特高壓電網運行風險辨識

王鳳霞

（國網安徽省電力公司電力科學研究院，安徽 合肥 230601）

1 電網現狀及存在問題

上世紀80年代初期，我國開始發展500kV超高壓電網，對我國改革開放和經濟快速發展起到了支撐作用。目前國家電網公司由5個區域電網組成，供電范圍包括26個省(區、市)。其中，華北電網與華中電網以特高壓交流同步方式相聯，其余各區域電網之間以及與俄羅斯電網之間通過直流異步相聯。5個區域電網中，西北電網主網架為750kV，東北、華北、華中、華東電網主網架電壓等級均為500kV。

近10年，隨著國民經濟快速發展，電網裝機容量和負荷迅速增加，各區域輸電網隨之快速發展，越來越多的大型電廠直接接入500kV電網，導致500kV站點短路電流超標問題突顯。以華東電網為例，已有接近30%的廠、站500kV短路電流超標，最大短路電流超過80kA，不得不采取停運線路、更換設備、短線搭接成長線等技術措施來降低短路電流。這在一定程度上降低了短路電流給設備造成的風險，但同時也削弱了電網間的強聯系，給電網安全穩定運行帶來負面影響。以華東電網為例，到2020年如果仍采用500kV作為主干網架，據測算將有超過44%的廠、站短路電流超標。目前的一系列措施已無法從根本上解決問題。

2 特高壓電網的作用

我國一次能源資源主要分布在人口密度低、用能需求小、經濟欠發達、環境容量大的西南、西北和北部邊遠地區，距離人口密度高、用能需求大、經濟較發達、環境污染重的東中部地區1000～3000km。西電東送、北電南送將成為一種必然的選擇。

由于輸電線路的輸送能力和電壓的平方成正比，輸電線路的損耗與電流的平方成正比，因此1000kV特高壓交流輸電在大容量、長距離、降低功率損耗方面具有非常明顯的優勢。建設特高壓電網實現以輸電代替輸煤、輸氣，可以緩解交通運輸壓力。建設特高壓電網能夠為水電、核電、風電和太陽能發電等清潔能源的發展打造一個更大容量的平臺，可以減輕東、中部地區環境污染。建設特高壓電網、實現區域電網互聯是全國能源資源優化配置的需要，是充分利用電力資源、實現電力流優化互補的需要，是轉變電網發展方式、治理環境污染、促進可再生能源發展的需要。

截至2012年底，我國清潔能源裝機超過3億kW，占總裝機的28%。我國《能源發展“十二五”規劃》明確提出了未來我國清潔能源的發展目標，規劃到2015年實現水電裝機規模達到2.9億kW，核電裝機4000萬kW，風電裝機1億kW和太陽能發電裝機2100萬kW。預計到2020年，我國風電裝機容量將達到2億kW，太陽能裝機容量將達到5000萬kW，華東地區核電裝機容量將達到3000萬kW。這就需要堅強的電網接納這些清潔綠色能源，并將其從偏遠的能源基地輸送到東、中部經濟發達的負荷中心地區。

2020年，國家電網規劃建成華北、華中、華東(以下簡稱“三華”)受端特高壓交流雙環網。蒙西、錫盟、張北等煤電和風電基地通過3～5個縱向特高壓交流通道與東、中部負荷中心相連；寧夏、陜西、山西等煤電基地通過3～5個橫向特高壓交流通道與東、中部負荷中心相連；西北、東北等大型煤電、風電和西南大型水電通過特高壓直流送入“三華”受端電網。這樣將形成 “三華”和周邊地區800km以內大型能源基地的特高壓交流主網架，800km以外的大型能源基地的電力通過特高壓直流輸入到“三華”受端電網。全國形成4個同步電網，即“三華”特高壓雙環網，西北750kV同步電網，東北500/1000kV同步電網，南方電網。如果“ 三華”地區采用1000kV特高壓雙環網作為主網架，并將500kV電網合理分區運行，屆時全部500kV廠、站的短路電流都能控制在設備允許值以內。

3 特高壓輸電技術和試運行情況

通過近10年的潛心研發，并借鑒國外的先進經驗，我國已經掌握了特高壓交流輸電核心技術。在電壓控制、外絕緣配置、電磁環境控制、成套設備研制、系統集成、試驗能力6方面實現了創新突破，研制成功了全套關鍵設備。特高壓交流輸電試驗研究基地也已頗具規模。“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”項目榮獲2012年度國家科學技術進步獎特等獎。2009年1月，1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程正式投運，線路全長約640km，至今已經安全運行4年多，表明該項技術已具備推廣應用條件。

如果2020年“三華”特高壓同步方案能夠實現，則既能解決目前制約電網發展的短路電流超標問題，又能解決東、中部負荷中心嚴重的電壓不穩定問題，滿足《電力系統安全穩定導則》規定和《電力事故應急處置和調查處理條例》要求，以及我國經濟社會長期可持續發展對電力的需求。

4 特高壓電網風險點辨識

特高壓交流輸電的優點是輸電容量大、輸電距離遠、功率損耗低。但特高壓交流輸電網建設需要有一個不斷完善、強化的過程，現階段因網架結構薄弱，不可避免地出現高低壓電磁環網；風能、水能、太陽能等清潔能源受自然資源變化影響大，存在出力不穩等問題，都給特高壓電網安全穩定運行提出了更高要求。

特高壓電網風險主要來自于以下幾方面：

(1)建設初期網架結構薄弱，存在高低壓電磁環網；

(2)風能、水能、太陽能受自然資源影響，出力波動較大，需要系統提供足夠的有功調峰和無功調節容量；

(3)核能出力比較固定，不能隨負荷波動及時調整，也需要系統提供足夠的調峰容量；

(4)大規模直流饋入受端電網，存在電壓支撐及交直流系統相互作用問題；

(5)每100km特高壓交流線路充電功率為530Mvar左右，為500kV線路的5～6倍，由于特高壓電網主要作用是進行區域電網間功率輸送和互濟，線路長、潮流變化大，會給無功和電壓控制帶來困難。

在特高壓電網建設初期，電網運行的靈活性和安全性存在隱憂，需要密切監控運行風險。同時需要跟蹤特高壓電網建設節點，分階段對特高壓交流電網熱穩定及暫態穩定指標、電壓穩定及功角穩定指標以及短路電流水平進行深入研究和密切監控，在關鍵站點加裝動態無功補償設備，并按照監控指標，適時調整無功補償策略，防范電網運行風險。

5 特高壓電網運行中的注意事項

現階段我國發展特高壓電網雖然有其必要性，且經過近10年的潛心研究，突破了技術上的瓶頸，目標網架建成后會給大容量遠距離輸電、解決大規模清潔能源上網提供平臺，可以從技術上解決制約目前困擾超高壓電網發展的短路電流超標問題，解決因交直流系統相互作用而可能引發的受端500kV電網電壓不穩定的問題。但在特高壓電網建設初期和建設過程中，應該對特高壓電網運行風險高度重視，需要在技術上對特高壓電網安全穩定控制措施進行分階段跟蹤及滾動研究。

(1)特高壓電網交流大容量、遠距離輸電特性以及區域電網電力互濟功能，會引發系統無功平衡出現特殊性和復雜性。特高壓電網運行中既要考慮線路輕(空)載時要限制工頻過電壓，又要考慮線路重載時系統的容性無功需求，需根據不同網架階段計算結果，確定適合的系統無功補償度，合理配置靜態和動態無功補償設備，保證系統工頻過電壓和潛供電流能夠滿足運行要求，保證系統無功動態平衡。

(2)伴隨特高壓電網建設進度，應分階段按實際情況進行潮流、靜態穩定、暫態穩定仿真計算分析。對不同網架、不同負荷、不同故障情況下，系統的功角、電壓、頻率安全穩定性進行評估。按照計算結果，合理對安穩控制裝置進行控制策略優化配置和按照一定裕度進行整定，保證系統的安全穩定運行。

6 結束語

特高壓輸電技術是現階段電網發展最重要的趨勢之一，在大容量、長距離電力輸送和大電網互聯方面起著至關重要的作用。我國發展特高壓電網是負荷中心遠離能源中心的客觀條件決定的，也是滿足國民經濟快速發展的必然選擇。我國目前已經掌握了特高壓交流輸電核心技術，研發出滿足技術指標的關鍵設備，對我國發展交流特高壓輸電起到了技術支撐作用。只要充分認識并對特高壓電網安全穩定控制措施進行分階段跟蹤、滾動研究，合理配置和整定安穩控制裝置，加強運行監控，規避運行風險，特高壓交流輸電定會助力我國經濟發展和社會發展。

1 戴武昌，陳東魁，張 威，等.大容量遠距離交流輸電系統無功平衡及穩態電壓控制[J].電網技術，2013(4).

2 劉振亞，張啟平.國家電網發展模式研究[J].中國電機工程學報，2013(7).

3 周想凌，劉 勇.特高壓交流試驗示范工程運營情況分析[J].水電能源科學，2013(3).

4 孫興安.我國特高壓交流輸電發展前景[J].中國高新技術企業，2013(3).

5 林集明.特高壓交流輸電系統過電壓和絕緣配合研究[R].北京：中國電力科學研究院，2005.

6 張祖平.特高壓交流輸電系統最高運行電壓研究[R].北京：中國電力科學研究院，2005.

7 殷威揚，楊志棟.特高壓直流工程無功平衡和補償策略[J].高電壓技術，2006(9).

8 孫奇珍，蔡澤祥，李愛民，等.500kV電網短路電流超標機理及限制措施適應性[J].電力系統自動化.2009(21).