劉本粹

（國家電網(wǎng)公司，北京 100031）

西北電網(wǎng)外送暨寧東—山東±660kV高壓直流聯(lián)網(wǎng)示范工程淺議

劉本粹

（國家電網(wǎng)公司，北京 100031）

0 引言

我在西北從事750kV輸變電示范工程研究時(shí)就曾多次談到：西北能源資源豐富，煤、油、氣、風(fēng)能、太陽能開發(fā)潛力大，尤其是黃河上游水電因其庫容量大，具有良好的調(diào)峰性能。但因西北經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，靠自身電量增長有限，目前西北全電網(wǎng)的用電量只相當(dāng)山東一個(gè)省網(wǎng)，所以按照西北“三型”堅(jiān)強(qiáng)智能送端電網(wǎng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，憑借西北750kV堅(jiān)強(qiáng)智能送端電網(wǎng)的建成，水火風(fēng)打捆，電力外送，既是開發(fā)西北將西北的資源優(yōu)勢變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢的重大舉措，也是響應(yīng)胡錦濤主席在世界氣候大會上的講話精神，節(jié)能減排，減少華東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)火電裝機(jī)容量，在全國更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置與利用的具體體現(xiàn)。

繼靈寶、德寶±500kV高壓直流輸電工程之后，西北電網(wǎng)外送又一重大工程寧東—山東±660kV高壓直流輸電工程于2008年12月正式開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2010年底單極投運(yùn)，2011年雙極投運(yùn)。

該±660kV直流輸電工程具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗、節(jié)約線路走廊，大量節(jié)約金屬材料、降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，有利于促進(jìn)我國能源基地的開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)大型煤電、水電、清潔能源電力基地的集約化開發(fā)，提高能源開發(fā)和利用效益，同時(shí)減輕負(fù)荷密集地區(qū)的環(huán)保壓力。

寧東—山東±660kV高壓直流輸電工程以最少的資源消耗和環(huán)境代價(jià)獲得最大的經(jīng)濟(jì)利益和社會效益，對于提高山東電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提升國家能源資源優(yōu)化配置能力，促進(jìn)西部地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重大舉措，是綠色電力的發(fā)展方向之一[1]。

本文在對±660kV直流輸電示范工程系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，闡述了該工程的經(jīng)濟(jì)和社會效益，論證了其作為示范工程的重要作用。

1 工程概況

寧東—山東±660kV直流輸電工程，工程輸送容量4000MW，直流電流按3030A設(shè)計(jì)，±660kV直流線路約1335km。寧東—山東±660kV高壓直流輸電工程線路見圖1。

圖1 寧東-山東±660kV高壓直流輸電工程線路示意圖

銀川東換流站是寧東—山東±660kV直流輸電示范工程的送端，與銀川東750kV變電站合建。它是亞洲目前規(guī)模最大的變電站，是世界上第一個(gè)采用±660kV等級的換流站，也是第一個(gè)交流750kV、直流±660kV合建站。是中華人民共和國成立60周年電力巨大成就的一個(gè)亮點(diǎn)工程，站址位于寧夏回族自治區(qū)銀川市東南靈武市臨河鎮(zhèn)，寧東煤電基地中心部位。

2 系統(tǒng)分析

西北地區(qū)能源豐富，水電調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，用電水平低且增長較慢，用電結(jié)構(gòu)較單一。這造成了西北電網(wǎng)水電資源利用率較低，調(diào)峰資源大量閑置的現(xiàn)象。山東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，用電需求較大，華北電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)單一，幾乎是純火電系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)峰手段有限，靠火電深度調(diào)峰，經(jīng)濟(jì)性能差。因此，無論從資源優(yōu)化配置、水火電互補(bǔ)運(yùn)行，還是西部大開發(fā)、西電東送的能源流向看，西北華北聯(lián)網(wǎng)送電均是必要的。

從系統(tǒng)分析可知，西北電網(wǎng)目前在建的大型水電電源有拉西瓦水電站4200MW等，2008—2011年全部投產(chǎn)，“十一五”末到“十二五”初還考慮新建積石峽1020MW、班多360MW等電站。根據(jù)電力電量平衡及運(yùn)行方式計(jì)算的結(jié)果見表1[2]。

表1 西北水電外送/閑置計(jì)算表 MW

由表1可知，這一部分閑置容量在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)是存在的，可通過與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后發(fā)揮調(diào)峰作用。為提高聯(lián)網(wǎng)工程競爭力，考慮西北水火電打捆向華北電網(wǎng)送電。目前，初步考慮水火電“打捆”外送，水火電比例為1∶1。水電容量考慮為黃河上游水電的空閑容量，火電為寧夏的火電。同時(shí)，隨著2010年西北電網(wǎng)750kV網(wǎng)架的逐步形成，也為西北水火電打捆外送奠定了基礎(chǔ)。

3 寧東—山東直流電壓采用±660kV的技術(shù)論證

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為滿足我國各地區(qū)能源發(fā)展的要求，規(guī)劃在未來15a內(nèi)再規(guī)劃建設(shè)20條左右的長距離直流輸電工程。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)為：采用±500kV電壓等級的單12脈沖動(dòng)閥組接線模塊的直流系統(tǒng)適合實(shí)現(xiàn)3000MW左右負(fù)荷在距離1000km以下范圍內(nèi)的點(diǎn)對點(diǎn)輸送和調(diào)配，如陜西寶雞—四川德陽；采用±800kV電壓等級的雙12脈沖動(dòng)閥組串聯(lián)接線模塊的直流系統(tǒng)則適合實(shí)現(xiàn)7000MW級左右負(fù)荷在1400～2000km范圍內(nèi)的點(diǎn)對點(diǎn)輸送和調(diào)配，如四川向家壩的復(fù)龍至上海奉賢換流站；而對于1000～1400km范圍內(nèi)的點(diǎn)對點(diǎn)的輸送和調(diào)配，則以±660kV電壓等級要經(jīng)濟(jì)合理得多。輸電距離在1000～1400km范圍內(nèi)時(shí)，±660kV電壓等級直流輸電線路的線損較±500kV低2%～4%，這正同火力發(fā)電機(jī)組從亞臨界跨越到超臨界，從超臨界跨越到超超臨界，熱效率將提高4%一樣，經(jīng)濟(jì)效益明顯。并且±660kV輸電線路受電磁環(huán)境控制客觀上更需要大截面導(dǎo)線，而大截面1000mm2導(dǎo)線的應(yīng)用則進(jìn)一步提高了±660kV電壓等級的經(jīng)濟(jì)性。表2所示為輸電方案經(jīng)濟(jì)比較。

表2 輸電方案經(jīng)濟(jì)比較

從表2可以看出，滿上網(wǎng)電價(jià)為0.2514元/kW·h，±660kV的年費(fèi)用已明顯優(yōu)于±500kV且單位容量線損費(fèi)用相差較大，±660kV僅為±500kV的2/3還少，表3還給出了電價(jià)上升時(shí)±660kV在線損費(fèi)用上減少的優(yōu)勢。

4 技術(shù)特點(diǎn)分析

該工程是國家“西電東送”北通道建設(shè)的重要組成部分，由于本直流工程電壓首次采用±660kV等級，且工程線路距離遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)施工復(fù)雜寧東—山東±660kV直流輸電示范工程線路途徑寧夏、陜西、山西、河北、山東五省（區(qū)）45市、縣(區(qū))，所經(jīng)地區(qū)農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)、村莊比較密集；沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，有沙漠、巖石、松砂石、普通土，不良地質(zhì)作用有風(fēng)蝕沙埋、濕陷性黃土、沖溝、滑坡、崩塌、壓礦、黃土坍塌、黃土陷落洞，基巖的小型崩塌、地震液化等；工程跨越高等級公路、鐵路、河流較多[3]，在途徑山西五臺山地區(qū)海拔超過3000m。

表3 電價(jià)上升時(shí)±660kV與±500kV經(jīng)濟(jì)性比較

工程創(chuàng)造了許多項(xiàng)“世界第一”，經(jīng)分析具有以下特點(diǎn)：

1）巴西伊泰普水電站送出曾采用±600kV，而寧東—山東青島則采用±660kV，且海拔高。線路所經(jīng)過地區(qū)海拔超過3000m，在世界上第一個(gè)采用±660kV等級的換流站，也是第一個(gè)交流750kV、直流±660kV合建站。

2）直流換流站總體系統(tǒng)、主設(shè)備技術(shù)規(guī)范、主要設(shè)計(jì)原則等均為新制定，工程設(shè)計(jì)研發(fā)難度大，尤以閥廳的設(shè)計(jì)，作為世界上最大規(guī)模閥廳，需要在框架結(jié)構(gòu)、設(shè)備支撐、運(yùn)行維護(hù)等方面有較多的考慮和創(chuàng)新。

3）直流換流閥創(chuàng)多項(xiàng)世界第一。單閥容量2000MW、單閥電壓±660kV、晶閘管數(shù)量均為目前世界之最。國內(nèi)外沒有具有運(yùn)行業(yè)績的成熟產(chǎn)品。

4）換流變壓器。雙繞組換流變的單臺容量（約402MV·A）、運(yùn)輸重量（約350t）、換流變單臺油重、換流變閥側(cè)絕緣水平均為世界之最；世界上首次采用三柱式結(jié)構(gòu)技術(shù)解決運(yùn)輸尺寸限制和換流變?nèi)萘康拿堋?/p>

5）平波電抗器首次采用不對稱分開布置方案。平波電抗器采用在極線、中性線上不對稱分開配置，為大容量直流輸送工程中首次采用；因西北風(fēng)沙大污穢嚴(yán)重，基于工程總體考慮，高壓干式平波電抗器首次采用戶內(nèi)布置方式。

6）單個(gè)閥廳體量、單個(gè)戶內(nèi)直流場體量目前世界最大。

7）寧東換流站首次采用包含大量一次設(shè)備的戶內(nèi)直流場，寧東換流站閥外冷首次采用空氣冷卻方式。

8）直流系統(tǒng)運(yùn)行考慮防冰等特殊運(yùn)行方式。

9）首次使用1000mm2大截面導(dǎo)線，并配套開發(fā)1000mm2導(dǎo)線的配套線路金具、配套施工機(jī)具，尤其是發(fā)明了PAM尼龍滑車，為導(dǎo)線施工的安全質(zhì)量提供了保障。

10）桿塔用材首次采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料FRP、首次使用Q460高強(qiáng)鋼等新材料，接受了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法和檢驗(yàn)等多方面考驗(yàn)。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

80年代初，西北地區(qū)電價(jià)居全國之首，隨著東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展電價(jià)不斷攀升，而西北地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)落后，電價(jià)承受能力有限，到90年代末已經(jīng)是全國電價(jià)最低的地區(qū)之一，這就為西北電力外送創(chuàng)造了前提，加之西北地區(qū)能源資源豐富，尤以黃河上游水電，以龍羊峽大庫容作后盾，具有良好調(diào)峰性能，而山東地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長勢頭強(qiáng)勁，電力需求旺盛，盡管在“十一五”初新增了不少125MW及以上機(jī)組集中投產(chǎn)，但隨著這幾年電力負(fù)荷迅猛增長，到2010年電力缺口將接近900萬kW。寧東—山東青島±660kV輸電工程投產(chǎn)后，由于2電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷特性、電源結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)特性的差異，聯(lián)網(wǎng)后將獲得包括社會、經(jīng)濟(jì)效益在內(nèi)的多種聯(lián)網(wǎng)效益，主要有：水電容量效益、送電電量效益、錯(cuò)峰效益、互為備用和緊急事故支援效益等。具體分析如下文。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1 送電效益

該工程是跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)水、火電打捆送電項(xiàng)目，可充分利用西北地區(qū)水電空閑容量和豐富的煤炭資源，提高水電利用率，變輸煤為輸電，緩解煤炭運(yùn)輸壓力，降低運(yùn)輸損耗，同時(shí)為受端電網(wǎng)提供調(diào)峰電源，提高山東電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，從整體上降低了一次能源消耗。而當(dāng)前西北電力發(fā)展的情況看，清潔能源發(fā)展迅速，特別是風(fēng)電基地的建設(shè)為本工程注入了新的內(nèi)涵。

5.1.2 環(huán)保效益

據(jù)初步測算，山東電網(wǎng)接納寧東400萬kW電力，每年可節(jié)省1120萬t原煤發(fā)電，減少SO2排放1.7萬t，使全省SO2排放量降低1.1%。

5.1.3 錯(cuò)峰及聯(lián)網(wǎng)效益

西北電網(wǎng)年最大負(fù)荷一般出現(xiàn)在11月份，而山東電網(wǎng)年最大負(fù)荷一般在8月和12月，由于負(fù)荷特性不同及高峰負(fù)荷存在時(shí)差，寧東—山東±660kV直流輸電示范工程將獲得一定的錯(cuò)峰效益。作為電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性水平均有不同的送受端電網(wǎng)，其聯(lián)網(wǎng)之后通過統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行、檢修安排，將獲得一般大系統(tǒng)之間聯(lián)網(wǎng)可獲得的互為備用和緊急事故支援的聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢。

750 kV電網(wǎng)已覆蓋陜甘青寧4省區(qū)，跨省區(qū)輸電能力大幅度提升，并且西部水電和東部、北部火電互濟(jì)運(yùn)行，省間錯(cuò)峰效益明顯，具備建立電力電量儲備庫，實(shí)現(xiàn)水、火、風(fēng)電打捆外送的基礎(chǔ)平臺，西北電網(wǎng)向華北送電400萬kW是完全有保證的。

5.2 社會效益

1）提高電力科技水平，推動(dòng)電力工程技術(shù)研發(fā)和裝備制造升級。作為世界上首個(gè)±660kV電壓等級的直流輸電工程，寧東—山東±660kV直流輸電示范工程是我國直流輸電技術(shù)的開創(chuàng)性工程，既沒有直接應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。需在我國超高壓直流工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒國外直流輸電技術(shù)研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程實(shí)際條件進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的全面自主創(chuàng)新，掌握關(guān)鍵技術(shù)，形成完全自主和系統(tǒng)性的知識產(chǎn)權(quán)，推動(dòng)我國電力工程技術(shù)研發(fā)和裝備制造升級。本工程采用1000mm2大截面導(dǎo)線、低損耗變壓器等減少占地面積、降低損耗、節(jié)約能源的許多有效措施，具有良好的社會效益。

2）提升清潔能源利用能力，促進(jìn)資源節(jié)約型社會建設(shè)。西北地區(qū)水電、風(fēng)電、太陽能等清潔能源資源豐富，水電經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)4000萬kW，可利用風(fēng)能儲量7000多萬kW，青海地區(qū)有望建設(shè)我國2000萬kW大型并網(wǎng)太陽能發(fā)電示范基地[4]。清潔能源特別是風(fēng)能、太陽能具有隨機(jī)性強(qiáng)、沖擊性大的特點(diǎn)，從安全性考慮，西北電網(wǎng)無法消納如此規(guī)模的清潔能源，大規(guī)模直流外送將顯著提升西北地區(qū)清潔能源的利用能力，為整個(gè)社會的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供增長點(diǎn)。

3）落實(shí)“西部大開發(fā)”促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效方式。西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，僅靠原材料產(chǎn)品附加值低，經(jīng)濟(jì)效益差，但西北能源極其豐富，因此，電力外送是開發(fā)西北的支柱產(chǎn)業(yè)之一[5]。將富余電力外送，突顯優(yōu)勢互補(bǔ)，不僅是發(fā)揮西北的能源資源優(yōu)勢，而且是促進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展落實(shí)西部大開發(fā)的有效方式和強(qiáng)勁措施。

6 結(jié)論

西北與華北電網(wǎng)寧東—山東±660kV直流聯(lián)網(wǎng)示范工程貫徹了國家西部大開發(fā)和 “西電東送”戰(zhàn)略，對于促進(jìn)西部地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用。

該工程將成為西北向區(qū)外送電的重要通道，進(jìn)一步合理調(diào)整全國電力流向，加強(qiáng)電網(wǎng)對資源優(yōu)化配置的作用。

該工程單個(gè)閥廳體量、單個(gè)戶內(nèi)直流場體量世界最大等近10項(xiàng)首創(chuàng)技術(shù)，多個(gè)“世界第一”，體現(xiàn)了我國電力傳輸技術(shù)快速發(fā)展，也有力推動(dòng)了國內(nèi)裝備制造業(yè)的技術(shù)更新和發(fā)展。

該工程聯(lián)網(wǎng)效益顯著，包括帶來的水電容量效益、送電電量效益、錯(cuò)峰效益、互為備用和緊急事故支援效益，有力促進(jìn)西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

我國西北地區(qū)能源資源豐富，但經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對中東部落后，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，一直是各級政府和能源企業(yè)高度關(guān)注的問題。資源就地轉(zhuǎn)化為電能，將富余電力實(shí)現(xiàn)外送，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，是破解這一難題的重要手段。目前建設(shè)的寧東—山東±660kV直流聯(lián)網(wǎng)示范工程具有顯著效益，將較大提高西北電網(wǎng)的外送能力，是西北堅(jiān)強(qiáng)智能送端電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，對落實(shí)西部大開發(fā)和“西電東送”戰(zhàn)略要求，促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展有重要意義。

寧夏首條750kV線路蘭州東—銀川東

該工程是我國第一個(gè)±660kV輸變電示范工程，繼該工程之后，我國還規(guī)劃有多條1000～1400km的±660kV電壓等級的輸變電工程。該工程優(yōu)質(zhì)、安全、快速地建成，不僅能填補(bǔ)世界這一等級直流輸電標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的空白，而且對后續(xù)工程有典型引路、示范表率作用。我們一定要發(fā)揚(yáng)從事750kV和特高壓1000kV、±800kV工程的拼搏精神，以千方百計(jì)、千辛萬苦、千言萬語、千山萬水的“四千”精神，精心組織、精心設(shè)計(jì)、精心施工、精心管理，把工程建設(shè)成繼750kV變電站之后的又一靚點(diǎn)，爭創(chuàng) “魯班獎(jiǎng)”。

[1]劉本粹.淺議西北電力規(guī)劃及其定位[J].電網(wǎng)與清潔能源，2008，24（2）：1-4.

[2]西北電力設(shè)計(jì)院.西北（陜甘青寧）“十一五”及遠(yuǎn)景目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃報(bào)告[R]，2007.

[3]國家電網(wǎng)公司建設(shè)部.寧東-山東±660kV直流輸電示范工程總體策劃方案，2009.

[4]嚴(yán)陸光.力促大規(guī)模非水可再生能源發(fā)展[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（3）：1-4.

[5]周小謙.我國電力發(fā)展與西北電力展望[J].電網(wǎng)與清潔能源，2008,24(9):3-9.

On Power Transmission from Northwest Grid and the ±660kV Ningdong—Shandong HVDC Power Transmission Demonstration Project

LIU Ben-cui
（State Grid Company of China，Beijing 100031，China）

In this paper, the author presents the “First 10 Technical Innovations in the World”asdemon strated in the±660kV HVDC Ning dong—Shandong HVDC power transmission project ,the first transmission line linkingtheNorthwestChina grid and North China grid, and elaborates the economic and social benefits of the project based on the system connection. The northwest backbone powerasthepower- sendingterminalgrid has been basicallysetup in line with the state’s west- to- east power transmission strategy and accordingtothe unified planning, construction and management of the SGCC. ThisHVDCinterconnection demonstration project serves to send the combined electricity of the hydropower from the upper reaches of the yellow river and the the rmalpower from the eastern part of Ningxia tothe northernChina, and it plays a remarkable exemplary role in the large power transmission of the large- sized coal- fired the rmalpower, hydropower andwind power in the north west toother regions, and helps torealize the optimized allocation and utilization of the energy resources in alargerarea.

±660kV HVDC；power transmission from west to east；demonstration project；power resources

分析了西北與華北電網(wǎng)寧東—山東±660kV高壓直流輸電工程中的近10項(xiàng)“世界第一”技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)，從系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)角度闡述了該工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。根據(jù)國家“西電東送”戰(zhàn)略要求，通過國家電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)和調(diào)配，西北750kV骨干電網(wǎng)作為 “三華”送端電網(wǎng)的格局已經(jīng)形成，該直流聯(lián)網(wǎng)示范工程將西北黃河上游水電、寧東火電打捆外送，對于西北地區(qū)煤電、水電、風(fēng)電等能源大規(guī)模外送具有顯著的示范作用，將實(shí)現(xiàn)更大范圍的能源資源優(yōu)化配置與利用。

±660kV高壓直流輸電；西電東送；示范工程；能源配置

1674-3814（2010）01-0009-05

TM726.1

A

2009-12-14。

劉本粹（1944—），男，教授級高級工程師，曾任國家電力部基建司司長，國家電力公司西北公司總經(jīng)理、黨組書記，西北電網(wǎng)有限公司黨組書記，國家電網(wǎng)公司顧問。

（編輯 徐花榮）