电网“大提速”：技术难题如何破解？

5月16日，本报一版以《我国电网也要来个“大提速”》为题，报道了我国电网已经和正在实施旨在提高现有电网输送能力的大规模技术改造。如果说，建设特高压电网好比新建高速公路，电网技术改造就好比铁路大提速。然而，综合提高超大规模电网输送能力，因其面临一系列极其复杂的技术难题，国内外迄今尚无先例。那么，此轮电网“大提速”，又凭靠什么“敢为天下先”？且听专家解读.

　　———因何而起———

　　电网“大提速”，是通过使用技术手段对现有输配电设备进行升级或技术更新，提高电网输送能力的系统工程。在技术层面上，由于其极强的专业性和复杂性，普通公众知之甚少。但电网“大提速”同百姓生活的关联度，却比铁路大提速还要深和广，因为在现代社会，你可以一辈子不坐火车，却一刻都离不开电。

　　然而，近年来全国大范围频发的“电荒”成为人们记忆中一道挥之不去的阴影。在拉闸限电的背后，除了电源紧张带来的“硬缺电”之外，因长期“重发、轻供、不管用”、电网发展严重滞后于电源建设带来的电网结构薄弱，电源配置不合理导致缺电和窝电现象并存，也是“电荒”的一大根源。据电网“大提速”实施前的2004年统计，国家电网500千伏线路中约1／4送电能力受限，而且这些线路大都属于跨区跨省联络线、大电源送出线路和负荷中心受入线路，配电网络卡脖子现象也较为普遍。而在经历了近两年电源建设的“爆炸式”增长、缺电问题基本解决之后，电网输送能力与需求间的矛盾就更显突出。

　　说到底，电网“大提速”就是要从根本上打通从电源到用户之间最阻塞的一环，让电用起来更安全、更稳妥、更可靠，其结果惠及亿万民众。

　　事实上，我们现在看到的电网“大提速”，已是国家电网公司2005年正式启动提高现有电网输送能力工程以来的第三期工程。此前，2005年年初至6月底的一期工程，累计实施项目327项，提高电网输送能力1970万千瓦；2005年下半年至2006年6月底的第二期工程，实际完成项目1392项，累计提高电网输送能力5472万千瓦。而按国网公司的最新统计，截至2007年4月底，第二、三期工程已累计提高各级电网输送能力7212万千瓦。加上一期工程的1970万千瓦，到目前为止，电网“大提速”已累计提高现有电网输送能力9182万千瓦。

　　这是一个什么概念？它相当于5个三峡工程年发电量的总和，也就是说，三峡工程5年的发电量，都可以靠电网“大提速”现已完成的输送能力送出。

　　———难点何在———

　　提高超大规模电网输送能力，是一项复杂庞大的系统工程，既涉及输电、仿真、控制技术等多个领域，又覆盖26个省市的500千伏到10千伏总计7个电压等级的运行电网，需要调度运行、科研试验、规划设计和基建等部门的协同配合。而在运行电网中保证基本不影响社会用电的情况下组织工程实施，更加大了项目的风险和难度。

　　国外提高电网输电能力，一般采用单一技术和加大投入来实现；我国电网从未系统性地研究和实施过此类项目。因此，综合提高超大规模电网输送能力在国内外尚无先例。

　　工程涉及诸多普通人难以明了的技术难题，其中有些是世界性难题。且听专家解读：

　　大电网仿真计算的精确度与适应性受到很大局限，影响了电网安全控制和输送能力

　　我国电网现已实现了大区域互联。在互联电网中，各主要输电线路的输送能力，是通过稳定计算分析确定的，这个计算就需要对电力系统进行模拟仿真。如反映各个点负荷状况的负荷模型，涉及民用电、工农业用电设备、公用事业用电等，能耗千差万别，情况千变万化，每时每秒都在变，需要与此相应的高精确度仿真模型来表达；再如发电机的工作过程，小系统中控制设备的工作状态等，也都需要通过仿真来描述。而原有的负荷模型，都是在局部小网条件下建立的，用于现在更大的电网，在精确度和适应性上就受到很大局限。

　　超大规模电网存在0.1—0.2赫兹的超低频区域振荡模式，限制了主要通道的送电能力

　　通常火电机组发电机转子的转速为每秒50转，即50赫兹，也就是一分钟3000转。在平稳状态下，转子与转子之间的角度是固定的。但遇到电网的大小扰动，如：负荷波动、系统发生短路故障等，故障点电压有可能从500千伏一下子降到0，系统受到冲击，连接在一起的各同步发电机转速和转子角度就会发生周期性变化，这就叫振荡。体现在用户端，就是电压和电流忽高忽低，电灯忽明忽暗。

　　电力系统具有一定的抗振荡能力，普通的较小振荡，系统本身能够承受；如果振荡过大，就要用技术手段加以抑制，这是保障电力系统安全运行的重要任务。

　　而在大区域电网互联中，有上千台机组，最远输送距离4600公里。就像弹簧越长、振动频率越低一样，“本地振荡模式”通常频率在1赫兹以上，周期在1秒以下；而远距离输电振荡频率则低得多，在0.13赫兹左右，取其倒数，周期为7—8秒，这就是超低频。

　　在美国、日本等国，电网结构较紧密，振荡周期长，频率在0.1—0.2赫兹之间，低于0.1赫兹的概率很小，所以没有相应的研究。

　　远距离大容量输电系统暂态稳定、动态稳定问题突出，输送能力严重受限

　　暂态稳定，即电力制系统在受到扰动作用后，几秒钟内可以恢复到系统稳定状态的能力；而动态稳定则属于在发电机自身阻尼和自动调节控制装置的作用下，使电力系统的振荡衰减，保持较长过程稳定性的能力，一般几秒之内判断不出稳定与否，需十几秒、几十秒才能判断出。在电力系统实际运行中，分清问题性质，到底属于暂态稳定还是动态稳定，是解决问题的关键。

　　负荷中心短线群、环网系统中输电线路的热稳定制约输送能力

　　在电力负荷中心，电网密集，输电线路都是几十公里的短线，所以称为“短线群”。

　　电网结构大致分为辐射型、环网型。后者即环网系统，其结构较强，可靠性更高，通常用于负荷中心；前者则比较经济。

　　至于热稳定问题，主要体现在输电线路和变压器承受电流的能力。输电线都是钢芯铝绞线，变压器是铜线。作为金属，都有受热变形的问题。比如输电线，正常“绷直”状态下有一个合理的弧垂度，用以和地面保持安全距离；但在受热后弧垂度加大，超过标准对地距离，就会发生故障，这种情况夏季更容易出现。

　　大机组控制系统的性能不适应大电网运行要求

　　随着电网规模的不断扩大，大容量发电机不断接入电网，大机组的控制系统性能越来越复杂，有些发电厂在建设期间没有充分考虑系统运行的特性，尤其是进口设备，其控制系统一般可以满足其本国的需要，而对我国发展中的电网适应性有欠缺，所以在并入电网后需要按照电网的需求进行改造。

　　———破解方法———

　　通过现场试验和工程验证，对电网进行全系统分析和优化，采取关键技术原始创新和集成创新相结合的技术路线，系统化、科学化地提高大电网安全稳定水平和设备载流能力。而且，不仅是在特定的送电通道上提高电网输送能力，而是在全网的输电、配电能力上全面提高，解决电网输送能力方面“木桶效应”中的短板问题。

　　针对大电网仿真计算的精确度与适应性问题

　　探索电网仿真验证的新方法，开展超大规模电网三相短路建模试验，利用同步相量测量系统，获取系统实际动态数据，验证新型负荷模型参数及电网仿真计算的准确性和适应性。有关电力系统建模和仿真研究的成果已经在国网公司全系统安全稳定分析日常工作中得到了应用，使电网仿真分析水平全面实现了从经典模型到发电机详细模型、励磁实测模型、更符合实际的负荷模型的飞跃。

　　针对超大规模电网的超低频区域振荡问题

　　研究了复杂多机系统中电力系统稳定器（PSS）的协调配置方法，并在东北、华北、华中互联电网400多台机组上进行试验，改善了大电网动态品质，解决了现阶段制约我国电网安全稳定运行和输电能力的这一重大技术难题。如针对国外同类型设备的隐患，研究具有抗无功反调能力的电力系统稳定器技术，解决了三峡电站等大型水、火电机组投入PSS后的安全稳定问题，推动电网控制技术水平的提升；国网公司直调系统和华中电网东北电网实施安全稳定控制措施，提高黑龙江西部送出能力55万千瓦；西北电网对10条330千伏线路增容改造，提高输送能力50万千瓦，通过进一步实施PSS配置工作，在渭河二厂等电厂配置PSS，进一步提高330千伏电网西电东送能力15万千瓦等。

　　针对远距离大容量输电系统暂态稳定、动态稳定问题

　　分析电网输送能力受到其限制的共性原因，结合我国配网发展和负荷构成变化情况，研究了配电网络与感应电动机聚合方法，揭示我国电网的负荷特性和合成规律。

　　鉴于我国电网网架比较薄弱的实际情况，研究规模应用静止无功补偿装置（SVC），在重要枢纽点大规模应用静止无功补偿器，拓展柔性输电技术的应用领域，提高系统的动态稳定水平，增强重要送电通道的输送能力，并促进电网重要设备的国产化进程。

　　针对负荷中心短线群、环网系统中输电线路的热稳定制约输送能力的问题

　　研究了动态增容技术，实现线路载流能力和允许安全运行时间的动态确定和实时显示，从理论和实践两方面论证了提高导线工作温度的可行性，制定整体解决方案，并应用于实际运行系统。按原来的技术标准，导线温度最高为70℃，环境温度最高为40℃；现在输送容量更大的情况下，导线温度提高到按80℃来控制。而且，提高线路工作温度技术已经拓展到基建和规划中，电网技术装备水平明显提高。

　　针对大机组控制系统的性能问题

　　在全面研究论证应用静止无功补偿装置（SVC）提高电网输送能力的机理后，二期工程中采用在川渝电网关键变电站投产3台静止无功补偿装置（SVC），全面推广“协调配置PSS抑制超低频振荡技术”，实施万龙双线串补和二普线串补工程等措施，提高华北—华中跨区联络线输送能力10万千瓦，川渝送出断面输送能力70万千瓦，四川送重庆断面90万千瓦，大大提高了跨区电网跨区和跨省骨干通道输送能力。

　　通过输电技术、仿真技术、控制技术、技术改造和管理五方面的原始创新和集成创新，在运行电网统一组织大规模工程实施，促进各电压等级电网输电能力平衡协调增长，提高工程的投入产出比和实际效果。

　　电网“大提速”使困扰局部电网运行多年的输电瓶颈问题得到了阶段性解决，提高了电网技术和装备水平，并提升了我国在世界电力领域的学术地位；充分发挥了电网企业的资源优化配置作用，最大限度地满足了社会用电需求，综合效益显著。按国家统计局颁布的单位GDP电耗1358.5千瓦时／万元计算，2005年增供电量产生GDP593亿元，加上2006年提高输电能力工程增供电量，估算产生GDP879亿元，两年合计1472亿元。(瞿剑)