摘要： 介绍了开展提高500kV电网输送能力研究的意义， 给出了国家电网公司提高500kV电网输送能力工程的指导思想，分析了500kV电网的现状及输送能力受限的原因，并参考国外电网提高输送能力的经验提出了5个提高输送能力的技术改造方向：控制技术、输电技术、管理技术、设备改造和仿真技术。同时，针对电网存在的问题提出了具体的解决方案，并介绍了国家电网公司第1次提高电网输送能力工程的实施情况。
关键词： 电力系统；电网；500kV；输送能力 2004年，在全国发电量比2003年增长14.8%的情况下，国家电网公司系统除辽宁、吉林、黑龙江及新疆外，其余24个省级电网都发生了因供需不平衡造成的拉闸限电，最大电力缺口达到30GW，电力供应的短缺已成为制约经济发展的“瓶颈”。
国家电网公司为了积极应对当前的供电紧张形势，提出了建设“一强三优”现代公司的战略目标，把建设特高压电网和对现有电网实施技术改造和升级作为推动中国电网技术装备进步的2个轮子，相互协调、同时推进，以促进电力工业的可持续发展。
当前，我们急需通过技术改造和升级增加现有电网的输送能力，加大跨省、跨区电网的送电力度，提高电网运行效率，实现更大范围的资源优化配置，以满足日益增长的国民经济发展和人民生活用电需要。
2005年初，国家电网公司通过对500kV线路输送能力的现状进行深入调查与分析，针对电网实际存在的问题，提出了国家电网公司第1次提高输送能力的方案。本文将从国家电网公司500kV电网的现状、线路输送能力受限原因、国外电网输送能力简况、采取的技术措施、具体的实施方案和实施情况6个方面介绍国家电网公司第1次提高输送能力工程的研究情况。
1 国家电网公司500kV电网的现状
自1981年我国第1条500kV平顶山——武汉输电线路投入运行以来，经过24年的发展，500kV电网已经覆盖了全国除西北、西藏和海南以外的全部省份。目前国家电网公司已投产的500kV线路总长度为3.8×104km，形成了东北、华北、华中、华东等4个以500kV为骨干网架的区域电网；并且实现了东北—华北—华中的交流联网，是世界上规模最大的500kV交流电力系统之一。
500kV电网是随着长距离、大容量输电而出现和逐步形成的。我国地域广阔，一次能源主要集中在中西部地区，而电力消费却主要集中在东南部沿海和中部地区。输电距离长、供电范围大是我国500kV电网发展过程中的主要特点。在500kV电网建设发展初期，500kV输电线路的建设大多是将远方坑口、路口火电厂和大型水电站的电力输送到位于大中城市和沿海地区的负荷中心，由于500kV电网还未形成较为坚强的网状结构，长距离链形结构使得我国500kV长距离输电线的输送能力主要取决于线路的稳定极限。20世纪80年代，每回500kV交流线路的输送能力为600~800MW，近年来随着电网建设的发展，区域电网结构的加强，使500
kV交流线路的平均输送能力提高到了目前的800~1 000MW左右。
2 500kV线路输送能力受限原因
根据对各区域电网的调查结果分析，目前国家电网公司系统中大部分500kV线路的潮流无控制要求，其输电容量取决于实际潮流分配。有约1/4线路受到限制，主要原因有：①受限于线路热稳定水平；②受限于暂态稳定水平（主要集中在远距离送出线路及跨省联络线）；③受限于动态稳定水平（主要是跨区交流联网线及区域电网内部重载断面）这3类。
2.1 受限于线路热稳定水平
线路热稳定问题反映出我国500kV线路设备额定容量偏低。目前我国500kV线路主要采用钢芯铝绞线LGJQ-300×4和LGJQ-400×4。LGJQ-300×4的极限输送容量为2460MW（按导线周围空气温度为25℃、导线最高允许温度为70℃求得，当周围温度不同时，应乘以修正系数），LGJQ-400×4的极限输送容量为2930MW。
线路热稳定问题还反映出电网目前存在电磁环网运行和主变压器容量不够的问题。主要原因是500kV线路的送电能力还相应受到220kV线路热稳定能力的限制，解决这一问题的办法是从根本上加强电网建设，逐步打开电磁环网，对变电容量不足的主变压器进行扩容。
2.2 受限于暂态稳定水平
我国各大区、各省500kV电网处在快速发展建设阶段，电源长距离送出线路和网、省间联络线的电气联系相对薄弱，致使暂态稳定问题比较突出。部分断面存在电磁环网，目前受限于暂态稳定水平的线路主要是远距离送出线路及省间联络线。以川电东送通道为例，川渝电网的500kV主网架是依托雅砻江流域电厂的送出工程而形成的，电网结构薄弱，虽然电厂送出主要线路的稳定极限达到2700MW，单线送电功率900MW，接近了自然功率水平，但仍然窝电，而且川渝电网大部分500kV元件故障需要采取切机措施，不满足N-1的标准，影响了跨区互联电网整体动态水平和川渝电网外送水平。
2.3 受限于动态稳定水平
一般情况下，如果电网属于大型水电强送系统，或者区域电网之间靠周边单点弱联、形成长链式结构的，系统通常会存在动态稳定问题，电力的送出能力会因系统阻尼差而受到制约。影响系统阻尼特性的主要因素是发电机励磁系统的作用。一般情况下，远距离重负荷送电的发电机及其快速励磁调节系统容易产生负阻尼。随着联网系统规模的扩大，系统内区域间发电机群的相对振荡频率变得很低，约为0.13Hz，在这种频率下，几乎每一台按机端电压调节的发电机励磁都产生负阻尼，从而进一步恶化系统的阻尼特性。因此，应在相关机组上加装稳定控制器（PSS），并合理配置参数，以降低发电机励磁系统的负面影响，同时向系统提供正阻尼。
从调研结果看，我国目前能力受限的500kV线路虽然不多，但由于受限线路多为跨区、跨省联络线，大电源送出线路和负荷中心受入线路，这类线路与国外电网的有些相比对电网输电能力制约作用明显，在一定程度上造成了当前“送不出，落不下，交换能力不强”的问题。因此，提高500kV电网输送能力工程的研究重点应首先放在提高跨区、跨省和大电源送出线路的极限上。
3 国外电网提高输送能力措施简介
为了吸取国外在提高电网输送能力方面的经验，找出我国的差距，我们对国外电网500kV线路输送能力进行了研究。
（1） 东京电网。它以500kV双廊道同杆双回、相联外区引入的五廊道同杆双回路形成环绕东京湾的钳形网架。其一路同杆双回线的正常潮流可达3000MW以上，单回500kV线路送电能力达1500MW。其送电水平较高的主要原因有：①东京电网网架结构强、输电距离短，线路的输送能力主要取决于线路的热稳定极限；②普遍采用耐热导线。东京电力公司已经有16条500kV线路采用了钢芯耐热铝合金绞线（TACSR），其余的使用钢芯铝绞线（ACSR）。TACSR导线的连续使用允许温度为150℃，短时允许温度为180℃；而ACSR导线则分别为90℃和120℃。可以看出，日本导线的耐热性能高于我国线路。日本所采用耐热导线的型号及热容量水平如表1所示。
表1 日本所采用耐热导线的型号及热容量水平
导线型号
线路连续热容量极限/MW
ACSR410×4
3 100（冬季为3 600）
TACSR810×4
6 000
TACSR810×6
10 000
（2） 美国。美国太平洋联络线将美国西北部哥伦比亚河流域的水电输送到西南部的加利福尼亚州，实现水火互补。太平洋联络线的第一、二回为全长1
520km的500kV交流线，中间分9段，初期输送能力为1 800MW（单回线为900MW）。为提高输送能力，在全线各线段采用串补（串补度70%），建设了与此并联的±400kV直流联络线，并利用直流调制提高交流线路输送能力，以及采用电气制动措施，最终使这2回500kV联络线的输送能力提高到2800MW，单回线输送能力提高到1
400MW。
（3） 瑞典。瑞典北部水电向中南部负荷中心输电工程的送电距离在400~700km之间。如果不采用串补，需要12回400kV输电线，采用串补度在34%~70%之间的串补装置后，只需8回线路。为防止高串补度可能产生次同步谐振对核电机组的危害，利用对老串补站改造的机会将其一部分改为可控串补。在加拿大魁北克水电局和BC省水电局也有类似的经验。
（4） 巴西。巴西南北联网工程从北部到南部架设了1条长1 020km的交流500kV紧凑型线路，中间设有3个变电站。全线安装了100%补偿度的高压并联电抗器，在3个中间变电站共安装了6组固定串补，总补偿度为54%。在线路两端还各安装了1组补偿度为6%的可控串补以抑制南北部电网联网后所产生的频率约为0.18Hz左右的区域间低频振荡。该线路的输送容量为1
300MW。
通过对比可以看出，我国500kV线路的输送能力与国外先进水平相比尚有一定差距。这一方面是由于我国远距离大容量输电系统的结构较为薄弱，另一方面也因为我国在采用串补和并补等先进输电技术方面起步比较晚。近几年，串补技术开始在一些输电工程中逐步得到应用，在提高输送能力方面已发挥出一定的作用。
4 国家电网公司提高500kV电网输送能力工程的指导思想
综合对500kV线路输送能力的调研情况，同时吸取国外电网的先进经验，国家电网公司确定了提高500kV电网输送能力工程的指导思想：在保证电网安全稳定和设备安全的基础上，处理好提高电网输送能力与提高电网安全稳定运行、经济效益和跨区跨省电力平衡3方面的关系。
5 提高电网输送能力的主要技术改造方向
依托近期的电网建设和改造项目，国家电网公司提出了5个方面的技术改造方向和20项具体措施。
（1） 用控制技术提高输送能力。采取在部分输送线路加装安全稳定控制装置、在部分发电机组上加装稳定控制器（PSS）等控制措施，增加系统阻尼，提高系统动态稳定水平和电网的输电能力。主要措施是：在黑龙江东部地区、吉林送辽宁等线路加装安全稳定控制装置；完成华北、华中、东北电网49台发电机组稳定控制器的加装工作。
（2） 利用输电技术提高输送能力。在华北电网和川渝电网中安装输电线路串联补偿、可控并联补偿等灵活交流输电设备，提高电网输送能力。
（3） 通过加强管理提高输送能力。优化电网调度方式，加强发电厂和电网之间的协调，促进并网发电机组调节控制系统性能全面达标，发挥并网应有的调节作用，综合提高电网输送能力。
（4） 设备改造提高输送能力。对电网中“卡脖子”输变电设备和回路中“卡脖子”元件实施改造，发挥网络整体能力，避免因二次设备或附属设备造成主设备能力受限；建议采用耐热导线，制定提高送电线路耐受温度的技术规定，以提高因热稳定水平受限线路的输送能力；对重要送电断面的老旧断路器和继电保护装置进行改造，以缩短故障切除时间。
（5） 仿真技术提高输送能力。应用负荷建模领域新的研究成果，改进仿真负荷模型；通过电网大扰动试验，采用先进辨识手段进一步精确负荷模型，提高仿真计算精度；对100MW及以上的463台发电机控制系统进行测试和改造，提高电网整体安全运行能力。
6 国家电网公司第1次提高电网输送能力工程的实施情况
2005年3月4日，国家电网公司在北京举行了主题为“提高电网输送能力”的资讯发布会，会上发布了2005、2006年分别提高500kV电网跨区电力电量输送能力1400MW的目标。3月14日，国家电网公司召开了工作动员会，正式启动了包括各电压等级电网在内的全面提高现有电网输送能力的工作。
经过5个月的艰苦会战，在国家发改委、电监会和有关省市政府的大力支持下，在相关发电企业的积极配合下，经过公司系统广大员工的不懈努力，国家电网公司于7月1日全面实现了2005年提高跨区输送能力的目标。截止到7月1日，国家电网公司为提高输送能力共完成327项任务，各电压等级电网总计提高输送能力19700MW。其中，500kV跨区电力电量输送能力提高1
400MW；500kV区域和省网提高6 800MW；220kV系统提高7 620MW；110kV及以下系统提高3 880MW。增供的电力及时有效地支持了电网迎峰度夏，为保证电网安全稳定运行和有序供电打下了坚实的基础。
7 结束语
提高电网输送能力工作是一个系统性工程，国家电网公司继续在公司系统范围充分开展提高输送能力的工作，将在实施第1次提高电网输送能力工程的基础上，不断总结经验，继续实施第2次、第3次…提高电网输送能力工程，不断提高电网的输送能力，最大限度满足社会和经济发展的需求！
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