农电改革和发展

农村水电的行业创新

1． 农村水电行业创新的外部环境

目前，全球各处几乎都在开发当地的农村水电。农村水电开发已从以往的以解决缺电为主的需求型开发，发展到以促进社会可持续性发展为目的的优质清洁能源建设，发展到以分布式发供电理论为基础的行业创新，发展到成为农村电力体制改革中反垄断的支柱，发展到在技术创新基础上按市场经济规律运作的大规模开发。在这些综合因素的推动下，全球农村水电发展迅速，仅小水电总装机估计已达上亿千瓦，事涉农村社会、经济活动的各个方面。与其它电源仅有少数几个孤立大厂的情况不同，农村水电不再简单的是电力工业的一个分支，它作为一种独立行业的基本条件已经日趋具备。

在新的形势下，农村水电行业亟待创新，这是因为：

1）农村水电行业将进入一个新的蓬勃发展期，发展农村水电有了新的动力。缺电从来就是制约欠发达国家和地区经济发展的主要因素。农村水电由于技术成熟、投资规模不大，加上资源的当地可得性，在很多国家的经济发展中起到了重要作用。但是，后来由于误认为煤、油资源是用之竭的，以损害环境为代价的集中供电方式逐步取得了垄断地位，使得农村水电曾一度处于停滞发展的状况。可见，单纯以解决缺电为主的需求型开发并不能保证农村水电的持续发展。

近年来，由于环境保护日益成为全球关注的问题，可再生能源的利用越来越受到人们的重视。为了鼓励利用可再生能源，不少国家对可再生能源发电都给予扶持。欧盟国家在这方面的扶持主要有两种方式，即直接价格扶持和间接扶持。直接价格扶持包括对出售的每千瓦时电力支付津贴、实行投资资助和免税待遇等。间接扶持主要强调公众对可再生能源的支持，在购买电力时规定要购买一定比例的价格较高的由可再生能源生产的电力。欧盟规定到2010年可再生能源发电要占总发电量的22%以上，在这些优惠条件下，出现了发达国家比发展中国家更感兴趣、大电网覆盖地区比偏远山区还开发得多的新局面，人们对社会可持续性发展的关注已成了农村水电发展新的动力。

2）农村水电发展和改革的外部环境有了很大的变化。电力工业反对垄断、放松管制的改革给农村水电发展带来了难得的机遇。无论是欧洲还是美国，电力体制改革的速度是如此之快，诸如电力期货市场、电力池方式销售、独立电网操作员制度、排放量交易、分布式供电等等，电力工业管理和技术创新层出不穷。这种改革的最终受益者是广大的消费者和电力工业本身，为此需要开展行业政策上的研究。

此外，由于以信息技术、自动化技术的推广应用为主的技术进步，使得有可能将基础设施使用到接近极限的水平，并可以对不同用户的特殊要求提供高质量的服务，使得电力企业具体的日常维护工作大为减少，如无人值班技术的应用使得电厂的运行管理变得简单，从而可以把更多的精力放到农村电力行业的改革、发展问题上，这也促进了行业创新。

3）农村水电行业发展的有关理论问题亟待研究。例如：

--如何区分以大厂、大电网为特点的集中供电的商业性企业与小型、成片的分散方式供电的农村电力企业之间的差别？是否可象一些国家一样，将农村水电企业按非赢利怀的特殊企业来对待？

--在电力体制改革中电力供应商可以选择用户，用户也可以自由选择供电商，农村水电供电区内的用户和水电厂、农村供电所是否可象美国《电力用户权利法案》中规定的那样，自己组织起来，创办属于自己的当地电力公司？

--在少数孤立大厂集中供电的电力系统内实行的厂网分开、取消特许供电区的改革，对于多个农村水电站成片供电的农村电力系统有什么影响？以及农村水电供电区内发供用一体化的供电市场和地方电网如何发展等？

--在我国即将加入WTO前夕，如何与国际接轨，打破行业垄断、行政垄断、部门垄断、公司垄断及用电权的垄断等，如何通过对农村电力、可再生能源的立法，使农村水电这一优质电源得到更有效的开发？

凡此等等，这些从实践中提出来的问题都要人们进行深入的研究和探讨。

2． 以分布式发供电理论为基础的行业创新

长期以来，人们在实践中认识到合理规划的电源点能够为社会和用户带来广泛的效益，包括节省成本、改善环境和提高供电可靠性等。近年来由于社会可持续性发展问题日益为公众所关注，使得人们要求减少电力公司的传统服务成为可能，出现了一种分布式的发供电理论。

分布式发电是指任何与配电设施相连接的发电。美国得克萨斯州通过立法定义的分布式发电是指"容量小于10MW、并与60kV以下电压连接的发电装?quot;，并规定分布式发电可以脱离电网运行，满足用户的全部需要，必要时也可向电网出售多余电量，也可以电量无法满足用户需要时从电网购电等，与我国以自发自供为主的小水电系统的管理方式如出一辙。探究目前全球分布式发供电理论兴起的原因，大致有以下几个：

传统的集中供电方式日益受到挑战。九十年代以来由于全球对环境保护的日益重视制约了矿物燃料的开发和利用，联合国关于全球气候变化的框架条约要求在今后半个世纪内要把现有占全球电力生产80%的矿物燃料发电降到25%左右，这会导致常规煤电逐步被淘汰，逐步为可再生能源发电所替代。此外，大型水电开发也越来越难。那种以传统的大型水、火电为主的传统的集中供电方式越来越难被人们所接受。

电源开发的小型化、分散化倾向。小水电、太阳光伏发电及风力等可再生能源发电技术的发展使得电源有小型化、分散化的趋势。根据国际能源总署的预计，可再生能源发电在未来五十年里将是发展最快的清洁能源，这种分散方式的发电容量将超过全世界大型电厂的总装机，形成无数个小电源与大中网或局部网或分布式直接供电相结合的方式，从而将对现有的电力工业体系产生革命性的变革。

集中供电并不是在任何时候都能适用，在很多情形下只能实行分散方式供电。目前全球还有约20亿人没有用上电，预计在今后25年里还要新增20亿人口，由于历史原因这些人多处于发展中国家的农村，而农村负荷密度必然是非常低的，电网延伸在经济技术上显然是不合理的，且大电网末端的供电区也是不稳定的，最终还是只能靠分散电源供电。此外，有人认为解决全世界农村用电主要还是一个经济问题，只有通过分散办电，依靠当地民族经济的发展，由地方为主承担建设资金才能逐步做到。

这种分布式发供电的理论创新的意义重大。它不但打破了传统的集中供电方式的束缚，而且在集中供电的电力系统中实行厂网分开、取消特许供电区的改革中，为农村分散供电的小水电要有自己的供电区、要有自己的地方电网、要建立发供用一体化的统一的小水电市场提供了理论依据。对于世界电力工业管理体制的这一创新，目前我们正在部水电局的领域下对此进行比较研究之中。

3． 按非赢利方式运作的农村电力企业创新

以美国的农电合作社为例。所有的农电合作社都是按非赢利方式运作的，美国立法承认了农电合作社与公有或投资者所有的不同电力公司的区别，允许农村发输电和配电合作社作为一种特殊形式的企业存在。美国《电力用户权利法案》还承认所有用户拥有以下权利：

--用户有权得到可靠的、价格合理的、安全的电力供应；

--用户有权组织起来成立、运作归用户所有的非赢利性的电力机构，包括根据他们自己的需要建设归用户所有的电力系统；

--这些归用户所有的非赢利性的电力机构有权受到公正的对待，有权作为一种特殊形式的企业存在，以便有别于投资者所有的或公有电力公司等。

由此可见，美国农村电力系统的主要特点是为它们服务的对象所拥有。由用户入股组织起来，参加非赢利性的农电合作社，实行自建、自管、自有。所谓"自有"是指农村电力系统为供电区内的用户所拥有，根据谁投资归谁所有的政策，用户又是所有者，实现了自己向自己供电，由于供需双方合一，有效地解决了电力合作社中存在的电价、服务质量等问题、并保证了农村电力系统的产权和供电区基本不变，稳定了农村电力市场。"自管"是指农村电力系统由用户选举的代表进行日常管理，并由农电合作社召开一年一度的用户大会实行民主管理，合作社的职员广泛地代表了社区中用户的意见，使农村电力系统管理日趋完善。"自建"就是农村电力系统从美国农电局贷款自行建设，电源既有发输电合作社自己建设的，实行自发自供的，也有为了弥补供电量不足，根据供电协议从联邦政府所属电厂或投资者所有的私人电厂趸售来的。这种自建、自管、自有的方针调动了农村当地广大用户的积极性，使得对中央政府资金压力不太大的情况下，较好的解决了农村用电问题。

与一般电力公司不同。虽然电力公司的股份也是由股东所控制的，但这些股东并不是用户。股东和用户有截然不同的利益，股东理所当然地要得到较大的回报，而用户则希望得到较低的电价和较好的服务。由于农村电力合作社内接受服务的用户同时也是合伙的所有者，公共供电区以及合作社都是为当地所有、由当地管理的，可以更好地适应农村当地用户的特点，提高电力系统的有效管理。

与中国的小水电企业也不同。中国长期以来对于小水电的产权及所属关系不是很明确，更不是为用户所拥有，因此小水电站及其农村供电区很容易被政策所"平调"，或是被电力公司中所侵占。此外，中国小水电在新的条件下还得与大型电力公司一起参与所谓的"公平"竞争，而不是象美国一样把农电合作社当作一种特殊的企业来对待，将那些以自发自供为主的非赢利性小水电站与大型商业性电力公司竞争产生的结果只能是让大型电力公司垄断市场，使电力系统越来越远离农村当地用户，电力公司对农村电力的垄断也难以打破。

4． 以经济全球化为动力的电力市场管理创新

经济全球化打破了电力市场的垄断，使电力工业出现了前所未有的快速发展的局面。这一做法在欧洲各国最为明显。欧盟于1997年宣布实行电力市场开放，1999年2月所有欧盟成员国都开放了电力市场，鼓励竞争。从1999年5月起，阿姆斯特丹电力交易所作为一个现贷电力市场正式启动，它不仅向荷兰本国，也向来自德国、比利时的电力交易者开放。斯堪底那维亚国家同样建立了共同的电力市场，德国也可在这个市场进行电力交易，地中海国家则计划在不远的将来实现电网互联，使得电力供应从传统的国内计划调度发展到电量的期货或实时跨国交易。此外，电价也不再是按"成本加利润"方式确定，而是实行竞争上网，由市场决定电价，电力市场的交易方式有了迅速的变化。

同时，一种被称为排放量交易的"绿色能源革命"正在悄悄兴起，为了减少二氧化碳等的排放，欧盟规定了各国的排放标准和排放量，欧盟还规定若某一国排放量达不到标准的，该国可以从其它国家购买这种绿色能源，得以抵数，使得电力市场上除了电量交易外还出现了可再生能源配额与排放量交易的新情况，这是电力市场管理的另一特点。

由于经济全球化带来的电力市场一体化决定了电力体制改革的动力必定是来自外部，这是电力市场发展的又一特点。从法国反对欧盟指令到被迫放开电力市场，从美国依靠政治家推动水电开发和运行的许可证制度改革，都证明了这一点。这种改革和发展不能靠电力市场垄断情况下的自我完善来实现，也不是一个公司、一个地区乃至一个国家可以完全控制的，在我国即将加入WTO之前，我们务必对此要有充分的思想准备。

在经济全球化的大趋势下，农村水电行业的国际交流与合作也变得空前频繁。在过去的几年里，国际小水电中心充分利用自身的优势，做好服务，在技术引进、设备出口、组织国外专项考察、承接国外项目以及在建立湖南郴州基地、甘肃定西基地和四川基地等方面开展了一些活动，共同努力推动农村水电的管理创新，促进小水电事业的进一步发展。
摘　要　惠汕500 kV输电线路长268 km，由于取消出线断路器的合闸电阻，使统计操作过电压和线路闪络率偏高。为降低统计操作过电压和线路闪络率，设计中在线路中间装设一组线路型444 kV MOA(氧化锌避雷器)，属国内首创；为限制潜供电流，线路两侧各装置一组120 Mvar高抗，但投产前有一组高抗因铁心接地返回制造厂修理。在只有一组高抗，内过电压和潜供电流比较严重条件下，为确保惠汕线按时安全投产，通过反复研究和分析，提出安全措施，使惠汕线顺利投产，并为惠汕线和长线路编制运行规程提供了依据。

关键词　输电　内过电压　研究

1　研究过程及主要结论

1.1　设计阶段的研究结论

　　1994年，当惠汕输电工程进入初步设计阶段时，广东省电力设计研究院(下简称“设计院”)与原电力部电力科学研究院(下简称“电科院”)共同开展对该工程内过电压的计算研究。该工程踏勘的线路长293 km，研究的关键问题是：在线路两侧出线断路器取消合闸电阻的条件下，如何采取措施把统计操作过电压和线路闪络率限制在规程和规定的范围内，确保输变电设备的安全。由于惠汕线是国内当前不装合闸电阻的最长线路，且需要在线路中间装设一组线路型氧化锌避雷器(属国内首创)，因此，本工程的内过电压研究比短线路复杂得多。如果采用常规的计算模型，即线路参数是固定不变的，则统计操作过电压和线路闪络率均超过规程的规定值，因此本研究采用复杂的J.MAITI模型。这个模型按杆塔的实际尺寸、对地平均距离以及土壤电阻率来进行计算，并考虑线路参数随频率的变化而改变，即顾及线路的高频特性。这个精确模型计算所需时间较长，每种运行方式需要十几分钟(常规模型几秒钟即可计算一种方式)。精确模型的计算结果较之常规模型可降低统计操作过电压10%左右，也相应降低线路闪络率，也就是说，采用精确模型在运行上减少10%的裕度。计算结果见电科院和设计院于1994年11月编制的《惠州—汕头500 kV输电系统内过电压及绝缘配合研究》，该研究的主要结论为：

　　a)惠汕线两侧需各装1台120 Mvar高压并联电抗器(以下简称“高抗”)，中性点小电抗均取值750 Ω。

　　b)惠汕线地线材料采用GJ-70型钢绞线是可行的。

　　c)在线路不采用快速三相重合闸条件下，惠汕线出线断路器可以取消并联合闸电阻。由于取消合闸电阻后线路闪络率仍较高，因此，必须在线路揭阳侧加装一组444 kV氧化锌避雷器(MOA)。在三组444 kV MOA投运后，合空线过电压与线路闪络率均能满足要求(两组母线420 kV MOA在合空线时也投入运行)。

　　d)在操作过电压下，MOA的最大能耗为允许值的23%；在故障操作过电压下，MOA的最大能耗为允许值的19.6%。因此，把MOA作为操作过电压的主保护，MOA仍有较大的裕度。

　　e)合汕头空载变压器时，应投入该主变低压侧一组低压电抗器(45 Mvar)，以防止主变发生谐振过电压。

1.2　投产前的补充研究

　　500 kV惠汕输变电工程于1997年12月18日投产。投产前设备测试时发现汕头侧高压并联电抗器铁心接地，该高抗必须返回厂家修理，不能与工程同时投产。汕头侧高抗对惠汕工程安全投产和运行调度有较大影响，且惠汕线实际长度为268 km(不是1994年在图纸上选线的293 km)，因此，500 kV惠汕输变电工程启动委员会要求对该工程内过电压进行补充研究。

　　1997年12月上旬，有关人员对线路的参数进行实测，启动委员会又要求按实测参数再进行一次过电压研究，以确保启动的安全。这次研究，我们将母线型避雷器、线路型避雷器、线路中间的避雷器的实际伏安特性，线路的实际长度，汕头侧高抗无法同步投产等实际因素都考虑了进去，采用实测参数进行研究，并采用实际杆塔尺寸按高频特性得出的线路参数进行研究。

　　这两次补充研究的主要结论是：

　　a)在汕头侧高抗退出运行时，要延长单相重合闸的重合间隔时间，建议取1.5 s(0 s发生单相故障，0.1 s线路两侧单相开关跳开，1.5两侧单相开关重合)；若线路上有两台高抗运行时，时间间隔可取为1 s。

　　b)在汕头侧合空线时，合闸前汕头站500 kV母线电压不宜超过530 kV，在系统条件允许的情况下，可以进一步降低合闸前母线电压水平。

　　c)汕头侧出线断路器至惠汕线第一基杆塔之间的相间最小净距离应大于4.4 m(在不刮风条件下其正常距离为7～8 m，开关操作时如遇刮风，应注意这一距离)。

　　d)合汕头空载变压器时，合闸前变压器低压侧至少要投入一组低压电抗器，如合闸前汕头站母线电压超过535 kV，宜投入两组或三组低抗，如果汕头站母线电压超过550 kV，或空载变压器低压侧接有电容器时，不宜进行合空变操作，避免主变发生谐振。

　　e)应投入过电压保护装置，保护整定时间取0.5 s，工频过电压倍数取1.4 p.u.。

　　f)运行时除按上述要求外，还要参照电科院与设计院1994年11月编制的《惠州—汕头500 kV输电系统内过电压及绝缘配合研究》、1997年11月编制的《惠州—汕头500 kV输电系统内过电压及绝缘配合补充研究之二》等研究报告的其他要求。

2　对实测参数及设备参数计算结果的分析

2.1　实测参数的计算结果

　　1997年12月上旬，有关人员对线路参数进行实测，其中，正序电容的实测值C1=0.015 19 μF／km，按杆塔的实际排列尺寸及接地方式和土壤电阻率并考虑高频特性计算得到的计算正序电容C1=0.013 17 μF／km，二者相比，实测正序电容大15.34%，即是说，268 km的惠汕线，如按实测电容计，其充电功率相当于309 km的线路。按实测参数进行计算，可得到下列结果：

　　a)在线路中间有MOA条件下惠汕线合空线最大过电压值达2.14 p.u.，统计操作过电压达2.06 p.u.，超过国家标准2.0 p.u.，如果没有中间MOA(装于揭阳线路侧)，则最大过电压值及统计操作过电压值比上述数值还高。按照国家标准，则惠汕线两侧出线断路器均要装设并联合闸电阻，否则合空线将不会成功，但该工程已临近投产，要装合闸电阻已不可能。

　　b)由于实测正序电容C1比计算值大15.34%，，造成相间电容相应增大(相间电容Cφ=(C1－C0)／3。在汕头侧高抗退出运行的条件下，潜供电流达46.6 A，而采用计算所得的正序电容，所得计算结果，潜供电流才29.9 A，二者相比，实测参数的潜供电流大56%，单相重合闸的重合间隔时间必须延长，否则重合闸不可能成功。

2.2　对实测参数的分析

　　本次惠汕线实测正序电容C1=0.015 19 μF／km，比计算值大15.34%。查阅省内的沙江线实测值C1=0.013 77 μF／km，核增线实测值C1=0.013 μF／km，蓄罗线实测C1=0.013 4 μF／km，罗增线实测值C1=0.013 9 μF／km，查阅国内华北电网大同—金山实测C1=0.013 17 μF／km，广西天平线实测C1=0.013 59 μF／km，天来线实测C1=0.013 59 μF／km，就是说大多数500 kV线实测线路正序电容与计算值十分相近，实测结果的波速均为290 000 km/s以上(本应300 000 km/s，但线路有电阻阻尼)，而惠汕线按实测参数计，其波速为270 000 km/s(波速v=1／L1 C1)，说明实测的正序电容偏大，使波速降低(实测正序电感与计算值相近)。

　　实测电容偏大的原因，有设备的原因，也有公式换算的原因，如用分布参数计算，比用集中参数计算可缩小3%～4%的误差。

　　由于采用实测参数进行计算是在投产前几天进行的，为了不影响投产的时间安排，经设计院与电科院取得一致意见，又采用计算参数进行研究。上述投产前两次补充研究的6条结论，主要是采用计算参数的结果而得出的。1997年12月18日，惠汕线顺利投产的实践证明，采用计算参数所得的结果是经得起考验的，是有科学根据的。当然，惠汕线在投产时由于汕头侧高抗无法同步投产，投产时的技术条件相对来说比较复杂和恶劣，能够一次投产成功，是各方共同努力的结果，其中，也有电科院有关专家所作的贡献。

2.3　线路中间避雷器伏安特性对计算结果的影响

　　惠汕线两侧的线路型氧化锌避雷器444 kV MOA是西安电瓷厂制造的，而线路中间揭阳侧的线路型氧化锌避雷器是西安电瓷研究所特制的，因为线路中间避雷器需置于铁塔之上，由于结构上的原因，该避雷器的伏安特性与两侧避雷器不能完全一致，中间避雷器在操作冲击电流2 kA时的冲击残压为900 kV，而两侧线路型避雷器在操作冲击电流2 kA时的冲击残压为862 kV，中间避雷器残压提高4.4%，从而导致线路的过电压水平和线路闪络率相应提高。尽管所提高的相对值不大，但对取消合闸电阻的长线路来说，这也是影响过电压的一个因素。

3　结论

　　500 kV惠汕线是当前国内出线断路器取消合闸电阻的最长线路。工程于1997年12月18日顺利投产，说明了计算研究工作是正确的和科学的。

　　惠汕线在限制内在过电压方面有如下设计特点：1)惠汕线是当前国内出线断路器取消合闸电阻最长的500 kV线路；2)取消合闸电阻后使统计操作过电压放线路闪络率偏高，为确保合空线的成功和便于运行操作，在揭阳侧加装一组444 kV MOA(氧化锌避雷器)，属国内首创；3)为限制潜供电流，线路两侧各装置一组120 Mvar高抗，中性点小电抗值为750 Ω；4)计算研究采用线路参数随频率的变化的精确模型，使过电压值比常规模型可降低约10%，因此在运行上减少10%的裕度。