蒙定中 原電力部生產司教授級高工、國際大電網委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6月30日

一、中國超高壓電網的發展

上世紀70年代末，電力部工作組為了解決當時的嚴重事故，不僅調查分析國內事故，還對全世界大停電、特別對1965年北美大停電認真研究，認為：“連鎖反應造成大停電的原因-不受控制的系統結構和繼電保護”，所以制定了《電力系統安全穩定導則》和全國實現了全國《繼電保護四統一》。

改革開放以來，建立了可靠的交/直流分層分區的電網結構，分散外接電源結構和三道防線，系統失穩可能偶而發生，但不能造成重大停電；而且由于區間為直流聯網，任一區故障/失穩都不會波及鄰區。

1.分區/分散外接電源

龐大電網應分區，區間應由直流聯網。圖1和2表示中國六個分區和區內按導則規定的典型結構，是防止大停電的可靠基礎。

- 按中國經驗采用直流聯網將龐大的交流系統分為若干大區，都將原有動態和暫態穩定、低頻振蕩、負荷轉移、連鎖跳閘等一系列復雜問題徹底解決；按實際需要，有長距離輸電和背靠背兩種直流方式。

- 華北與東北電網初期采用交流聯網時穩定問題突出，曾引起低頻圖1中國六大分區電網振蕩，限制了東北網北電南送降低50萬千瓦，2008年改為直流背靠背聯網方式，問題就徹底消除了。

- 華北和華中采用單回交流500kV聯網，從2006年7月1日華中電網失穩事故證明它促成失穩和恢復同步運行都起負作用。

- 大區內負荷中心應有堅強環網和大機組支持，增大短路容量和慣性。

- 聯絡各負荷中心的骨干主要是加強大區總體結構，使外接電源對大區接近單機對無窮大；骨干應作負荷中心間電力交換，不應長期作單方向的大容量電力傳送。

- 送負荷中心的遠方電源（不論大區內外、包括交、直流）都不應在電源側相聯，應獨立直送負荷中心。

- 每一輸電走廊電力一般不應大于受端負荷的10%。

- 任一遠方電源/線路出問題或失穩，形成單機對無窮大系統的振蕩，僅此單機處于送端，其他送端電源皆成為受端，作為受端電源的后盾，使電網更可靠/快速恢復正常運行。

圖2 典型大區電網結構

- 不超過600公里的外接電源可采用現有500kV線路的點對負荷中心輸送；超過600公里采用直流輸電。按照聯合國經濟社會事務局2005年發表的《國際電力聯網的多方面要點頒布》也指出超過600公里長距離輸電應用直流。

- 一個500kV網區的東西/南北距離大約不大于1000公里比較合適。預想將來我國有的大區還宜再分區，既滿足發展需要，將會解決短路電流過大和適應多回直流安全饋入等一系列問題，更為安全可靠；由于實踐證明區域不應過大，有的還將縮小其范圍，所以現有的500kV電壓完全滿足發展需求。

- 目前大區內有再分區的需要，如南方電網已決定還要以直流隔離分2-3個大區并已經能源局批準，規劃廣東再以直流隔離分東西兩個小區。總的效果特出，以將近2000公里的500kV交流輸電，部分改為直流輸電，部分縮短為中、短距離交流輸電，又解決原交直流并列運行的不安全問題，更消除低頻振蕩，解決短路電流超標、保證多回直流密集安全饋入廣東等一系列問題。

- 蒙工曾研究為適應華東電網發展的需要，采用直流隔離再分四個大區，既解決短路電流超標、保證多回直流密集安全饋入，又縮短交流輸電距離，確比已批準的交流特高壓聯網更為安全，投資僅為交流特高聯網工程的十二分之一。

2.電網分層和各層分區

分層指不同電壓的線路不應經變壓器併列運行，是消除不同電壓的電磁環網，中國過去曾因電磁環網中高壓線跳閘，負荷轉移到低壓線而發生過大量失穩事故。

中國最嚴重的2006年華中電網失穩事故就因電磁環網造成。這是過去國內停電事故的主要原因，不按分層解決電磁環網將隱藏重大隱患。分層后下面各級電壓也分區，如220kV再分區，下面圖3 分層結構110/35kV又分區，再下面20/10kV更分區，各級分區都宜按實際條件具備一定支撐電源、自動備用/保安電源。

二、中國超高壓電網的評價

1970至1980年我國共發生210次失穩事故嚴重， 電力部組成工作組， 制定了《電力系統安全穩定導則》，1981年由當時電力部長主持［全國電網穩定會議］并頒發此《穩定導則》。2001年又由國家經濟貿易委員會發布， 作為電力行業標準。近30多年來按《穩定導則》建立了「分層」「分區」「分散外接電源」的『三分』電網結構， 建立了六大分層分區結構， 區間主要用直流聯網。按《穩定導則》貫徹在事故時〈保持系統完整性（三道防線）〉和〈保持系統電壓（無功分層就地平衡）〉的安全規定。完全防止了大區范圍的重大停電。中國電力容量近年來占世界首位，除臺灣一次外，為甚么從不發生重大停電？因為30多年來貫徹了《穩定導則》，成為世界上最安全可靠的防止電網大停電的中國經驗。

2006年7月1日華中電網失穩事故是中國有史以來最嚴重事故，負荷損失379.4萬千瓦（小于每次損失超過800萬千瓦的25次世界重大停電），事故原因一是進口的500kV雙回線繼電保護在正常運行時誤動跳閘，二是380萬千瓦電力經電磁環網轉移到220kV線路而使華中全網失穩振蕩。1996年5月26日華北電網失穩振蕩事故也因500/220kV電磁環網造成。1994年5月25日南方電網失穩瓦解事故也因美國進口的距離保護誤動引起。因此，如果認真貫徹《穩定導則》的<分層>規定，即高/低壓系統分層而不應電磁環網，且采用我國繼電保護既可靠又便宜而不用進口繼電保護設備，那么這樣的事故也不會發生了。

三、國際超高壓電網的評價

1965年以來，世界超高壓電網共發生25次重大停電（每次負荷損失＞800萬千瓦），其中當時電力容量占世界首位的美國重大停電最多（6次），最嚴重（負荷損失占29.6%）；號稱技術先進的歐/（北）美共發生14次，占56%，負荷損失共27645萬千瓦，占54%。

美國超高壓電網區域龐大又自由聯網，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應波及全網。距離保護設計/應用不當，因故障造成負荷轉移到相鄰線路時將不斷連鎖反應跳閘，直至失穩振蕩。涉及振蕩的線路距離保護和發電機保護又錯誤的不斷連鎖跳閘，直至瓦解。

巴西超高壓電網不分區，比美國還大，東西/南北距離長達3200公里，以復雜電壓級230/345/440/500/750kV自由聯網，更易故障連鎖反應，不僅會失穩瓦解，又會電壓崩潰使直流輸電全停，如2009年11月10日Itaipu水電送出、受電全停。

印度超高壓電網雖分五大區，但區間聯絡線不僅是直流，且還有交流，相當一個全國交流大區，根本不起分區的安全作用，一旦線路因過負荷或故障跳閘，負荷轉移將陸續使線絡跳閘，直至發生失穩，波及相鄰大區全停。

歐洲以380kV構成世界區域最寵大超高壓電網，2006年11月4日事故說明僅德國停運2回線，就連鎖反應跳20回線，包括7回220kV線，解列成三個區，又因西歐靠東歐以交流380kV送926萬千瓦，不是獨立由直流輸送，結果損失1700萬千瓦。繼電保護問題比美國更嚴重，如有的距離保護更附加過電流元件，更難以防止促成事故的連鎖跳閘。但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網的歐洲卻接受了改造電力系統結構經驗，采用直流分區；目前已應用42套直流作隔離設施，將歐洲分很多“分區”，以提高電力系統的可靠性和防止系統大停電。這說明中國電網結構的安全經驗已得到世界的重視。

加拿大超高壓電網中北部水電各以735kV線路3回和5回線分兩通道南送，各占受端負荷31%和61%，線路故障引起失穩造成一通道全停，影響另一通道電壓崩潰/失穩也全停，從結構上遠遠超過我國分散外接電源不應超過受端負荷10%的安全條件。繼電保護同屬北美NERC規定，誤動問題相同。

日本超高壓電網分9個大區，所以從不會發生失穩事故。東京電力電網無功補償不足，無低壓減載，電壓崩潰，繼電保護過負荷連鎖跳閘，曾造成重大事故。

臺灣345kV電網不分區、自由聯網，由于南電北送的臺南線路故障，負荷轉移，并列線路失穩跳閘，臺南4回345kV線全跳，中北部嚴重缺電，頻率降低/低頻減載不足/發電機低頻保護跳閘全停。

從上述世界重大停電證明，關鍵的問題一是超高壓交流電網過于寵大，又自由聯網，一旦線路故障/跳閘，負荷轉移到并列的線路過負荷跳閘，不斷連鎖反應跳閘，直至重負荷轉移到聯系薄弱相當高阻抗的系統而發生失穩振蕩，波及整個交流系統。國外設計和整定不當的線路和發電機的繼電保護就因失穩跳閘，結果系統瓦解大停電。

所以，從近半個世紀歷史證明，中國的超高壓電網由于貫徹《穩定導則》建立了「分層」「分區」「分散外接電源」的電網結構，建立了六大分層分區結構，區間主要用直流聯網和〈繼電保護四統一〉的安全策略，所以保證安全，除臺灣外從不發生重大停電。

四、中國超高壓電網的利用率不足，尚有巨大潛力

根據美國能源部能源信息管理局《Electric Power Annual 2010》年報公布的數據，2010年美國全國裝機容量113856.3萬千瓦，230～765kV交流超高壓輸電線路總長271598公里，超高壓線路單位長度支撐的發電裝機容量為4192千瓦／公里；而《電網調研報告》公布的數據，2010年中國全國全口徑裝機容量96641萬千瓦，220～750kV交流線路長度為432110公里，交流超高壓線路單位長度支撐的發電裝機容量為2236千瓦／公里。兩國相比，當時中國裝機容量當時是美國的85%，超高壓線路總長度是美國的1.6倍，單位超高壓線路長度支撐的發電裝機容量卻只有美國的53.3%。同日本相比，中國只是日本相應數據7846千瓦／公里的28.5%。

《電網調研報告》指出，截至到2010年底，交流超高壓輸電線路中，全國60%的500kV輸電線路的利用率均在50%及以下，其中26%的500kV省間聯絡線平均輸送功率占經濟輸送功率的比例在30%至50%之間，34%的500kV省間聯絡線平均輸送功率占經濟輸送功率的比例小于30%。相對交流輸電來說，直流輸電利用效率較高一些，直流跨區跨省線路平均輸送功率達到設計能力的50%。

為提高和充分發揮中國超高壓電網的利用率和巨大潛力，完全可以通過動態規劃不斷完善和優化電網結構，特別是釆用先進輸電技術HVDC+FACTS等，就可能將500kV超高壓區域電網的單位線路承載能力提高到美國、甚至日本的水平。

（1）按《電網調研報告》提供的數據推算，中國220～750kV交流線路的利用率，如果達到美國4192千瓦／公里的水平，則中國220～750kV交流系統將可承載約18億千瓦的裝機容量；如果達到日本7846千瓦／公里的水平，則中國220～750kV交流系統將可承載約34億千瓦的裝機容量。

（2）根據美國能源部能源信息管理局《Electric Power Annual 2010》年報公布的數據，美國交流500kV超高壓線路長度為41227公里，大約50%的裝機容量（56928萬千瓦）直接接入交流500kV超高壓系統，500kV交流超高壓系統的利用率為13808千瓦/公里；據中電聯《2010年電力工業統計基本數據》，中國500kV超高壓交流線路長度為127099公里，大約80%裝機（71196萬千瓦，除西北電網）直接接入500kV系統，500kV超高壓系統的利用率為5606千瓦/公里。兩者相比，500kV超高壓系統裝機容量中國為美國的1.25倍，交流500kV超高壓線路長度為美國的3.1倍，中國500kV超高壓系統的利用率僅是美國的40.6%。

如果將中國500kV單位超高壓輸電線路長度支撐的發電裝機容量5606千瓦／公里提高到美國的13808千瓦／公里，則中國現有五大500kV超高電壓區域電網承受裝機容量的能力將從7.1億千瓦提高到約17.5億千瓦，完全可以五大500千伏超高電壓區域電網今后15～20年發展的需求。

（3）如果再考慮220kV以下高壓輸電系統的巨大潛力并對其加以完善和改造，今后分布式新能源、太陽能、風能等可再生電力就地接入220kV以下高壓輸電系統，中國現有的高壓和超高壓系統將可能承擔更大的裝機容量。

由上可知，中國現有的高壓和超高壓系統經完善和技術改造后完全可能承受20億～34億千瓦的裝機容量能力。按有關權威部門預測，2010年～2020年，中國平均每年新增1億千瓦裝機容量，中國現有的高壓和超高壓系統完全可以滿足今后15～20年發展的需求，完全不需要在超高壓區域電網上再構建交流特高壓電網。

那種一再宣揚“目前我國500kV電網已開始出現輸電能力不足、輸電走廊緊缺等一系列問題，僅依靠現有超高壓輸電技術很難滿足未來電力增長的需要”的與論是完全站不住腳的。世界上北美、歐洲電網已有的實踐也證明，中國到2020年完全可以通過完善原有的區域超高壓主干電網就能滿足國家發展的需要，沒有必要新建交流特高壓電網。

五、結論

交流特高壓聯網違反《穩定導則》，完全破壞超高壓電網的安全基礎，30多年來我國超高壓電網除臺灣外從不發生重大停電，主要是貫徹了《穩定導則》的「分層」「分區」「分散外接電源」規定。但國網要發展交流特高壓聯網完全違反《穩定導則》的三分規定，違反「分區」，將原多個大區以交流特高壓聯成大規模同步電網；違反「分層」建成大多500kV/1000kV電磁環網，在發生連鎖性大停電事故時“三道防線”或“統一調度”都將變得無能為力。這是因為寵大不分區、不分層的電網連鎖反應性故障必然是復雜網絡的一種混合動態現象，在復雜網絡自組織臨界特性驅動下導致的連鎖故障，無法按照人為規定的預定解列點實現解列，最后必然導致電網崩潰，走上歐美重大停電的不安全道路。何況交流特高壓完全不同于目前世界上所用的超高壓，它在技術原理上有致命弱點，極不安全，極其浪費。

隨著今后電源、負荷的發展，目前超高壓大區電網將有再分區的需要，如南方電網已決定還要以直流隔離分2-3個大區并已經能源局批準，規劃廣東再以直流隔離分東西兩個小區。總的效果特出，以將近2000公里的500kV交流輸電，部分改為直流輸電，部分縮短為中、短距離交流輸電，又解決原交直流并列運行的不安全問題，更消除低頻振蕩，解決短路電流超標、保證多回直流密集安全饋入廣東等一系列問題。蒙工曾研究為適應華東電網發展的需要，采用直流隔離再分四個大區，既解決短路電流超標、保證多回直流密集安全饋入，又縮短交流輸電距離，確比已批準的交流特高壓聯網更為安全，投資僅為交流特高聯網工程的十二分之一。

如果批準交流特高壓聯網走出一步，國家經濟必將損失一大步。特請國家領導高度重視這一重大問題，應按科學發展觀進行民主討論，充分論證；并繼續嚴格認真貫徹30多年來對我國電網安全起重要作用的《電力系統安全穩定導則》，慎重決策，避免將來難以挽回的決策失誤而造成近萬億元的國家損失。