西北电网外送暨宁东—山东±660kV高压直流联网示范工程浅议

刘本粹

（国家电网公司，北京 100031）

西北电网外送暨宁东—山东±660kV高压直流联网示范工程浅议

刘本粹

（国家电网公司，北京 100031）

0 引言

我在西北从事750kV输变电示范工程研究时就曾多次谈到：西北能源资源丰富，煤、油、气、风能、太阳能开发潜力大，尤其是黄河上游水电因其库容量大，具有良好的调峰性能。但因西北经济基础薄弱，靠自身电量增长有限，目前西北全电网的用电量只相当山东一个省网，所以按照西北“三型”坚强智能送端电网“三步走”发展战略，凭借西北750kV坚强智能送端电网的建成，水火风打捆，电力外送，既是开发西北将西北的资源优势变为经济优势的重大举措，也是响应胡锦涛主席在世界气候大会上的讲话精神，节能减排，减少华东等经济发达地区火电装机容量，在全国更大范围内实现资源优化配置与利用的具体体现。

继灵宝、德宝±500kV高压直流输电工程之后，西北电网外送又一重大工程宁东—山东±660kV高压直流输电工程于2008年12月正式开工建设，预计2010年底单极投运，2011年双极投运。

该±660kV直流输电工程具有远距离、大容量、低损耗、节约线路走廊，大量节约金属材料、降低工程造价等优点，有利于促进我国能源基地的开发利用，实现大型煤电、水电、清洁能源电力基地的集约化开发，提高能源开发和利用效益，同时减轻负荷密集地区的环保压力。

宁东—山东±660kV高压直流输电工程以最少的资源消耗和环境代价获得最大的经济利益和社会效益，对于提高山东电网运行的经济性和可靠性，提升国家能源资源优化配置能力，促进西部地区的社会经济发展有重要作用，是建设资源节约型、环境友好型社会的重大举措，是绿色电力的发展方向之一[1]。

本文在对±660kV直流输电示范工程系统联网和技术创新进行分析的基础上，阐述了该工程的经济和社会效益，论证了其作为示范工程的重要作用。

1 工程概况

宁东—山东±660kV直流输电工程，工程输送容量4000MW，直流电流按3030A设计，±660kV直流线路约1335km。宁东—山东±660kV高压直流输电工程线路见图1。

图1 宁东-山东±660kV高压直流输电工程线路示意图

银川东换流站是宁东—山东±660kV直流输电示范工程的送端，与银川东750kV变电站合建。它是亚洲目前规模最大的变电站，是世界上第一个采用±660kV等级的换流站，也是第一个交流750kV、直流±660kV合建站。是中华人民共和国成立60周年电力巨大成就的一个亮点工程，站址位于宁夏回族自治区银川市东南灵武市临河镇，宁东煤电基地中心部位。

2 系统分析

西北地区能源丰富，水电调节性能优越，但经济发展相对落后，用电水平低且增长较慢，用电结构较单一。这造成了西北电网水电资源利用率较低，调峰资源大量闲置的现象。山东地区经济发展较快，用电需求较大，华北电网电源结构单一，几乎是纯火电系统，系统调峰手段有限，靠火电深度调峰，经济性能差。因此，无论从资源优化配置、水火电互补运行，还是西部大开发、西电东送的能源流向看，西北华北联网送电均是必要的。

从系统分析可知，西北电网目前在建的大型水电电源有拉西瓦水电站4200MW等，2008—2011年全部投产，“十一五”末到“十二五”初还考虑新建积石峡1020MW、班多360MW等电站。根据电力电量平衡及运行方式计算的结果见表1[2]。

表1 西北水电外送/闲置计算表 MW

由表1可知，这一部分闲置容量在相当长的时间内是存在的，可通过与华北电网联网后发挥调峰作用。为提高联网工程竞争力，考虑西北水火电打捆向华北电网送电。目前，初步考虑水火电“打捆”外送，水火电比例为1∶1。水电容量考虑为黄河上游水电的空闲容量，火电为宁夏的火电。同时，随着2010年西北电网750kV网架的逐步形成，也为西北水火电打捆外送奠定了基础。

3 宁东—山东直流电压采用±660kV的技术论证

随着中国经济的高速发展，为满足我国各地区能源发展的要求，规划在未来15a内再规划建设20条左右的长距离直流输电工程。通过技术经济比较认为：采用±500kV电压等级的单12脉冲动阀组接线模块的直流系统适合实现3000MW左右负荷在距离1000km以下范围内的点对点输送和调配，如陕西宝鸡—四川德阳；采用±800kV电压等级的双12脉冲动阀组串联接线模块的直流系统则适合实现7000MW级左右负荷在1400～2000km范围内的点对点输送和调配，如四川向家坝的复龙至上海奉贤换流站；而对于1000～1400km范围内的点对点的输送和调配，则以±660kV电压等级要经济合理得多。输电距离在1000～1400km范围内时，±660kV电压等级直流输电线路的线损较±500kV低2%～4%，这正同火力发电机组从亚临界跨越到超临界，从超临界跨越到超超临界，热效率将提高4%一样，经济效益明显。并且±660kV输电线路受电磁环境控制客观上更需要大截面导线，而大截面1000mm2导线的应用则进一步提高了±660kV电压等级的经济性。表2所示为输电方案经济比较。

表2 输电方案经济比较

从表2可以看出，满上网电价为0.2514元/kW·h，±660kV的年费用已明显优于±500kV且单位容量线损费用相差较大，±660kV仅为±500kV的2/3还少，表3还给出了电价上升时±660kV在线损费用上减少的优势。

4 技术特点分析

该工程是国家“西电东送”北通道建设的重要组成部分，由于本直流工程电压首次采用±660kV等级，且工程线路距离远，设计施工复杂宁东—山东±660kV直流输电示范工程线路途径宁夏、陕西、山西、河北、山东五省（区）45市、县(区)，所经地区农业比较发达、村庄比较密集；沿线地质条件复杂，有沙漠、岩石、松砂石、普通土，不良地质作用有风蚀沙埋、湿陷性黄土、冲沟、滑坡、崩塌、压矿、黄土坍塌、黄土陷落洞，基岩的小型崩塌、地震液化等；工程跨越高等级公路、铁路、河流较多[3]，在途径山西五台山地区海拔超过3000m。

表3 电价上升时±660kV与±500kV经济性比较

工程创造了许多项“世界第一”，经分析具有以下特点：

1）巴西伊泰普水电站送出曾采用±600kV，而宁东—山东青岛则采用±660kV，且海拔高。线路所经过地区海拔超过3000m，在世界上第一个采用±660kV等级的换流站，也是第一个交流750kV、直流±660kV合建站。

2）直流换流站总体系统、主设备技术规范、主要设计原则等均为新制定，工程设计研发难度大，尤以阀厅的设计，作为世界上最大规模阀厅，需要在框架结构、设备支撑、运行维护等方面有较多的考虑和创新。

3）直流换流阀创多项世界第一。单阀容量2000MW、单阀电压±660kV、晶闸管数量均为目前世界之最。国内外没有具有运行业绩的成熟产品。

4）换流变压器。双绕组换流变的单台容量（约402MV·A）、运输重量（约350t）、换流变单台油重、换流变阀侧绝缘水平均为世界之最；世界上首次采用三柱式结构技术解决运输尺寸限制和换流变容量的矛盾。

5）平波电抗器首次采用不对称分开布置方案。平波电抗器采用在极线、中性线上不对称分开配置，为大容量直流输送工程中首次采用；因西北风沙大污秽严重，基于工程总体考虑，高压干式平波电抗器首次采用户内布置方式。

6）单个阀厅体量、单个户内直流场体量目前世界最大。

7）宁东换流站首次采用包含大量一次设备的户内直流场，宁东换流站阀外冷首次采用空气冷却方式。

8）直流系统运行考虑防冰等特殊运行方式。

9）首次使用1000mm2大截面导线，并配套开发1000mm2导线的配套线路金具、配套施工机具，尤其是发明了PAM尼龙滑车，为导线施工的安全质量提供了保障。

10）杆塔用材首次采用纤维增强复合材料FRP、首次使用Q460高强钢等新材料，接受了设计、生产工艺、试验标准及方法和检验等多方面考验。

5 经济效益分析

80年代初，西北地区电价居全国之首，随着东部地区经济的迅猛发展电价不断攀升，而西北地区由于经济落后，电价承受能力有限，到90年代末已经是全国电价最低的地区之一，这就为西北电力外送创造了前提，加之西北地区能源资源丰富，尤以黄河上游水电，以龙羊峡大库容作后盾，具有良好调峰性能，而山东地区经济增长势头强劲，电力需求旺盛，尽管在“十一五”初新增了不少125MW及以上机组集中投产，但随着这几年电力负荷迅猛增长，到2010年电力缺口将接近900万kW。宁东—山东青岛±660kV输电工程投产后，由于2电网系统负荷特性、电源结构及其调节特性的差异，联网后将获得包括社会、经济效益在内的多种联网效益，主要有：水电容量效益、送电电量效益、错峰效益、互为备用和紧急事故支援效益等。具体分析如下文。

5.1 经济效益

5.1.1 送电效益

该工程是跨区联网水、火电打捆送电项目，可充分利用西北地区水电空闲容量和丰富的煤炭资源，提高水电利用率，变输煤为输电，缓解煤炭运输压力，降低运输损耗，同时为受端电网提供调峰电源，提高山东电网运行的经济性和可靠性，从整体上降低了一次能源消耗。而当前西北电力发展的情况看，清洁能源发展迅速，特别是风电基地的建设为本工程注入了新的内涵。

5.1.2 环保效益

据初步测算，山东电网接纳宁东400万kW电力，每年可节省1120万t原煤发电，减少SO2排放1.7万t，使全省SO2排放量降低1.1%。

5.1.3 错峰及联网效益

西北电网年最大负荷一般出现在11月份，而山东电网年最大负荷一般在8月和12月，由于负荷特性不同及高峰负荷存在时差，宁东—山东±660kV直流输电示范工程将获得一定的错峰效益。作为电源结构、负荷特性水平均有不同的送受端电网，其联网之后通过统一调度运行、检修安排，将获得一般大系统之间联网可获得的互为备用和紧急事故支援的联网优势。

750 kV电网已覆盖陕甘青宁4省区，跨省区输电能力大幅度提升，并且西部水电和东部、北部火电互济运行，省间错峰效益明显，具备建立电力电量储备库，实现水、火、风电打捆外送的基础平台，西北电网向华北送电400万kW是完全有保证的。

5.2 社会效益

1）提高电力科技水平，推动电力工程技术研发和装备制造升级。作为世界上首个±660kV电压等级的直流输电工程，宁东—山东±660kV直流输电示范工程是我国直流输电技术的开创性工程，既没有直接应用的标准，也没有成熟的技术和经验可供借鉴。需在我国超高压直流工程建设经验的基础上，借鉴国外直流输电技术研究成果和工程经验，结合工程实际条件进行系统规划、科学研究、工程设计、设备制造、工程建设和运行维护的全面自主创新，掌握关键技术，形成完全自主和系统性的知识产权，推动我国电力工程技术研发和装备制造升级。本工程采用1000mm2大截面导线、低损耗变压器等减少占地面积、降低损耗、节约能源的许多有效措施，具有良好的社会效益。

2）提升清洁能源利用能力，促进资源节约型社会建设。西北地区水电、风电、太阳能等清洁能源资源丰富，水电经济可开发装机4000万kW，可利用风能储量7000多万kW，青海地区有望建设我国2000万kW大型并网太阳能发电示范基地[4]。清洁能源特别是风能、太阳能具有随机性强、冲击性大的特点，从安全性考虑，西北电网无法消纳如此规模的清洁能源，大规模直流外送将显著提升西北地区清洁能源的利用能力，为整个社会的低碳经济发展提供增长点。

3）落实“西部大开发”促进西部地区经济发展的有效方式。西北地区经济发展相对落后，仅靠原材料产品附加值低，经济效益差，但西北能源极其丰富，因此，电力外送是开发西北的支柱产业之一[5]。将富余电力外送，突显优势互补，不仅是发挥西北的能源资源优势，而且是促进西部经济发展落实西部大开发的有效方式和强劲措施。

6 结论

西北与华北电网宁东—山东±660kV直流联网示范工程贯彻了国家西部大开发和 “西电东送”战略，对于促进西部地区的社会经济发展有重要作用。

该工程将成为西北向区外送电的重要通道，进一步合理调整全国电力流向，加强电网对资源优化配置的作用。

该工程单个阀厅体量、单个户内直流场体量世界最大等近10项首创技术，多个“世界第一”，体现了我国电力传输技术快速发展，也有力推动了国内装备制造业的技术更新和发展。

该工程联网效益显著，包括带来的水电容量效益、送电电量效益、错峰效益、互为备用和紧急事故支援效益，有力促进西北地区经济发展。

我国西北地区能源资源丰富，但经济社会发展相对中东部落后，将资源优势转化为经济优势，一直是各级政府和能源企业高度关注的问题。资源就地转化为电能，将富余电力实现外送，实现优势互补，是破解这一难题的重要手段。目前建设的宁东—山东±660kV直流联网示范工程具有显著效益，将较大提高西北电网的外送能力，是西北坚强智能送端电网建设的重要组成部分，对落实西部大开发和“西电东送”战略要求，促进西部地区经济快速发展有重要意义。

宁夏首条750kV线路兰州东—银川东

该工程是我国第一个±660kV输变电示范工程，继该工程之后，我国还规划有多条1000～1400km的±660kV电压等级的输变电工程。该工程优质、安全、快速地建成，不仅能填补世界这一等级直流输电标准、规程的空白，而且对后续工程有典型引路、示范表率作用。我们一定要发扬从事750kV和特高压1000kV、±800kV工程的拼搏精神，以千方百计、千辛万苦、千言万语、千山万水的“四千”精神，精心组织、精心设计、精心施工、精心管理，把工程建设成继750kV变电站之后的又一靓点，争创 “鲁班奖”。

[1]刘本粹.浅议西北电力规划及其定位[J].电网与清洁能源，2008，24（2）：1-4.

[2]西北电力设计院.西北（陕甘青宁）“十一五”及远景目标网架规划报告[R]，2007.

[3]国家电网公司建设部.宁东-山东±660kV直流输电示范工程总体策划方案，2009.

[4]严陆光.力促大规模非水可再生能源发展[J].电网与清洁能源，2009，25（3）：1-4.

[5]周小谦.我国电力发展与西北电力展望[J].电网与清洁能源，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

分析了西北与华北电网宁东—山东±660kV高压直流输电工程中的近10项“世界第一”技术创新特点，从系统联网角度阐述了该工程建设的经济和社会效益。根据国家“西电东送”战略要求，通过国家电网的统一规划、建设和调配，西北750kV骨干电网作为 “三华”送端电网的格局已经形成，该直流联网示范工程将西北黄河上游水电、宁东火电打捆外送，对于西北地区煤电、水电、风电等能源大规模外送具有显著的示范作用，将实现更大范围的能源资源优化配置与利用。

±660kV高压直流输电；西电东送；示范工程；能源配置

1674-3814（2010）01-0009-05

TM726.1

A

2009-12-14。

刘本粹（1944—），男，教授级高级工程师，曾任国家电力部基建司司长，国家电力公司西北公司总经理、党组书记，西北电网有限公司党组书记，国家电网公司顾问。

（编辑 徐花荣）