摘要
決定大區電網以直流互聯的主要優點在于,兩交流電網可以非同步運行;兩網可以互相隔離,不傳送短路功率,有利于再發展;大區之間的周邊聯網問題,一般都是較小容量的效益型聯網,可以因地制宜,選擇不同聯網方式;采用或者有可能采用背靠背換流站時,需要考慮中長期規劃;直流輸電可以取代特高壓交流輸電方式,問題在于特高壓的技術難點難以解決;與西北聯網及其內部更高一級電壓等級采用500kV問題;展望21世紀電網發展的新技術;全國電網大面積互聯的逐步形成,需要有全面的預見性。
關鍵詞 大區電網互聯 直流輸電 規劃
大區電網互聯的基本模式,經過不斷討論,現在已經逐步明確以下4個基本點:①加強大區500 kV交流電網,形成堅強的網絡結構,有靈活的網架以適應多種變化,并采用靈活控制的交流輸電技術;②交流電網應局限在大區內部發展,大區電網之間應以直流互聯,以取得非同步運行與互相隔離作用;③大區電網向周邊的弱聯網,可以采用直流聯網,也可以采用交流的一點聯網方式;④特大容量的遠距離輸電,應用直流輸電經送大區500 kV交流主網網架,并為全國聯網作準備。
大區電網互聯除上述基本點外,還需要明確幾個重要問題。
1 大區電網以直流互聯的主要功能與效益
大區電網以直流互聯的主要功能和效益,是兩交流電網可以非同步運行。
直流輸電與同等條件下的交流輸電相比,直流輸電對環境影響小、輸送容量大,所需線路走廊占地也少。
更為重要的是:直流聯網可以使所聯接的兩交流電網實行非同步運行(即各自分別進行調頻調壓、獨立調度、互不干擾);對所聯兩交流網起隔離作用(即不傳送短路功率,不影響開關遮斷容量),有利于兩網的進一步擴展。
因此,選定直流聯網的主要因素,是決定于它的運行功能的*性,而不局限于工程的初期造價。現在直流輸電工程的造價有時偏高,其主要原因是進口設備價格偏高。而電網的長期運行*性,則是zui為重要的。直流設備的國產化,是其降低造價的關鍵問題。
2 大區之間的周邊聯網問題
大區電網之間的周邊聯網,一般都是屬于效益型的周邊弱聯網,與大區之間的主干線強聯網有所不同。周邊弱聯網的特點是傳輸容量比較小或者是在網中比較弧立。對此,可以采用直流聯網,也可以采用交流500kV一點聯網方式;只有當網絡條件允許時才可以采用500kV交流同步互聯。但交流同步聯網切勿連續延伸,以免形成跨大區的交流復雜環網,避免可能產生環流和引起多發性事故,影響安全運行。
3 直流輸電的背靠背換流站問題
直流輸電可以有兩種方式:①兩端換流站,中間直流線路;②兩端交流線路,中間背靠背換流站。由于直流背靠背換流站的兩站在一起,連接線很短,而且電壓很低,其設備投資與建設費用都比兩端的換流站的設備投資及建設費用之和為少。但是直流線路本身的單位長度造價卻比交流線路要低很多。所以,長距離的直流輸電工程,兩端換流站、中間直流輸電線路方式,就比兩端交流線路、中間背靠背換流站方式要經濟得多。這是zui常見的方式。
中間背靠背換流站方式的特點,是可以以后加入;或者是在已有的交流線路中插入;或者是先建交流線路,以后有必要時再建背靠背換流站。
規劃中將來有可能要補裝背靠背換流站時,需做初期及終期的經濟比較,如無利可圖,宜于一次建成,或采用兩端換流站方式。
4 直流輸電可以取代特高壓交流輸電
發展百萬伏高壓交流輸電,已成為當前爭論的重要問題,現在基本可明確:無論是輸電或是聯網,直流都可以取代交流特高壓。
(1)特高壓交流輸電有許多技術上的難點
主要的難點是:①從超高壓等級升到特高壓等級,在線路設計上與設備研制上,進入了絕緣特性曲線的飽和區段的技術難題,絕緣距離大為增加;②特高壓交流輸電的環境影響比超高壓更為嚴重,如輸電線路電暈對無線電、電視的干擾等等。③而且交流特高壓的電磁場可能產生的生態影響,如今還沒有研究結論。所以,從高壓專業考慮,不宜采用特高壓交流輸電。而且,在直流輸電技術已經更為成熟、更為進步的情況下,以直流輸電取代交流特高壓輸電的呼聲更為高漲,以至國外許多特高壓研究項目已經紛紛下馬,研究設施關閉。
(2)從系統專業考慮,主張采用交流特高壓的觀點主要來源于:
1)輸送特大電源點的電力,疊加到500kV電網之上:將已有的500kV電網分割(如日本的試驗、試建工程);或將幾個500kV網相聯(如前蘇聯規劃的試驗試建工程),以求得輸送和分配大量電力,并降低500kV電網的短路電流。但是這兩個試建工程的成敗和經驗教訓,尚無正式結論。所以不能以此為依據,來建立我們的規劃方案。
2)從上對電壓等級所推薦的序列出發,220/500kV之上應發展1200kV特高壓等級。這是一種推薦意見,并無實踐經驗的依據,所以不能作為準則。
現在,直流輸電,無論在遠距離大容量輸電方面還是系統作用方面,都可以取代百萬伏交流特高壓。只是要在受端500kV電網上,做好多個直流引入的合理安排與靈活調度的規劃問題。
5 與西北聯網及其內部電壓等級問題
大區電網的互聯,談到西北電網時必然會觸及西北電網內部的500kV與750kV電壓等級的爭論問題。西北地區的330kV電網已發展了20多年,它適應西北地區的特點,但現在已處于周邊500kV電網的包圍之中。其上一級電壓究竟是發展750kV,還是在500kV鄰網包圍的客觀形勢下,順其自然地以500 kV向周邊聯網。決策之道在于實事求是,因地制宜:
(1)對遠距離、大容量向外區輸電聯網的主干線強聯網,建議采用直流聯網方式,其主要目的是取得非同步聯網的運行效益。
(2)對周邊弱聯網,容量不會超過2000MW,宜于采用500kV或500kV同塔雙回路,一點聯網方式。當工程經濟有利時,也可采用直流輸電聯網方式。
(3)西北地區之內,330kV電網之上,本來也可以仿照某一外國實例,疊加一級750kV電壓,其目的是為了遠距離輸送大容量電力。但是這在直流輸電技術已經得到很快發展的今天,很容易取而代之。而且如果勉強地采用750kV電壓,必須同時或早日形成比較堅強的750kV網絡,至少是雙回路,方可避免上一個更高電壓等級所造成的初期zui易出現的薄弱環節。這樣才可以謀求打開330kV電網與220kV電網,以達到限制短路容量的目的。在周邊都是500kV電網的情況下,750kV線路又不宜延伸至網外,在區內也不宜與周邊電網的500kV相連,避免裝設750/500kV聯絡變壓器,以減少投資和事故互相波及,何況750kV電壓的電磁影響也還有事故。
由于上述原因,筆者認為,西北地區內部不宜采用750kV新電壓等級,以避免新上一個更高電壓等級,必然會出現的工程設計與設備研制等方面的諸多困難。
(4)西北地區向外區輸電聯網,既已確定對大容量主干線強聯網采用直流輸電非同步聯網方式;而向周邊的弱聯網又可以采用一點聯網的500kV交流方式,顯然在此情況下,西北地區內部的主網架也宜于采用500kV交流電壓。西北地區同時存在330與220kV兩種電壓,500kV電壓雖然距離330kV似稍近了點,但對220kV電壓也是適宜的。這樣可以避免產生另一新的750kV電壓。同時,在西北地區內部還可以把330與220kV,統一在500kV網架之上。這樣就可與西北地區之外的各網電壓一致起來。
總之,筆者建議在西北電網的220/330kV之上,可以疊加一級500kV電壓。500kV與直流輸電相配合,既能滿足其他大區的需要,也可以滿足西北地區本身的需要。
何況,一條500kV的同塔雙回路的輸送容量,就相當一條750kV單回路的輸送容量。它們所占用的出線走廊也基本相當。
所以,500kV作為西北地區內部的主網電壓,并配合以直流輸電向網外輸電聯網,這和全國其他地區的模式是一致的,也是*可以滿足需要的。
6 展望21世紀電網發展的新技術
(1)靈活交流輸電技術
大區交流電網的發展,主要是加強500kV的網絡結構,要有明確的分區規劃,有靈活的可分可合的網架,以適應地區靈活調度及限制短路容量的需要。
采用靈活交流輸電技術(FACTS),可以實現交流電網的可控性。它是應用電力電子學的成就以及現代自動化控制技術,實現對常規的交流輸電系統的輸電功率潮流的靈活控制,以極大地提高現有輸電線路的輸送能力,提高電力系統的穩定水平。
(2)多端直流輸電技術
通常的兩端直流輸電可以代替一般的特高壓交流輸電。發展三端直流輸電技術,就可以滿足中間落點的需要,以取代特高壓交流輸電。
多端直流輸電系統,還可以用于:①直流主干線送端多電源的匯集和受端多負荷點的分配系統;②起到增強交流系統網架的作用。
(3)多個直流輸電在受端電網上落點
直流輸電在受端網上的落點,代表著區外電源,是完成聯網效益的重要電源。對受端網架,要有一個妥善的規劃,要有調度方便靈活的安排,要有利于電源與負荷的靈活調配,要有利于分區的合理安排,以減少短路容量。
大區電網的網架,是雙環。電網的連接方式,是雙環網分段,以利于切換滿足經濟調度。
大區電網發展到這一階段,必將出現許多新設計方案,許多新技術。因而,要及早進行研究。
7 全國電網大面積互聯的逐步形成和有預見性的發展
全國電網的大面積互聯,將是一個較長的發展過程,需要有近期的經濟實效和遠景的預見性。我們要力爭前面所指出的發展方針,即上述的4個基本點。然而,也可能出現逐步過渡的發展階段;出現難以避免的或者短期中難以避免的迂回的、同步與非同步相串聯的現象。因此在規劃中應有所準備、有所預見,方能有備無患。
通常首先zui容易想到的、遇到的是先建交流輸電問題,而后打算如有必要再建背靠背換流站,改為直流聯網。這種觀望態度,常存在于周邊弱聯網,兩端相距不遠的條件下,特別是增建背靠背換流站的必要性為期尚遠的情況下。這種背靠背換流站的直流輸電方式,不宜應用于遠距離、大容量、主干線聯網。要以早期不得已而出現過的先建長距離大容量交流線路,而后建背靠背換流站的實例,引以為戒。
總之,全國聯網是一個實事求是的發展過程,要按照既定的發展準則,因地制宜地實施。所聯各網又是互聯關系緊密的,因而全國聯網規劃必須照顧到全國和遠景關系,要有充分的預見性,方能無憾于未來!
決定大區電網以直流互聯的主要優點在于,兩交流電網可以非同步運行;兩網可以互相隔離,不傳送短路功率,有利于再發展;大區之間的周邊聯網問題,一般都是較小容量的效益型聯網,可以因地制宜,選擇不同聯網方式;采用或者有可能采用背靠背換流站時,需要考慮中長期規劃;直流輸電可以取代特高壓交流輸電方式,問題在于特高壓的技術難點難以解決;與西北聯網及其內部更高一級電壓等級采用500kV問題;展望21世紀電網發展的新技術;全國電網大面積互聯的逐步形成,需要有全面的預見性。
關鍵詞 大區電網互聯 直流輸電 規劃
大區電網互聯的基本模式,經過不斷討論,現在已經逐步明確以下4個基本點:①加強大區500 kV交流電網,形成堅強的網絡結構,有靈活的網架以適應多種變化,并采用靈活控制的交流輸電技術;②交流電網應局限在大區內部發展,大區電網之間應以直流互聯,以取得非同步運行與互相隔離作用;③大區電網向周邊的弱聯網,可以采用直流聯網,也可以采用交流的一點聯網方式;④特大容量的遠距離輸電,應用直流輸電經送大區500 kV交流主網網架,并為全國聯網作準備。
大區電網互聯除上述基本點外,還需要明確幾個重要問題。
1 大區電網以直流互聯的主要功能與效益
大區電網以直流互聯的主要功能和效益,是兩交流電網可以非同步運行。
直流輸電與同等條件下的交流輸電相比,直流輸電對環境影響小、輸送容量大,所需線路走廊占地也少。
更為重要的是:直流聯網可以使所聯接的兩交流電網實行非同步運行(即各自分別進行調頻調壓、獨立調度、互不干擾);對所聯兩交流網起隔離作用(即不傳送短路功率,不影響開關遮斷容量),有利于兩網的進一步擴展。
因此,選定直流聯網的主要因素,是決定于它的運行功能的*性,而不局限于工程的初期造價。現在直流輸電工程的造價有時偏高,其主要原因是進口設備價格偏高。而電網的長期運行*性,則是zui為重要的。直流設備的國產化,是其降低造價的關鍵問題。
2 大區之間的周邊聯網問題
大區電網之間的周邊聯網,一般都是屬于效益型的周邊弱聯網,與大區之間的主干線強聯網有所不同。周邊弱聯網的特點是傳輸容量比較小或者是在網中比較弧立。對此,可以采用直流聯網,也可以采用交流500kV一點聯網方式;只有當網絡條件允許時才可以采用500kV交流同步互聯。但交流同步聯網切勿連續延伸,以免形成跨大區的交流復雜環網,避免可能產生環流和引起多發性事故,影響安全運行。
3 直流輸電的背靠背換流站問題
直流輸電可以有兩種方式:①兩端換流站,中間直流線路;②兩端交流線路,中間背靠背換流站。由于直流背靠背換流站的兩站在一起,連接線很短,而且電壓很低,其設備投資與建設費用都比兩端的換流站的設備投資及建設費用之和為少。但是直流線路本身的單位長度造價卻比交流線路要低很多。所以,長距離的直流輸電工程,兩端換流站、中間直流輸電線路方式,就比兩端交流線路、中間背靠背換流站方式要經濟得多。這是zui常見的方式。
中間背靠背換流站方式的特點,是可以以后加入;或者是在已有的交流線路中插入;或者是先建交流線路,以后有必要時再建背靠背換流站。
規劃中將來有可能要補裝背靠背換流站時,需做初期及終期的經濟比較,如無利可圖,宜于一次建成,或采用兩端換流站方式。
4 直流輸電可以取代特高壓交流輸電
發展百萬伏高壓交流輸電,已成為當前爭論的重要問題,現在基本可明確:無論是輸電或是聯網,直流都可以取代交流特高壓。
(1)特高壓交流輸電有許多技術上的難點
主要的難點是:①從超高壓等級升到特高壓等級,在線路設計上與設備研制上,進入了絕緣特性曲線的飽和區段的技術難題,絕緣距離大為增加;②特高壓交流輸電的環境影響比超高壓更為嚴重,如輸電線路電暈對無線電、電視的干擾等等。③而且交流特高壓的電磁場可能產生的生態影響,如今還沒有研究結論。所以,從高壓專業考慮,不宜采用特高壓交流輸電。而且,在直流輸電技術已經更為成熟、更為進步的情況下,以直流輸電取代交流特高壓輸電的呼聲更為高漲,以至國外許多特高壓研究項目已經紛紛下馬,研究設施關閉。
(2)從系統專業考慮,主張采用交流特高壓的觀點主要來源于:
1)輸送特大電源點的電力,疊加到500kV電網之上:將已有的500kV電網分割(如日本的試驗、試建工程);或將幾個500kV網相聯(如前蘇聯規劃的試驗試建工程),以求得輸送和分配大量電力,并降低500kV電網的短路電流。但是這兩個試建工程的成敗和經驗教訓,尚無正式結論。所以不能以此為依據,來建立我們的規劃方案。
2)從上對電壓等級所推薦的序列出發,220/500kV之上應發展1200kV特高壓等級。這是一種推薦意見,并無實踐經驗的依據,所以不能作為準則。
現在,直流輸電,無論在遠距離大容量輸電方面還是系統作用方面,都可以取代百萬伏交流特高壓。只是要在受端500kV電網上,做好多個直流引入的合理安排與靈活調度的規劃問題。
5 與西北聯網及其內部電壓等級問題
大區電網的互聯,談到西北電網時必然會觸及西北電網內部的500kV與750kV電壓等級的爭論問題。西北地區的330kV電網已發展了20多年,它適應西北地區的特點,但現在已處于周邊500kV電網的包圍之中。其上一級電壓究竟是發展750kV,還是在500kV鄰網包圍的客觀形勢下,順其自然地以500 kV向周邊聯網。決策之道在于實事求是,因地制宜:
(1)對遠距離、大容量向外區輸電聯網的主干線強聯網,建議采用直流聯網方式,其主要目的是取得非同步聯網的運行效益。
(2)對周邊弱聯網,容量不會超過2000MW,宜于采用500kV或500kV同塔雙回路,一點聯網方式。當工程經濟有利時,也可采用直流輸電聯網方式。
(3)西北地區之內,330kV電網之上,本來也可以仿照某一外國實例,疊加一級750kV電壓,其目的是為了遠距離輸送大容量電力。但是這在直流輸電技術已經得到很快發展的今天,很容易取而代之。而且如果勉強地采用750kV電壓,必須同時或早日形成比較堅強的750kV網絡,至少是雙回路,方可避免上一個更高電壓等級所造成的初期zui易出現的薄弱環節。這樣才可以謀求打開330kV電網與220kV電網,以達到限制短路容量的目的。在周邊都是500kV電網的情況下,750kV線路又不宜延伸至網外,在區內也不宜與周邊電網的500kV相連,避免裝設750/500kV聯絡變壓器,以減少投資和事故互相波及,何況750kV電壓的電磁影響也還有事故。
由于上述原因,筆者認為,西北地區內部不宜采用750kV新電壓等級,以避免新上一個更高電壓等級,必然會出現的工程設計與設備研制等方面的諸多困難。
(4)西北地區向外區輸電聯網,既已確定對大容量主干線強聯網采用直流輸電非同步聯網方式;而向周邊的弱聯網又可以采用一點聯網的500kV交流方式,顯然在此情況下,西北地區內部的主網架也宜于采用500kV交流電壓。西北地區同時存在330與220kV兩種電壓,500kV電壓雖然距離330kV似稍近了點,但對220kV電壓也是適宜的。這樣可以避免產生另一新的750kV電壓。同時,在西北地區內部還可以把330與220kV,統一在500kV網架之上。這樣就可與西北地區之外的各網電壓一致起來。
總之,筆者建議在西北電網的220/330kV之上,可以疊加一級500kV電壓。500kV與直流輸電相配合,既能滿足其他大區的需要,也可以滿足西北地區本身的需要。
何況,一條500kV的同塔雙回路的輸送容量,就相當一條750kV單回路的輸送容量。它們所占用的出線走廊也基本相當。
所以,500kV作為西北地區內部的主網電壓,并配合以直流輸電向網外輸電聯網,這和全國其他地區的模式是一致的,也是*可以滿足需要的。
6 展望21世紀電網發展的新技術
(1)靈活交流輸電技術
大區交流電網的發展,主要是加強500kV的網絡結構,要有明確的分區規劃,有靈活的可分可合的網架,以適應地區靈活調度及限制短路容量的需要。
采用靈活交流輸電技術(FACTS),可以實現交流電網的可控性。它是應用電力電子學的成就以及現代自動化控制技術,實現對常規的交流輸電系統的輸電功率潮流的靈活控制,以極大地提高現有輸電線路的輸送能力,提高電力系統的穩定水平。
(2)多端直流輸電技術
通常的兩端直流輸電可以代替一般的特高壓交流輸電。發展三端直流輸電技術,就可以滿足中間落點的需要,以取代特高壓交流輸電。
多端直流輸電系統,還可以用于:①直流主干線送端多電源的匯集和受端多負荷點的分配系統;②起到增強交流系統網架的作用。
(3)多個直流輸電在受端電網上落點
直流輸電在受端網上的落點,代表著區外電源,是完成聯網效益的重要電源。對受端網架,要有一個妥善的規劃,要有調度方便靈活的安排,要有利于電源與負荷的靈活調配,要有利于分區的合理安排,以減少短路容量。
大區電網的網架,是雙環。電網的連接方式,是雙環網分段,以利于切換滿足經濟調度。
大區電網發展到這一階段,必將出現許多新設計方案,許多新技術。因而,要及早進行研究。
7 全國電網大面積互聯的逐步形成和有預見性的發展
全國電網的大面積互聯,將是一個較長的發展過程,需要有近期的經濟實效和遠景的預見性。我們要力爭前面所指出的發展方針,即上述的4個基本點。然而,也可能出現逐步過渡的發展階段;出現難以避免的或者短期中難以避免的迂回的、同步與非同步相串聯的現象。因此在規劃中應有所準備、有所預見,方能有備無患。
通常首先zui容易想到的、遇到的是先建交流輸電問題,而后打算如有必要再建背靠背換流站,改為直流聯網。這種觀望態度,常存在于周邊弱聯網,兩端相距不遠的條件下,特別是增建背靠背換流站的必要性為期尚遠的情況下。這種背靠背換流站的直流輸電方式,不宜應用于遠距離、大容量、主干線聯網。要以早期不得已而出現過的先建長距離大容量交流線路,而后建背靠背換流站的實例,引以為戒。
總之,全國聯網是一個實事求是的發展過程,要按照既定的發展準則,因地制宜地實施。所聯各網又是互聯關系緊密的,因而全國聯網規劃必須照顧到全國和遠景關系,要有充分的預見性,方能無憾于未來!
關鍵詞:變壓器
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