特高压与超高压交流输电经济比较研究

蒙定中 原电力部生产司教授级高工、国际大电网委员会CIGRE和美IEEE会员

2015年6月30日

前言

从电力系统的运行实践经验和电力规划目标作技术经济比较研究分两方面：

一是各区域构成合理的交流电网本应用超高压，还要应用交流特高压吗？

二是远距离(600公里以上)输电本应用直流,还要应用交流特高压吗?

国网公司在宣传交流特高压全国联网(后改为「三华联网」)时，就称一回1000kV线路输送容量相当4-5回500kV线路，所以号称交流特高压输电节约投资又节省线路走廊。

从特高压示范/起步工程表现它输送能力还不到500kV线路的两倍,而且它每段线不能长(约300公里),必需靠500kV电网联接支持才能多送电,既多浪费投资，更构成不安全的电磁环网。从基本原理上对同塔双回的1000kV2回线路和两个同塔双回紧揍型的4回500kV线路的计算分析,证实它输送能力真不到500kV线的两倍，和500kV线输电相比,它极不安全，更极其浪费。由於交流特高压在基本原理上存在致命弱点,在全世界都没有实用价值。

一．特高压与超高压输电比较

1. 500/1000kV输电静态稳定

比较(600公里)

具备50%串补的4×500kV输电

的静稳为840万千瓦；2×1000kV

输电的中间站无500kV网支持时的

静稳为617万千瓦，而有支持的电

磁环网时的静稳为820万千瓦。

两者基本相同。

2.500/1000kV暂态稳定输电

比较(图1)

(1)决定输送容量的暂态稳定比

较(600公里):4×500kV线路中一

回故障(N－1),祗损失1/4；图1500/1000kV暂态稳定输电比较

2×1000kV线路N－1时,损失1/2;可见2×1000kV线输送容量较少。

(2)4×500kV线路加约50%串补可以可靠送出600万千瓦。(图2上部)

(3)2×1000kV线路在不和500kV并列输电时,祗能送出150～200万千瓦。(图

2中部)

(4)2×1000kV线路要靠500kV网支持才能多送（图2下部）

-送2×300万千瓦时可行。

-送2×350万千瓦(相当75%自然功率)而在一回线故障(N–1)时,无功

功率损耗300万千乏,靠发电机难以快速补偿,有电压崩溃/失稳危险。

- 送2×470万千瓦(相当100%自然功率)N-1时，无功功率损耗570万千乏,

假定发电机无功功率能快速补偿,也祗能送300万千乏,即使能用可控高

抗可退出120万千乏，但仍不足，结果必然电压崩溃/失稳。

3. 500/1000kV输电经济比较(图2)

总投资为工程投资加年运行费折算为2×1000kV输电总投资为4×500kV的

2.4倍，两者总投资差131亿元。

图2500/1000kV输电技术经济比较

2×1000kV输电靠500kV网支持也祗能送2×300万千瓦,又构成极不安全的1000/500kV电磁环网。

二．国网应用交流特高压主要是将有多个分区联成一个宠大交流网

国网公司应用交流特高压的主要目标是为了[垄断]，对此要将全国联成一个宠大交流网，既不认真作交流特高压和超高压输电安全经济论证，还大力反对我们的科学论证。南方电网就坚决不同意国网用交流特高压将全国多个《分区》合成一个《特大区》，反而按现行【稳定导则】将南网分为更多的《分区》。

从2015/2020年华东各省市负荷需要和电源规划证明，将来各个省市、包括安徽省都缺电，怎样解决呢？一是继续靠远方直流输电，二是在各城镇负荷中心附近建新电源，各自作到电源/负荷基本平衡，互相之间不需要大规模输电，现有500kV电网已满足要求，根本不需要交流特高压联网。为了解决由於增设发电机组必然出现短路电流超标问题和保证更多直流馈入的安全问题，最经济有效和安全可靠的办法，还是贯彻《稳定导则》釆用直流逐步将华东电网(隔离)异步互联分为四个分区。各区事故互不影响，更不可能同时发生失稳/电压崩溃/瓦解事故，更安全的将区内交流远距离输电改为中、短距离,。经过论证一是继续靠远方直流输电，二是在各城镇负荷中心附近建新电源，完全可以作到各省市电源/负荷基本平衡，确定华东分为四个区域电网的可行性和必要性。将来用直流隔离分为四大〈分区〉的总投资不超过62亿元，为华东交流特高压联网静态投资(744亿元)的十二分之一(8.3%),不旦经济且运行安全可靠。

将来各大区的发展方向是像南方电网那样是用直流再分区,而根本不应按国网将现有各大区应用交流特高压联成一个不安全又不经济的宠大交流网。

三.实际建设的七条交流特高压输电线和超高压线的经济比较

即使华东三条交流特高压线路按输电论证,在经济投资上也为超高压线路的2.4–2.9倍。下表是输电工程论证咨询的比较材料汇总，数据都是由规划设计部门和专家提出的，除了晋东南示范工程(它的实际输电功率待定，而且采用的串补技术也未推广采用)，其余交流特高压输电的造价是有规律的，即单价（元/（公里*千瓦））约在5左右。因为它必需约300公里分段取得超高压网的电压支撑，每段的造价相近，与输电距离弱相关，交流特高压输电工程的单价约为常数5。超高压输电的电价约2元/（公里*千瓦），实用距离已经达到800公里以上，而且要采用串补技术会更便宜。如果在表中进行优选，采用超高压或直流输电代替交流特高压输电线，七条输电可节约1300亿元(约60%)。相比之下，交流特高压输电没有经济适用距离，应淘汰出局。

由上表可得结论如下：

1.交流特高压输电要比直流或超高压输电方案贵出一倍多。

2.上述七个工程,国网采用交流特高压工程费为1539.2亿元,为合理采用超

高压输电的615.7亿元工程费的2.5倍，严重浪费923.5亿元。如华东采用直

流隔离再分四大区，保证今后安全，投资祗为交流特高压工程费的十二分之一。

四．中国实踐证实交流特高压是技术经济效益最差的输电技术

建设成本、输电能力和输电线路利用率是交流特高压输电的主要经济性指标，输电容量和相应输电距离是交流特高压输电能力的具体指标。经济效益是检验技术的唯一标准。交流特高压输电的经济性和输电能力同交流超高压、直流输电相比都是最差的。

1.交流特高压单位输电建设成本最高，且沒有经济实用的输电距离

根据中国国家电网公司和南方电网公司公布的六条超高压直流输电工程（±500、±660kV）、四条±800kV直流特高压输电工程和四条1000kV交流特高压输电工程，和东北地区的三条500kV超高压交流输电工程的数据绘制的各种电压等级下的输电工程的单位输电建设成本(元/千瓦?公里)比较如图3所示。

图3±500、±660kV超高压直流、±800kV特高压直流和500kV、1000kV

超、特高压交流输电线路的单位输电建设成本(元/千瓦?公里)比较

从图3可以看到如下规律：

（1）交流方式的单位输电建设成本(元/千瓦?公里，下同)不论电压高低均随着输电距离的增加而增加；反之，直流方式的单位输电建设成本不论电压高低均随输电距离的增加而减小。

（2）常规分裂导线的500千伏超高压交流与±500千伏超高压直流的单位输电建设成本变化趋势线在大约600公里处相交，如为紧凑型的超高压交流，则经济临界输电距离可扩展至700公里左右，该点称为交、直流输电的经济临界输送距离。这标志着输电距离在经济临界输电距离700公里以内，采用500千伏超高压交流输电比较经济；而超过经济临界输电距离700公里釆用超高压或特高压直流输电比较经济，而且愈远愈经济。

（3）从交、直流特高压单位输电建设成本的变化趋势来看，无论近距离输电(600～700公里)、中长距离(700～1500公里)输电和长远距离(1500公里以远)输电，交流特高压单位输电建设成本都高于超高压交流、超高压直流和特高压直流1.5～3倍。

2.交流特高压的输电能力远不如交流超高压

交流特高压输电容量永远不会因为电压由500kV提高到1000kV而使输电容量提升到超高压的4～5倍。

现以国家电网公司双回线交流特高压输电600万千瓦(15%静态稳定储备系数)的典型设计与紧凑型4回交流超高压输电600万千瓦作为对比方案做比较分析，得到1000千伏双回交流特高压与四回紧凑型500千伏交流超高压输电容量与输电距离的关系如图4所示。

交流特高压输电600万千瓦的临界距离(送、受两端超高压电网支持能力为50千安)约为280公里；而四回紧湊型交流超高压输电功率600万千瓦的临界距离可达478公里。如果超高压输电280公里，则按15%静态稳定储备系数确定的四回紧湊型交流超高压输电功率为835万千瓦，相当于一回交流特高压输电功率为1回超高压输电功率的1.5倍。

双回交流特高压与四回紧凑型交流超高压输送相同容量的临界输电距离lstccd=829公里。当输电距离d﹤lstccd时，超高压输电容量是交流特高压输电的1～1.5倍；当d﹥lstccd时，交流特高压输电容量是交流超高压输电的1～1.5倍。但因为lstccd通常已超过交、直流输电的经济临界输电距离ltecd，所以从工程的实际应用意义上讲，比较d﹥lstccd的情况已沒有工程意义。

因此，在实际工程中，真正的情况是两回交流超高压输电容量是一回交流特高压输电容量的1～1.5倍，更不是一些专家宣称的“交流特高压输电容量是交流超高压输电的4～5倍”。

根据图4，可将双回交流特高压与四回紧凑型交流超高压输送容量与输电距离的关系转換为一回交流特高压与一回交流超高压输电容量的比值puⅠ.p.u/peⅠ.p.u与输电距离的关系，见图5表：

图5一回交流特高压与一回交流超高压输电容量的比值与输电距离的关系

由上表和图可知，在输电距离d﹤lstccd时，一回交流特高压输电容量是一回超高压输电容量的1.3～2.0倍。d﹥lstccd时的情况已沒有工程意义。

综上所述，从工程的实际应用意义上讲，1000千伏交流特高压是技术经济效益最差的输电技术。

五.结论

按600公里输电的交流特高压投资为500kV的2.4倍,输电距离愈长,其投资相比倍数更大,其实超过600公里输电时最安全又经济的是用直流输电。

国网应用交流特高压破坏5个已安全的分区而要合成一个宠大交流特区,既破坏我国30多年的安全基础,就更为浪费。将来华东用直流隔离分为四大〈分区〉的总投资不超过62亿元，为华东交流特高压联网静态投资(744亿元)的十

二分之一(8.3%),不旦经济且运行安全可靠。实际建设的7条交流特高压线路,太多比600公里更长,和超高压方案相比就更浪费。