国外电网规划和设计先进经验对标研究

国外电网规划和设计先进经验对标研究综观国际上发达国家的电网发展历程，在经历了社会经济的快速发展期后，其电网规划设计的思路、原则、目标以及规划设计方法不断得到修正和改进，形成了比较完善的规划设计体系。目前，主要发达国家大多已处于用电需求增长放缓的阶段，电网规划以改造为主，扩展规划项目逐步减少，在电网规划设计中更加注重发展的经济效益和电网可靠性，其中有一些思路和方法值得我国借鉴。（一）国外电网规划设计面临的现状大多发达国家电网目前已经处于用电需求增长放缓的阶段，目前主要是采取挖潜改造和适度扩建相结合的手段，加强网络结构，消除线路阻塞。以RTE公司[5]的电网规划为例，网络受限一般考虑三个方面：一是输电能力不足；二是超高压电网（225千伏、400千伏）节点电压低于额定电压10%，高压电网（63千伏、90千伏、150千伏）节点电压低于额定电压的8%；三是短路电流超标（400千伏40或63千安，225千伏31.5千安，90及63千伏20千安）。电网出现受限情况，首先考虑调整电网拓扑结构及电源运行方式，在上述两种措施无法解决的情况下，则需要考虑新建电网项目。决策建设新的电网项目一般包括三个步骤，一是确定项目的必要性和可实施性，主要考虑技术、环境和法律方面的制约；二是方案分析和比较，拟定多种可选方案，进行投入产出经济性分析，选出最优方案；三是决定最优建设时机，通过考虑资金时间价值，对新增投产和推迟建设产生的损失进行折现对比，提出最优的投资建设时间。通常，投资项目要求投资回收期小于10年。（二）电网规划设计的可靠性准则世界各国都有适用于本国情况的电网规划标准，从北美电力可靠性协会、北欧等国家和地区的可靠性准则来看，现行电网规划准则基本以确定性准则为主的，即采用技术条款和事件校验的方法来评价输电网的可靠性[6]。北美电力可靠性协会从大电网可靠性的观点出发，将需要校核的干扰分为A、B、C、D四个等级，A级规定系统在所有设备运行时应保持在正常的热容量极限、电压极限和稳定极限范围内；B级规定在发生单一元件故障时系统应运行在正常和紧急设备热容量或电压极限范围内；C级规定在发生两个或更多元件故障时系统允许计划外切机或切负荷；D级规定在发生多个元件停运或连锁事故引发的严重事件时应考虑风险度和后果，并通过操作阻碍这些事件的发展。可以看出，A级和B级属于设计标准，在受到发生概率较高的事故干扰时，能够保持规划的负荷需求和预期的输电水平；C级和D级属于校核标准，系统在发生严重的、但有较小发生概率的事故时，避免系统崩溃。北欧电网（NORDEL）包括芬兰、瑞典、挪威和丹麦东部电网，可靠性准则中规定对系统进行两类事件校核。第一类为设计标准，联合电力系统在发生常见的元件单一故障时，应保证供电的连续性，比如，失去任一发电机组、输电线、变压器、母线等。第二类为校核标准，为了考察系统的优劣，对其进行更严重的故障检测，并考虑在一旦发生这些故障时采取的措施，比如失去一个发电厂、失去一个输电走廊的全部线路、线路三相永久故障一侧断路器拒动等。西欧联合电力系统中，以法国为例。法国要求按照N-1原则，任一单个事故不会造成电网中任一元件过载；此外，部分N-2情况也要求满足，如两台机组同时故障，或一台机组和一条线路同时故障，不允许切负荷。动态稳定方面法国电网要求必须保证切除三相故障或单相故障后，系统能够保持稳定。由上可见，各国广泛采用N-1准则，即电网在失去一个元件时，不引起任何元件过载，不损失负荷。但在执行过程中，各国又结合具体情况分别处理，补充一些规定。如加拿大B.C水电局认为单回500千伏辐射线及电厂建设的初、中期，由于线路走廊限制的同塔双回线路等情况，由于为保证N-1准则过于浪费，允许损失负荷，电厂发电出力可降低10%；在法国，规定在两台机组同时故障，或一台机组和一条线路同时故障时，不允许切负荷，这些情况实际上是N-2准则。欧美各国在制订可靠性准则时主要考虑互联系统的充裕度和安全度，其目的是使系统在较可能发生的事故时不损失负荷，保证连续供电；在较不可能发生的事故时，将全停概率减少到最小，即这些事故应不引起系统的连锁反应和崩溃。（三）电网规划设计中的社会资源利用随着社会经济的发展，民众的维权意识也不断提高，可持续发展战略和环境保护的意识逐渐得到普及，特别是在经济发达国家，土地、能源、原材料等各种资源更加紧张，电网企业更加注重社会的整体利益。1、土地资源利用日本国土面积小，资源紧缺，环保要求高，同时用电负荷密度大，用户集中，在电网规划中一般遵循选择大容量变压器、大截面耐热导线的原则，作为其电网规划的标准规则。这也体现了日本电网规划中对土地资源的充分利用，即在有限的空间内（包括变电站占地和线路走廊），采用大容量设备，对输变电设施进行集约化配置，不但满足当前负荷用电的需求，也为未来负荷增长留有发展空间和裕度，提高规划期内的土地利用率，同时减小将来的扩建征地费用。美国输电线路的走廊是通过购买使用的，不同地区价格差异很大，在工程中所占的投资比例也不同。线路的回路数采用单回路、双回路或多回路，经过系统规划、投资计划和工程投资等综合比较后确定。通常在经济发达地区，土地资源紧缺，线路走廊成本高，多采用双回路和多回路；在戈壁等地广人稀地区，土地资源充足，此时以单回路、双回路居多。其共同特点是，多条线路路径在同一通道内进行集中规划和集中建设，尽可能提高土地的综合利用率。对于通道内的树木，美国线路设计时采用砍伐方案，线路下面及边线范围内的房屋按拆迁设计。2、电磁环境影响输电线路以及变压器等设备运行时，所产生的电磁感应是否对人体造成伤害，衡量这种电磁感应现象的标准是多少，虽然一直没有得到权威的结论，但是各国电力规划设计中都非常重视电网建设产生的电磁环境问题。在加强对民众的解释和加大宣传力度的同时，电力规划设计部门都采用了较高的电磁环境测评标准，减少由于电网建设而引起的社会负面效应。比如美国对有噪声投诉线段的导线采取增加导线分裂数、更换导线，导线外安装铝套管等措施，或者根据居民的要求，给与搬迁或赔偿。（四）电网规划阶段划分和计算期日本电网规划中贯彻“远期规划指导近期规划，近期规划指导项目建设”的原则，重视电网的远期规划与分阶段实施计划的衔接，从电网整体观念出发，安排具体建设项目，形成了规划中各阶段配合推进的整体流程。以东京电力公司为例，其长期规划年限为20年左右，每隔5～7年修订一次；实施计划年限为10年，以长期规划构想为目标，每年修正一次。1965年，东京电力公司制定了东京电网1985年目标网架规划，提出了500千伏双回双环网架结构方案，1973年东京电网500千伏线路开始运行，80年代中期实现500千伏规划目标。1978年又制定了1995年长期规划目标，提出1000千伏输电方案，1988年着手建设1000千伏南北走廊，1993年建成南北走廊，1999年建成东西走廊，初期降压500千伏运行，根据负荷增长以及核电站送出需要，预计2010年之后将升压到1000千伏运行。法国电力公司80年代初开展新一轮电网长期规划时，全国负荷约6000万千瓦。考虑的规划水平年是全国负荷达到1.0～1.2亿千瓦、用电量达到6000亿千瓦时的电网结构，目前法国负荷达到8300万千瓦，用电量为4860亿千瓦时，预计规划的时间跨度要接近40年。与规划阶段相对应的是，国外电网规划阶段内的规划设计方案比选的计算期则通常要超过规划阶段的水平年很多，这是因为规划设计方案比选时需要考虑电网设备的寿命，而无论是输电设备还是变电设备，其寿命都远远超过10～20年的水平。因此，国外电网在规划编制中通常分别制定中长期和短期规划目标，但对扩展方案的论证则是着眼于在更长的计算期内进行比选。（五）标准化在国外电网规划中的推广应用经过多年的实践和总结，国外电网在规划设计中已经形成比较完善的标准化体系。通过实施统一规范的标准设计程序、流程以及推广应用设备的标准序列，减少了规划设计的工作周期，提高了电网规划设计的工作效率。变电方面，东京电网建立了各级变电站设计标准，500千伏主变容量选择为100万和150万千伏安，每座变电站按4组主变考虑，提高了220千伏电网分区运行时的供电可靠性，减少了变电站主变台数。法国电网推行变压器容量选择标准化系列，简化了变压器电压系列且各变电等级变压器容量选择遵循统一标准，400千伏主变容量统一选择60万千伏安。线路方面，国外经济电流密度较小，线路传输能力裕度较大。俄罗斯的选取范围为0.5～1.0安培/平方毫米，日本按0.5安培/平方毫米选取，东京电网架空线路选择推行标准化系列，对各电压等级输电线路的导线截面、分裂型式给出了统一的选择标准，其导线型号系列为：ACSR型导线，截面为160/240/410/610/810平方毫米；TACSR型导线，截面为240/410/610/810/1520平方毫米。导线分裂数为：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）国外电网规划设计经验对我国的启示1、重视电网长期规划目标的确立和指导作用电网长期规划面临的不确定性因素很多，客观要求电网规划工作着眼长远，适度超前。国外电网在快速发展时期都非常重视长期电网规划目标的确立和指导作用，电网规划阶段跨度大，通常考虑20年以上[8]。从日本规划及发展思路的贯彻情况来看，充分体现了长期规划对中期和近期规划的指导作用，40多年前规划的500千伏主网架方案，经历了日本经济的快速发展时期，尽管目标电网有所推迟、局部项目有所调整，但基本结构和形态并没有发生大的改变。法国电网规划也非常注重远期目标的确定，1963年规划论证的400千伏主网架，经历了40多年的发展，主网架基本保持了规划提出的结构，充分体现了当初规划者的超前思维。我国的电网规划设计应当充分考虑长期和整体发展目标，一方面在电网规划设计中需要考虑长远和整体发展，提高决策科学性；另一方面，需要增强长期规划对中期、近期规划的指导性，在确定的整体目标框架内，根据外部条件变化进行局部优化，保证电网发展的全局性。2、注重规划设计方案的全寿命周期成本评估，在设备的寿命周期内进行方案的经济性比选由于新建项目难度较大，国外的电网公司积极开展设备寿命周期延长工作，提高现有设备的利用效率。既推迟了更新投资，提高电网运行的经济性，同时也为新项目规划建设提供更长的论证准备时间。同时，在进行方案经济性比选时，按照设备寿命确定比选计算期，通常选为40年以上，从而在设备服役周期内更加全面、准确地评价方案的经济性。我国电网规划设计应当充分借鉴其经验，加强全寿命周期成本估算，合理确定设备更新周期，充分发挥现有设备的作用，提高公司的经济效益。同时，也为规划方案的选取提供了新的思路，在方案比选的过程中应当考虑到不同设备类型的寿命、寿命期内的可靠性等因素对于规划方案的维护策略乃至经济性的影响，合理确定电网的规划投资、维护和更新策略。对电网项目前期、运行维护、报废和更新改造各阶段实行全寿命周期管理。3、在规划设计阶段引入风险评估方法，建立风险指标从国际范围来看，国外电网在进行规划预测时，采用概率性方法进行模拟，引入风险分析，根据不同的可用发电装机得到不同的风险指标，以风险指标为参考标准指导发电装机和网络扩展。这对我国在电网规划阶段引入风险指标是一个重要启示。风险指标的量化，关系到未来电网的安全可靠性和经济性，是电网规划方法的重要研究方向，对我国电网