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1 引言
近年來經常有文章在開頭采用“我國電力系統已發展到以‘大機組、超電壓和大電網’為特點的階段”這樣的表述方式,這已不約而同地成為眾多電力工作者喜用常寫又喜聞樂見的用語。雖然這種常用的表述方式并不能嚴格地描述具體電網發展各階段(省網、大區網、全國網)的技術特點[1],但仍可清楚地表述我國電力系統2020年以前從省網經大區電網發展到全國聯網的約近半個世紀的發展過程中總的技術特點。
“大機組”表明了發電部分的技術進步:“超高壓”表明了輸電和聯網技術的適應能力;而"大電網"則體現了電力整體的發展水平,“大電網”也涵蓋了輸電網和配電網兩大組成部分。所以“大機組、超高壓、大電網”綜合概括了全部電力系統和電力工業的主體發展內容,它們之間必然存在著相互適應和配合的關系。這種關系體現著一種內在的互相適應和制約的規律,是不能允許“失調”的,否則即會成為一種戰略性、長遠性和全局性配合關系的失誤。重大決策的成功是從長遠和全局的實際出發的,而不是從形式和慨念出發的決策。
2 用詞含義
(1)“大機組”是指容量更大的主力發電機組,也指因容量增大而結構發生變化(如火電機組的汽缸分缸、增設中間再熱器等)、性能得以改進(煤耗減少,熱效率提高)及參數變化(主蒸汽壓力和溫度的提高)的機組。我國的火電大機組應從200mw算起(125mw只是 “準大機組”,100mw則不能算做大機組),直到目前華東上海外高橋電廠的超臨界參數的1000mw大機組[2]和以后的超gw大機組,其間已形成相對完整的系列,這體現了電力工業發展的步伐,也適應了發展的需求。
水電和核電機組的容量雖然更多地受其動力條件的制約和影響,但也遵從逐步發展的規律,且其容量也大致與火電機組一致。
(2)“超高壓”是指大于220kv而小于1000kv的電壓等級,如日本采用的275kv;我國西北網采用的330kv(含315kv、345kv)等;西歐采用的400kv(含380kv、440kv)等;我國西北以外的其他地區和俄、日、美、加等采用的500kv;我國西北、巴西等采用的750kv(含735kv、765kv)等。雖然少數國家的一些機構(例如日本)和少數專家(如文[3]作者)認為750kv級也屬于特高壓范圍,但這并不符合國內外正式的技術標準。
超高壓是電網發展擴大所需的主要電壓等級,也是電網骨架線路采用的電壓等級。電力線路的位置、相互關系(包括輸電方式)及所用的電壓等級決定了一個電網網架的基本結構,也從根本上決定了其運行安全性和經濟性水平。由于電源和負荷布局要受資源和經濟發展等更多因素的影響,因此一個電網的輸送能力主要取決于網絡結構和電壓等級兩個因素。
已有超高壓段的電壓等級是隨著發電機組和電網容量的擴大而逐步提高的,由此形成了由電網發展各階段決定的各網架電壓系列(見圖1)。
直流輸電以其優越性能逐步承擔起越來越多的輸電和聯網任務。已建成的有±100kv、±250kv、±400kv、±500kv、±600kv等線路,已設計籌建的±750kv的長距離輸電線路,其電壓等級也大致與交流輸電電壓等級相近。
(3)“大電網”是指電網發展過程中覆蓋范圍和互聯關系達到一定程度和階段的電網,它和“超高壓”不同的是尚無正式的定量規定,即超過多少mw的電網為“大電網”,但可按電網發展階段定義為:電網起初是發電直供負荷;然后發展到具有并列安全和負荷經濟分配等問題的供電網及由多電源和多用戶形成的地區電網;再進一步形成邊界較固定的省網;省網再經互聯形成大區電網;最后再互聯成全國及國際聯網,甚至已被多次國際會議討論過的全球電網。可以認為省網形成及以前各階段為低級發展階段,以后即進入高級發展階段,也可以認為此后又再分為中級和高級兩個階段。
電網的發展和擴大是由其本身負荷容量的增大(量變或漸變)和相互的互聯(質變或突變)兩個方式實現的,一方面電網的發展整體上呈現階躍式上升狀態,另一方面,每階段電網自身又是連續上升的,故不適于用其總容量表示發展。因此圖1采用了各階段中輸電和聯網容量作為縱坐標,但每一省網或大區網的具體發展又有極大差別,故只能示意地表述其發展。
3 相互適應的關系
大機組、超高壓和大電網三者之間存在著不可違背的相互適應的要求和關系。
(1)大機組與超高壓的適應關系
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我國大部分地區只選用500kv一級超高壓,擔負著300mw到1000mw級所有大機組的輸電任務,事實上我國不少200mw機組也直接接入到500kv輸電線上[4,5],使其負擔過重;有時短線或弱線也不得不采用500kv;而且由于大機組接入過多,還可能導致開關關斷能力過早不足。文[6]作者根據各級電壓自然功率和經濟輸送功率及與各級大機組的配合情況,建議除500kv以外還應再建設380kv、750kv電壓等級。這樣大機組與超高壓才能更好地相互適應。
(2)超高壓與大電網的適應關系
圖1顯示出大電網在中級發展和高級發展的兩大階段上,只采用了500kv電壓等級,20多年建設和運行500kv電壓等級的經驗證明其現有性能相當低下(造價過高和輸送能力長期嚴重不足),文[4]、[5]從不同角度分析了其輸送能力不足的原因。調研世界主要國家的電網情況,發現在超高壓段內只采用單級500kv電壓的電網就僅有我國電網一個(西北地區除外)。國外實用經驗也證明各發展階段的電網都應具有各自的網架電壓,才能有利于運行和調度及規范工作的靈活性[5].
(3)大機組與大電網的適應關系
明顯地小電網帶大機組將引起安全問題;大電網中小機組過多也必然產生經濟性差的后果。發電機組是大電網的核心,不僅控制著電能供應,也是電網中各種調節和控制的關鍵環節。大電網除了安裝供熱、調頻或調荷性能優越的機組外,還應盡量采用大型機組。因此大電網和大機組相互適應的關系相對地易于掌握和實現,但需經過“超高壓”這個中間環節來實現。500kv電壓作為超高壓段唯一的中間環節,其“輸送能力不足,造價過大,建設速度慢”等缺點也十分不利于疏通這層適應關系。
總結上述:我國在廣大地域(西北除外)將形成三級大電網(省網、大區網、全國網)共用電氣互通的單一500kv網架及在適應四級大機組(200或300mw,500或600mw,800和1000mw)供電的輸送大范圍內只采用單級500kv輸電的不利局面。其實質是將本應是適應能力強的臺階型立體結構矮化為單一平面型結構,形成了送、受端等值阻抗數值的巨大差別。其結果是電網將長期相對薄弱,輸送能力將長期不足,短路電流將連續快速增大,運行調度和電網自動化也將遇到一些不應有的困難,還會影響電網規劃工作中應有的適應能力及未來鄉級電力市場營運中應有的靈活性。因此,可以認為我國超高壓段的輸電和聯網電壓只選用了單級500kv是一次嚴重“失策”。
4 結束語
(1)我國500kv輸電能力經近20年的努力,至今仍大致僅達到或稍高于國外380~400kv級的輸電能力。實用經驗及國外電網建設和運行經驗[5]皆證明在超高段只選用500kv單級是一次重大決策上的失誤。
(2)應及時全面總結并對比大部分地區采用單級超高壓500kv和西北地區采用330kv、750kv雙級超高壓等級的建設、運行和發展經驗,并參照國外的實際經驗以取得真正一致的認識。
(3)補救性措施是使已建或在建500kv輸電從開始就應用各種串補、橫補及緊湊化等措施,或將輸送任務盡量轉移給直流輸電承擔。但新增的基本投資將使“積重難返”的被動局面更顯突出;且像我國這樣一個客觀上存在多地區、多層次之間資源優化關系的復雜大電網,極不可能使所有聯網和輸電都采用直流輸電。
(4)根本性措施是因地制宜地在500kv以上增用765kv(即800kv)電壓級,與500kv共同作為全國電網的網架電壓[7,8],并在500kv以下有條件地增用380kv級電壓,與500kv共同作為省網和大區網的網架電壓以使各級電網從電壓級上分開,并使三者在發展和市場競爭中顯示各自的生命力。
(5)我國電工界已對采用單極500kv輸電的不合理性取得越來越多的共識。決策失誤的政策原因是只從近期、少量項目,而非從長遠、全局電網的發展需要來考慮和決策;而失誤的思想原因則是僅從電壓級的比例關系或電壓系列等形式性概念出發[9],而非從電網全局的內部適應及配合的合理關系出發來考慮和決策。
(6)我國電網已有巨大發展,但比起20年之后建成的高水平小康社會時的全國特大型電網(更不必說到本世紀中葉達到中等發達國家水平時的更發達電網)來說,當前電網還只是起步時期的一個雛形電網,因此發展初期的一些失誤也是在所難免,還來得及修改或補救。
[nopage]二級建造師市政工程科目單項選擇題20題,每題1分,共計20分;多項選擇題10題,每題2分,共計20分;案例分析題共80分,總計120分。大家根據233網校老師講課中的章節重難點指引,看最新教材進行預習,再來聽精講班老師解讀教材考點,聽課時就不會一頭霧水,思路會比較清晰,也容易掌握各個考點。點擊聽課,進入備考>>