丁道齐：千伏交流特高压是安全风险最高

本文为丁道齐《1000千伏交流特高压电网是中国电网发展的大倒退》节选第3部分：1000千伏交流特高压是安全风险最高的。

（1）将1000千伏交流特高压输电能力和输电距离吹捧为500千伏交流超高压输电的4～5倍是违背电力系统基本原理的胡言乱语。  

1)在送、受端系统不变的情况下，同一条输电线路在1000千伏运行时的输电容量PlU与500千伏运行时的输电容量PlS之比TCR为：  

式中k为500千伏线路阻抗与同长度1000千伏线路阻抗之比，通常k=4～5；XCU为1000千伏输电系统综合阻抗；XCS为500千伏输电系统综合阻抗。  

由上式可知，因为输电系统送、受端系统和特高压升降变压器阻抗的存在，1000千伏交流特高压线路的输电容量PlU永远不可能达到500千伏交流超高压线路输电容量PlS的4～5倍。前者对后者的比值TCR完全由两种电压等级输电系统的综合电抗的比值所决定。  

以晋东南－荆门交流特高压试验工程为例，晋东南－荆门交流特高压线路的最大输电能力PlU为230万千瓦。  

如果将晋东南－荆门交流特高压线路降为500千伏电压运行，同样送、受端系统条件下，同样距离的超高压线路最大输电能力PlS为108万千瓦；这就是说，1000千伏特高压的输电容量仅为超高压500千伏运行时的2.13倍，而不是4～5倍。  

同样，在相同导线截面下，1000千伏线路的电气距离（阻抗）虽然相当于500千伏线路1/k(1/5～1/4)，但在输送相同功率的情况下，由于线路两端特高压变压器的电抗的存在，1000千伏电压的输电距离也不是500千伏输电线输电距离的4～5倍。  

在输送相同功率Pl的情况下，500千伏输电距离l500与1000千伏输电距离l1000的关系如下：  

l1000=kl500-lt  

式中l500、l1000分别为在输送相同功率Pl条件下，500千伏线路输送功率Pl时的允许输电距离和在此功率Pl条件下1000千伏线路输电距离；lt=(Xt1+Xt2)/X0为1000千伏输电线路两端升、降压变压器短路电抗的等值线路长度(公里)；X0为1000千伏输电线路单位电抗(Ω/公里)；Xl1000、Xl500分别为1000千伏输电线路和500千伏输电线路的电抗(Ω)。  

由此可知，只要有特高压变压器的存在，1000千伏允许输送的距离永远达不到500千伏允许输送距离的4～5倍。  

当晋东南～荆门特高压交流试验工程降压至500千伏运行时，在输送相同功率230万千瓦的情况下，允许输送的距离l500=279公里。特高压输电的距离仅是超高输电距离的2.31倍。主要是因为送、受两端升、降压变压器较大的阻抗，阻抗愈大，交流特高压输送的距离愈短。  

由上可知，因为交流特高压输电线路两端升、降压变压器的存在，1000千伏线路的输电容量永远不可能按电压的平方关系达到500千伏输电能力的4～5倍；在输送相同功率的情况下，1000千伏特高压输电线路的最远送电距离也永远达不到500千伏线路的4～5倍。交流特高压试验示范工程的数据证实，交流特高压输电的能力和输电距离都不会超过500千伏线路的2.5倍。  

(2)1000千伏交流特高压输电线路输电容量为500万千瓦的稳定输电距离约为300公里。  

在满足静态稳定裕度20%、线路受端电压降落为5%和线路两端高压并联电抗补偿度为70%的前提下，按照送、受两端500千伏系统最大允许短路电流50千安计算，全线安装40%串联电容补偿，送、受两端都装设两组300万千伏安变压器，可以计算出1000千伏交流特高压输电线路稳定输送500万千瓦的输电距离约为300公里。因此，为了远距离输电，必须将长线路分段为300公里左右的短线路实行接力送电，在每一分段点必须得到500千伏系统的电压支持才能保持交流特高压较高的输电能力。而接入交流特高压输电线路各分段点的每个500千伏电网的系统强度通常要求达到短路电流30～50千安水平(电网等效容量约2600～4330万千瓦)。这种能力一般在大都市负荷中心才具有。  

如果不能达到这些要求，交流特高压输电正常运行的设计功率就可能落入不安全稳定的区域，电压稳定性也可能受到威胁，示范工程的设计功率不能运行就是案例。  

这些都证明了交流特高压远距输电和交流特高压电网是效力十分低下的电网技术。交流特高压分段落点输电的要求不仅威胁电网安全，而且也严重地降低了交流特高压输电的经济性。这也正是交流特高压远距离输电建设成本居高不下的主要原因之一。  

国网公司为了掩饰交流特高压输电必须“分段落点”的这一固有弱点，偏偏将其美化为交流特高压可以“灵活落点，而直流输电却不能”。问题的要害在于，如果沒有“灵活落点”，交流特高压就不能实现远距离、大容量、低效率输电。  

比较直流输电方式则没有这种安全限制：交流特高压示范工程输电距离仅645公里，设计功率280万千瓦不能运行，平时只能维持200万千瓦运行，而向家坝至上海±800千伏直流输电距离近2000公里，为示范工程的3.1倍；输电功率高达700万千瓦已经运行成功，为示范工程的3.5倍，两者相比昭然若揭。  

(3)交流特高压输电的特性决定了交流特高压电网必须永远依赖于1000/500千伏电磁环网的存在，它破坏了500千伏超高压电网的安全性，扩散了电网的脆弱性，成为寄生在500千伏超高压电网上的怪胎。  

1)特高压交流线路产生的巨大充电无功功率随着线路潮流的变化引起1000/500千伏网架电压的飘移浮动，将增加电压稳定性破坏的风险。  

2)为保证交流特高压稳定的输电能力，必须在300公里左右就要有500千伏网络的支撑，为此构成的1000/500千伏电磁环网，实际上是上弱（1000千伏网络）下强(500千伏网络)，而该电磁环网自投运之日始就基本不能解开，1000千伏系统必须寄生在500千伏超高压系统上才能存活(参见图5)。  

图51000交流特高压输电必须取得500千伏超高压电网的支撑，  

形成多重1000/500千伏电磁环网，破坏了分区分层的电网结构  

高低压电磁环网的存在将使输电线路的暂态稳定极限大幅度降低。正因为如此，已建、在建的三条交流特高压输电线的输电功率只能按设计值的一半运行，极大地降低了原本效率就不高的交流特高压输电线的使用率。  

(4)交流特高压及三华交流特高压电网引发连锁性大停电事故的概率将十余倍地增大。  

图6“三华”UHV同步电网与华东／华中／华北三大区域电网  

发生超过800万千瓦及以上停电损失k的概率p(k)比较  

在图6中左边蓝色曲线表示现行中国“三华”电网中每个区域电网的幂律特性(负幂指数-γ=1.401)，形成“三华”交流特高压电网后的幂律特性接近于美国东部电网的特性（右侧黑色曲线，负幂指数-γ=1.0）。这样在发生同样损失800万千瓦规模以上的大停电事故的情况下，“三华”特高压同步电网发生事故的概率为现在分区运行情况下发生事故概率的15倍。  

从图6中，还可以看出，正是由于中国原有500千伏区域超高压电网规模不大、结构清晰、复杂性程度不高(负幂律指数大)，发生800万千瓦以上规模损失的大停电事故的概率几乎为零(约0.2%)。因此，安全可靠的分区分层的清晰电网结构和适度的超高压同步电网规模才是中国至今未发生全国或全大区范围的大停电事故的根本原因。  

正在积极推行中的“三华”特高压联网，以及特高压交流联网带来难以解决的电磁环网问题，实质上都会将中国原来安全可靠的直流（个别弱交流联网）联网的分区分层结构变成一个分区不清、难以分层、电力通过电网对电网传送，负荷任意转移的不安全、不经济、不环保的庞大的、更加复杂的交流同步电网结构，这样的电网结构危害深远。