV超高壓系統(tǒng)的利用率僅是美國的40.6%。

如果將中國500kV單位超高壓輸電線路長度支撐的發(fā)電裝機(jī)容量5606千瓦／公里提高到美國的13808千瓦／公里，則中國現(xiàn)有五大500kV超高電壓區(qū)域電網(wǎng)承受裝機(jī)容量的能力將從7.1億千瓦提高到約17.5億千瓦，完全可以五大500千伏超高電壓區(qū)域電網(wǎng)今后15～20年發(fā)展的需求。

（3）如果再考慮220kV以下高壓輸電系統(tǒng)的巨大潛力并對(duì)其加以完善和改造，今后分布式新能源、太陽能、風(fēng)能等可再生電力就地接入220kV以下高壓輸電系統(tǒng)，中國現(xiàn)有的高壓和超高壓系統(tǒng)將可能承擔(dān)更大的裝機(jī)容量。

由上可知，中國現(xiàn)有的高壓和超高壓系統(tǒng)經(jīng)完善和技術(shù)改造后完全可能承受20億～34億千瓦的裝機(jī)容量能力。按有關(guān)權(quán)威部門預(yù)測(cè)，2010年～2020年，中國平均每年新增1億千瓦裝機(jī)容量，中國現(xiàn)有的高壓和超高壓系統(tǒng)完全可以滿足今后15～20年發(fā)展的需求，完全不需要在超高壓區(qū)域電網(wǎng)上再構(gòu)建交流特高壓電網(wǎng)。

那種一再宣揚(yáng)“目前我國500kV電網(wǎng)已開始出現(xiàn)輸電能力不足、輸電走廊緊缺等一系列問題，僅依靠現(xiàn)有超高壓輸電技術(shù)很難滿足未來電力增長的需要”的與論是完全站不住腳的。世界上北美、歐洲電網(wǎng)已有的實(shí)踐也證明，中國到2020年完全可以通過完善原有的區(qū)域超高壓主干電網(wǎng)就能滿足國家發(fā)展的需要，沒有必要新建交流特高壓電網(wǎng)。

五、結(jié)論

交流特高壓聯(lián)網(wǎng)違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》，完全破壞超高壓電網(wǎng)的安全基礎(chǔ)，30多年來我國超高壓電網(wǎng)除臺(tái)灣外從不發(fā)生重大停電，主要是貫徹了《穩(wěn)定導(dǎo)則》的「分層」「分區(qū)」「分散外接電源」規(guī)定。但國網(wǎng)要發(fā)展交流特高壓聯(lián)網(wǎng)完全違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》的三分規(guī)定，違反「分區(qū)」，將原多個(gè)大區(qū)以交流特高壓聯(lián)成大規(guī)模同步電網(wǎng)；違反「分層」建成大多500kV/1000kV電磁環(huán)網(wǎng)，在發(fā)生連鎖性大停電事故時(shí)“三道防線”或“統(tǒng)一調(diào)度”都將變得無能為力。這是因?yàn)閷櫞蟛环謪^(qū)、不分層的電網(wǎng)連鎖反應(yīng)性故障必然是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種混合動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)自組織臨界特性驅(qū)動(dòng)下導(dǎo)致的連鎖故障，無法按照人為規(guī)定的預(yù)定解列點(diǎn)實(shí)現(xiàn)解列，最后必然導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰，走上歐美重大停電的不安全道路。何況交流特高壓完全不同于目前世界上所用的超高壓，它在技術(shù)原理上有致命弱點(diǎn)，極不安全，極其浪費(fèi)。

隨著今后電源、負(fù)荷的發(fā)展，目前超高壓大區(qū)電網(wǎng)將有再分區(qū)的需要，如南方電網(wǎng)已決定還要以直流隔離分2-3個(gè)大區(qū)并已經(jīng)能源局批準(zhǔn)，規(guī)劃廣東再以直流隔離分東西兩個(gè)小區(qū)。總的效果特出，以將近2000公里的500kV交流輸電，部分改為直流輸電，部分縮短為中、短距離交流輸電，又解決原交直流并列運(yùn)行的不安全問題，更消除低頻振蕩，解決短路電流超標(biāo)、保證多回直流密集安全饋入廣東等一系列問題。蒙工曾研究為適應(yīng)華東電網(wǎng)發(fā)展的需要，采用直流隔離再分四個(gè)大區(qū)，既解決短路電流超標(biāo)、保證多回直流密集安全饋入，又縮短交流輸電距離，確比已批準(zhǔn)的交流特高壓聯(lián)網(wǎng)更為安全，投資僅為交流特高聯(lián)網(wǎng)工程的十二分之一。

如果批準(zhǔn)交流特高壓聯(lián)網(wǎng)走出一步，國家經(jīng)濟(jì)必將損失一大步。特請(qǐng)國家領(lǐng)導(dǎo)高度重視這一重大問題，應(yīng)按科學(xué)發(fā)展觀進(jìn)行民主討論，充分論證；并繼續(xù)嚴(yán)格認(rèn)真貫徹30多年來對(duì)我國電網(wǎng)安全起重要作用的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，慎重決策，避免將來難以挽回的決策失誤而造成近萬億元的國家損失。