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特高压电网的安全性是有充分保障的

[日期:2014-05-26]   来源:国家电网杂志  作者:   [字体: ]

大停电事故与同步电网的规模之间并没有必然联系。停电事故的根源一是电网缺乏统一规划,二是缺乏统一调度和控制,未能建立可靠的安全稳定防线。

文I 中国电力科学研究院名誉总工程师 印永华

我国电力工业的发展在满足负荷不断增长的量、质需求基础上,还必须承担资源节约型、环境友好型社会建设的义务。电网的发展方式是电力工业能否达到上述目标的关键。受资源、环保、运输、土地等客观因素制约,电源与负荷间的距离逐渐加大,电网需要输送规模也逐渐扩大,并逐步突破现有电压等级电网的能力,因此高一级电压电网的发展是必然的,与之匹配的是同步电网规模的扩大,但同时不可避免地出现了对未来电网安全性的考虑。在对我国电网发展模式及其安全稳定性进行长期研究和实践的基础上,中国电力科学研究院建立了世界一流的大电网综合仿真分析系统,对特高压电网的安全性进行了深入的研究。研究结果表明,发展特高压电网,能够满足《电力系统安全稳定导则》的要求,安全性有充分的保障。

我国电网发展遵循电压等级逐步提高、联网规模不断扩大的世界电网发展客观规律

回顾世界电网发展的历史,由于能源资源分布、能源构成和价格以及负荷需求存在较大的差异,使得大电网之间互联可获得多项效益。欧洲、北美电网联网始于上世纪20年代,50年代开始快速发展,80〜90年代,覆盖广、交换规模大的跨国、跨区大型互联电网基本形成。前苏联统一电网包括东欧各国电网,横跨欧亚大陆,1991年年底前苏联解体后,于1992年成立俄罗斯统一电力系统,独联体的12个加盟国中除亚美尼亚以外,全部与俄罗斯联成同步网运行。巴西水电资源丰富,水电装机容量占总装机的71.7%,但分布不均,而负荷集中在南部和东南部,为水电资源的优化配置,实现了全国电网的互联。因此,大电网互联一直是世界各国和地区电网发展的客观规律。在我国随着资源优化配置范围的扩大,电网的互联也经历了从城市小电网、省级电网、区域电网,再逐步发展到全国联网的历程,电网规模也随之扩大。

从电压等级发展来看,世界电网电压等级从220〜275千伏升压到400〜500千伏,后来又引入了750(765)千伏电压等级,此后又相继开展特高压输电技术的试验研究。我国从上世纪50年代发展220千伏,80年代建成第一个500千伏输变电工程,已有30多年的运行历史;装机容量从1982年的0.72亿千瓦发展到2012年的11.8亿千瓦,达到16.3倍以上。随着西部大水电、北方大火电和可再生能源发电基地的开发建设,远距离、大容量输电的市场前景广阔,再仅依靠交流500千伏输电,从技术和经济两方面来看均是不可行的。因此,我国采用交流1000千伏输电技术是基于世界电网发展的客观规律,并结合中国国情所做出的战略选择。

坚决贯彻“电力系统安全稳定导则”,为我国电网的安全稳定运行提供了可靠保障

自1965年以来全球不同规模的电网均发生过重大电网停电事故,例如美国发生过6次,巴西、欧洲和加拿大魁北克各4次,印度3次,日本1次。分析这些大停电事故的发展过程,其物理本质主要有两点,一是故障后的潮流大转移引发连锁反应,导致稳定破坏;二是受端电网动态无功支撑能力不足,导致电压持续下降,引起发电机组跳闸或直流闭锁,加剧了无功和有功的不平衡。

综观我国的情况,在电压等级逐步提高、联网规模不断扩大的过程中,电网事故率却快速下降。电网稳定事故由上世纪70年代的年均19次下降到1997年的年均2次,1997年以来没有发生过全网崩溃性事故,其主要原因一是根据我国电网的实际情况和实践经验,制定“电力系统安全稳定导则”,并在电网规划和运行中坚决贯彻落实。二是实行统一管理、统一规划、统一调度;三是电网快速发展,主网架不断完善,装备水平不断提升;四是电力系统仿真能力不断提高,电网控制技术不断进步,建立了保证电网安全运行的三道防线。

通过上述分析,可以看到:大停电事故与同步电网的规模之间并没有必然联系。其根源一是电网缺乏统一规划,如美国电网之间互联是自发自然形成的,765/345千伏系统与500/220千伏系统交织混联,造成电网结构混乱,容易发生大范围的潮流转移,引起连锁反应,导致大面积停电事故的发生;二是缺乏统一调度和控制,未能建立可靠的安全稳定防线。

从电力系统发生大面积停电事故的机理看,电网崩溃往往是在大电网安全充裕度下降的条件下,由发电、输电等设备的连锁反应事故诱发的,都有一定的发展过程。通过采取正确的控制策略,提高电网的充裕度,切断恶性连锁反应链,将系统状态导向良性的恢复过程,大停电事故是可以有效控制的。因此,结构合理的大电网在统一调度和控制的基础上,通过区域间事故情况下紧急功率支援和配置坚强的安全稳定防线,能够遏制事故的发展,降低事故可能造成的影响,避免全网性大停电事故。

按照“电力系统安全稳定导则”的要求,构建以特高压为骨干网架、各级电压电网协调发展的坚强电网,安全性是有保障的

为确保电网的安全性,必须遵循分层分区原则构建电网,形成合理的电网结构,并具备完善的安全稳定控制系统和统一的调度与管理机制。

根据《电力系统安全稳定导则》,电网的合理分层是指“将不同规模的发电厂和负荷接到相适应的电压等级网络上”。目前,“三华”(华北、华中和华东,下同)电网40%电源接入500千伏、60%电源接入220千伏及以下网络。随着电源结构调整和布局的优化,高参数、大容量机组的大量采用,以及煤电一体化开发、大型水电、风电、核电基地的建设,接入主干电网的电源和通过主网架输送和配置的电力将明显增加。规划到2020年,“三华”电网内接入500千伏及以上电压等级的电源占50%(其中接入特高压主干网络的约为16%),接入220千伏及以下的电源占50%,实现电源的合理分层接入。

根据《电力系统安全稳定导则》,电网的合理分区是指 “以受端系统为核心,将外部电源连接到受端系统,形成一个供需基本平衡的区域”。由于我国的煤电基地主要分布在内蒙古、新疆、山西等北部地区,水电主要分布在四川、云南、西藏等西部地区,风电和太阳能发电也主要分布在西北部,远离中东部负荷中心,因此需要通过建设坚强电网,实施远距离、大规模输电,在全国范围优化配置能源资源。华北、华中和华东是我国主要的负荷中心(约占70%),彼此相邻,相互之间电源、负荷的互补性很强,建设三华同步电网有利于充分发挥电网的综合效益、提高安全可靠性。以华东为例,在加快发展本地核电及风电等新能源的基础上,2020年接受外来电力的比例仍将高达30%,若全部采用直流输送,电网安全将面临巨大风险。因此,需要扩大同步电网规模、提高电压等级,华东与华中、华北紧密互联,建成“三华”电网,联接各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地和主要负荷中心,这对于建设坚强受端电网、提高受端电网接受外来电力的能力和保证能源安全具有十分重要的意义。

“三华”同步电网,采用1000千伏形成骨干网架,等效电气距离仅相当于采用500千伏时的1/4,电网形态由原来的东北-华北-华中电网的“长链式”结构优化为更加坚强的“团状”网络结构,其电力交换能力远高于500千伏,能够适应更大规模电力受入和分配的需要。预计到2020年,“三华”电网的规模与北美东部电网等国外现有大型同步电网的规模相当,但电气距离更短、电网结构更强,安全性大大提高。“三华”电网与西北、东北和南方3个同步电网之间通过直流联系,全国形成华北-华中-华东、西北、东北、南方四个主要同步电网的合理格局。

总之,建设结构坚强的受端同步电网对提高电网的安全性和经济性都是十分重要的。在上世纪80年代我国各大区跨省电网的发展过程中,并没有走以省电网为核心发展交流弱联系的技术路线,而是选择了在220千伏电网基础上建设结构坚强的500千伏大区同步电网的正确道路。当前,从我国能源供应、能源安全和电力工业发展趋势看,必须实现更大范围资源优化配置,中东部负荷中心地区受电规模将进一步加大,500千伏电网已经遇到走廊紧张、短路电流控制困难、直流馈入规模过大等发展瓶颈,如果仍维持500千伏电网,将遇到难以克服的困难。因此,要抓住时机,遵循电网发展的客观规律,加快特高压电网的建设步伐,实现电网结构的升级。

在特高压电网规划论证工作中,中国电力科学研究院和国网经济技术研究院等单位合作,严格按照“电力系统安全稳定导则”规定的标准,采用世界一流的大电网综合仿真分析系统,充分考虑电网在发生各种严重故障下系统的安全稳定性,对多种方案进行了详细的安全稳定计算分析工作。研究结果表明,“三华”特高压同步方案可以从根本上解决制约电网自身发展的短路电流超标问题;为中东部负荷中心地区接受区外来电力开辟了特高压交流输电通道,与直流输电通道互相配合,解决了因馈入直流规模过大而导致的华东电压不稳定的问题;电网的安全稳定性、供电可靠性和抵御各种事故的能力比500千伏方案和特高压异步方案大幅提高,完全满足《电力系统安全稳定导则》规定的安全稳定标准要求。

综上所述,我国加快发展特高压电网是符合世界电网发展客观规律的,是适应我国西部大水电、北方大火电和可再生能源发电基地的开发建设和远距离、大容量输电的需求的,也完全能够满足《电力系统安全稳定导则》的要求,电网安全是有充分保障的。





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