國外電網(wǎng)規(guī)劃和設計先進經(jīng)驗對標研究

國外電網(wǎng)規(guī)劃和設計先進經(jīng)驗對標研究綜觀國際上發(fā)達國家的電網(wǎng)發(fā)展歷程，在經(jīng)歷了社會經(jīng)濟的快速發(fā)展期后，其電網(wǎng)規(guī)劃設計的思路、原則、目標以及規(guī)劃設計方法不斷得到修正和改進，形成了比較完善的規(guī)劃設計體系。目前，主要發(fā)達國家大多已處于用電需求增長放緩的階段，電網(wǎng)規(guī)劃以改造為主，擴展規(guī)劃項目逐步減少，在電網(wǎng)規(guī)劃設計中更加注重發(fā)展的經(jīng)濟效益和電網(wǎng)可靠性，其中有一些思路和方法值得我國借鑒。（一）國外電網(wǎng)規(guī)劃設計面臨的現(xiàn)狀大多發(fā)達國家電網(wǎng)目前已經(jīng)處于用電需求增長放緩的階段，目前主要是采取挖潛改造和適度擴建相結合的手段，加強網(wǎng)絡結構，消除線路阻塞。以RTE公司[5]的電網(wǎng)規(guī)劃為例，網(wǎng)絡受限一般考慮三個方面：一是輸電能力不足；二是超高壓電網(wǎng)（225千伏、400千伏）節(jié)點電壓低于額定電壓10%，高壓電網(wǎng)（63千伏、90千伏、150千伏）節(jié)點電壓低于額定電壓的8%；三是短路電流超標（400千伏40或63千安，225千伏31.5千安，90及63千伏20千安）。電網(wǎng)出現(xiàn)受限情況，首先考慮調(diào)整電網(wǎng)拓撲結構及電源運行方式，在上述兩種措施無法解決的情況下，則需要考慮新建電網(wǎng)項目。決策建設新的電網(wǎng)項目一般包括三個步驟，一是確定項目的必要性和可實施性，主要考慮技術、環(huán)境和法律方面的制約；二是方案分析和比較，擬定多種可選方案，進行投入產(chǎn)出經(jīng)濟性分析，選出最優(yōu)方案；三是決定最優(yōu)建設時機，通過考慮資金時間價值，對新增投產(chǎn)和推遲建設產(chǎn)生的損失進行折現(xiàn)對比，提出最優(yōu)的投資建設時間。通常，投資項目要求投資回收期小于10年。（二）電網(wǎng)規(guī)劃設計的可靠性準則世界各國都有適用于本國情況的電網(wǎng)規(guī)劃標準，從北美電力可靠性協(xié)會、北歐等國家和地區(qū)的可靠性準則來看，現(xiàn)行電網(wǎng)規(guī)劃準則基本以確定性準則為主的，即采用技術條款和事件校驗的方法來評價輸電網(wǎng)的可靠性[6]。北美電力可靠性協(xié)會從大電網(wǎng)可靠性的觀點出發(fā)，將需要校核的干擾分為A、B、C、D四個等級，A級規(guī)定系統(tǒng)在所有設備運行時應保持在正常的熱容量極限、電壓極限和穩(wěn)定極限范圍內(nèi)；B級規(guī)定在發(fā)生單一元件故障時系統(tǒng)應運行在正常和緊急設備熱容量或電壓極限范圍內(nèi)；C級規(guī)定在發(fā)生兩個或更多元件故障時系統(tǒng)允許計劃外切機或切負荷；D級規(guī)定在發(fā)生多個元件停運或連鎖事故引發(fā)的嚴重事件時應考慮風險度和后果，并通過操作阻礙這些事件的發(fā)展?？梢钥闯觯珹級和B級屬于設計標準，在受到發(fā)生概率較高的事故干擾時，能夠保持規(guī)劃的負荷需求和預期的輸電水平；C級和D級屬于校核標準，系統(tǒng)在發(fā)生嚴重的、但有較小發(fā)生概率的事故時，避免系統(tǒng)崩潰。北歐電網(wǎng)（NORDEL）包括芬蘭、瑞典、挪威和丹麥東部電網(wǎng)，可靠性準則中規(guī)定對系統(tǒng)進行兩類事件校核。第一類為設計標準，聯(lián)合電力系統(tǒng)在發(fā)生常見的元件單一故障時，應保證供電的連續(xù)性，比如，失去任一發(fā)電機組、輸電線、變壓器、母線等。第二類為校核標準，為了考察系統(tǒng)的優(yōu)劣，對其進行更嚴重的故障檢測，并考慮在一旦發(fā)生這些故障時采取的措施，比如失去一個發(fā)電廠、失去一個輸電走廊的全部線路、線路三相永久故障一側斷路器拒動等。西歐聯(lián)合電力系統(tǒng)中，以法國為例。法國要求按照N-1原則，任一單個事故不會造成電網(wǎng)中任一元件過載；此外，部分N-2情況也要求滿足，如兩臺機組同時故障，或一臺機組和一條線路同時故障，不允許切負荷。動態(tài)穩(wěn)定方面法國電網(wǎng)要求必須保證切除三相故障或單相故障后，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。由上可見，各國廣泛采用N-1準則，即電網(wǎng)在失去一個元件時，不引起任何元件過載，不損失負荷。但在執(zhí)行過程中，各國又結合具體情況分別處理，補充一些規(guī)定。如加拿大B.C水電局認為單回500千伏輻射線及電廠建設的初、中期，由于線路走廊限制的同塔雙回線路等情況，由于為保證N-1準則過于浪費，允許損失負荷，電廠發(fā)電出力可降低10%；在法國，規(guī)定在兩臺機組同時故障，或一臺機組和一條線路同時故障時，不允許切負荷，這些情況實際上是N-2準則。歐美各國在制訂可靠性準則時主要考慮互聯(lián)系統(tǒng)的充裕度和安全度，其目的是使系統(tǒng)在較可能發(fā)生的事故時不損失負荷，保證連續(xù)供電；在較不可能發(fā)生的事故時，將全停概率減少到最小，即這些事故應不引起系統(tǒng)的連鎖反應和崩潰。（三）電網(wǎng)規(guī)劃設計中的社會資源利用隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，民眾的維權意識也不斷提高，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境保護的意識逐漸得到普及，特別是在經(jīng)濟發(fā)達國家，土地、能源、原材料等各種資源更加緊張，電網(wǎng)企業(yè)更加注重社會的整體利益。1、土地資源利用日本國土面積小，資源緊缺，環(huán)保要求高，同時用電負荷密度大，用戶集中，在電網(wǎng)規(guī)劃中一般遵循選擇大容量變壓器、大截面耐熱導線的原則，作為其電網(wǎng)規(guī)劃的標準規(guī)則。這也體現(xiàn)了日本電網(wǎng)規(guī)劃中對土地資源的充分利用，即在有限的空間內(nèi)（包括變電站占地和線路走廊），采用大容量設備，對輸變電設施進行集約化配置，不但滿足當前負荷用電的需求，也為未來負荷增長留有發(fā)展空間和裕度，提高規(guī)劃期內(nèi)的土地利用率，同時減小將來的擴建征地費用。美國輸電線路的走廊是通過購買使用的，不同地區(qū)價格差異很大，在工程中所占的投資比例也不同。線路的回路數(shù)采用單回路、雙回路或多回路，經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃、投資計劃和工程投資等綜合比較后確定。通常在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，土地資源緊缺，線路走廊成本高，多采用雙回路和多回路；在戈壁等地廣人稀地區(qū)，土地資源充足，此時以單回路、雙回路居多。其共同特點是，多條線路路徑在同一通道內(nèi)進行集中規(guī)劃和集中建設，盡可能提高土地的綜合利用率。對于通道內(nèi)的樹木，美國線路設計時采用砍伐方案，線路下面及邊線范圍內(nèi)的房屋按拆遷設計。2、電磁環(huán)境影響輸電線路以及變壓器等設備運行時，所產(chǎn)生的電磁感應是否對人體造成傷害，衡量這種電磁感應現(xiàn)象的標準是多少，雖然一直沒有得到權威的結論，但是各國電力規(guī)劃設計中都非常重視電網(wǎng)建設產(chǎn)生的電磁環(huán)境問題。在加強對民眾的解釋和加大宣傳力度的同時，電力規(guī)劃設計部門都采用了較高的電磁環(huán)境測評標準，減少由于電網(wǎng)建設而引起的社會負面效應。比如美國對有噪聲投訴線段的導線采取增加導線分裂數(shù)、更換導線，導線外安裝鋁套管等措施，或者根據(jù)居民的要求，給與搬遷或賠償。（四）電網(wǎng)規(guī)劃階段劃分和計算期日本電網(wǎng)規(guī)劃中貫徹“遠期規(guī)劃指導近期規(guī)劃，近期規(guī)劃指導項目建設”的原則，重視電網(wǎng)的遠期規(guī)劃與分階段實施計劃的銜接，從電網(wǎng)整體觀念出發(fā)，安排具體建設項目，形成了規(guī)劃中各階段配合推進的整體流程。以東京電力公司為例，其長期規(guī)劃年限為20年左右，每隔5～7年修訂一次；實施計劃年限為10年，以長期規(guī)劃構想為目標，每年修正一次。1965年，東京電力公司制定了東京電網(wǎng)1985年目標網(wǎng)架規(guī)劃，提出了500千伏雙回雙環(huán)網(wǎng)架結構方案，1973年東京電網(wǎng)500千伏線路開始運行，80年代中期實現(xiàn)500千伏規(guī)劃目標。1978年又制定了1995年長期規(guī)劃目標，提出1000千伏輸電方案，1988年著手建設1000千伏南北走廊，1993年建成南北走廊，1999年建成東西走廊，初期降壓500千伏運行，根據(jù)負荷增長以及核電站送出需要，預計2010年之后將升壓到1000千伏運行。法國電力公司80年代初開展新一輪電網(wǎng)長期規(guī)劃時，全國負荷約6000萬千瓦?？紤]的規(guī)劃水平年是全國負荷達到1.0～1.2億千瓦、用電量達到6000億千瓦時的電網(wǎng)結構，目前法國負荷達到8300萬千瓦，用電量為4860億千瓦時，預計規(guī)劃的時間跨度要接近40年。與規(guī)劃階段相對應的是，國外電網(wǎng)規(guī)劃階段內(nèi)的規(guī)劃設計方案比選的計算期則通常要超過規(guī)劃階段的水平年很多，這是因為規(guī)劃設計方案比選時需要考慮電網(wǎng)設備的壽命，而無論是輸電設備還是變電設備，其壽命都遠遠超過10～20年的水平。因此，國外電網(wǎng)在規(guī)劃編制中通常分別制定中長期和短期規(guī)劃目標，但對擴展方案的論證則是著眼于在更長的計算期內(nèi)進行比選。（五）標準化在國外電網(wǎng)規(guī)劃中的推廣應用經(jīng)過多年的實踐和總結，國外電網(wǎng)在規(guī)劃設計中已經(jīng)形成比較完善的標準化體系。通過實施統(tǒng)一規(guī)范的標準設計程序、流程以及推廣應用設備的標準序列，減少了規(guī)劃設計的工作周期，提高了電網(wǎng)規(guī)劃設計的工作效率。變電方面，東京電網(wǎng)建立了各級變電站設計標準，500千伏主變?nèi)萘窟x擇為100萬和150萬千伏安，每座變電站按4組主變考慮，提高了220千伏電網(wǎng)分區(qū)運行時的供電可靠性，減少了變電站主變臺數(shù)。法國電網(wǎng)推行變壓器容量選擇標準化系列，簡化了變壓器電壓系列且各變電等級變壓器容量選擇遵循統(tǒng)一標準，400千伏主變?nèi)萘拷y(tǒng)一選擇60萬千伏安。線路方面，國外經(jīng)濟電流密度較小，線路傳輸能力裕度較大。俄羅斯的選取范圍為0.5～1.0安培/平方毫米，日本按0.5安培/平方毫米選取，東京電網(wǎng)架空線路選擇推行標準化系列，對各電壓等級輸電線路的導線截面、分裂型式給出了統(tǒng)一的選擇標準，其導線型號系列為：ACSR型導線，截面為160/240/410/610/810平方毫米；TACSR型導線，截面為240/410/610/810/1520平方毫米。導線分裂數(shù)為：1000千伏，8根；500千伏，4或6根；275千伏，2或4根；154千伏，1或2根。（六）國外電網(wǎng)規(guī)劃設計經(jīng)驗對我國的啟示1、重視電網(wǎng)長期規(guī)劃目標的確立和指導作用電網(wǎng)長期規(guī)劃面臨的不確定性因素很多，客觀要求電網(wǎng)規(guī)劃工作著眼長遠，適度超前。國外電網(wǎng)在快速發(fā)展時期都非常重視長期電網(wǎng)規(guī)劃目標的確立和指導作用，電網(wǎng)規(guī)劃階段跨度大，通?？紤]20年以上[8]。從日本規(guī)劃及發(fā)展思路的貫徹情況來看，充分體現(xiàn)了長期規(guī)劃對中期和近期規(guī)劃的指導作用，40多年前規(guī)劃的500千伏主網(wǎng)架方案，經(jīng)歷了日本經(jīng)濟的快速發(fā)展時期，盡管目標電網(wǎng)有所推遲、局部項目有所調(diào)整，但基本結構和形態(tài)并沒有發(fā)生大的改變。法國電網(wǎng)規(guī)劃也非常注重遠期目標的確定，1963年規(guī)劃論證的400千伏主網(wǎng)架，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，主網(wǎng)架基本保持了規(guī)劃提出的結構，充分體現(xiàn)了當初規(guī)劃者的超前思維。我國的電網(wǎng)規(guī)劃設計應當充分考慮長期和整體發(fā)展目標，一方面在電網(wǎng)規(guī)劃設計中需要考慮長遠和整體發(fā)展，提高決策科學性；另一方面，需要增強長期規(guī)劃對中期、近期規(guī)劃的指導性，在確定的整體目標框架內(nèi)，根據(jù)外部條件變化進行局部優(yōu)化，保證電網(wǎng)發(fā)展的全局性。2、注重規(guī)劃設計方案的全壽命周期成本評估，在設備的壽命周期內(nèi)進行方案的經(jīng)濟性比選由于新建項目難度較大，國外的電網(wǎng)公司積極開展設備壽命周期延長工作，提高現(xiàn)有設備的利用效率。既推遲了更新投資，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，同時也為新項目規(guī)劃建設提供更長的論證準備時間。同時，在進行方案經(jīng)濟性比選時，按照設備壽命確定比選計算期，通常選為40年以上，從而在設備服役周期內(nèi)更加全面、準確地評價方案的經(jīng)濟性。我國電網(wǎng)規(guī)劃設計應當充分借鑒其經(jīng)驗，加強全壽命周期成本估算，合理確定設備更新周期，充分發(fā)揮現(xiàn)有設備的作用，提高公司的經(jīng)濟效益。同時，也為規(guī)劃方案的選取提供了新的思路，在方案比選的過程中應當考慮到不同設備類型的壽命、壽命期內(nèi)的可靠性等因素對于規(guī)劃方案的維護策略乃至經(jīng)濟性的影響，合理確定電網(wǎng)的規(guī)劃投資、維護和更新策略。對電網(wǎng)項目前期、運行維護、報廢和更新改造各階段實行全壽命周期管理。3、在規(guī)劃設計階段引入風險評估方法，建立風險指標從國際范圍來看，國外電網(wǎng)在進行規(guī)劃預測時，采用概率性方法進行模擬，引入風險分析，根據(jù)不同的可用發(fā)電裝機得到不同的風險指標，以風險指標為參考標準指導發(fā)電裝機和網(wǎng)絡擴展。這對我國在電網(wǎng)規(guī)劃階段引入風險指標是一個重要啟示。風險指標的量化，關系到未來電網(wǎng)的安全可靠性和經(jīng)濟性，是電網(wǎng)規(guī)劃方法的重要研究方向，對我國電網(wǎng)