1　引言
　　目前我国跨省的大电网已有5个，另外还有一些较小的跨省电网和独立省网，各网的交流500kV网架已初步形成。但是，各电网的主网架还没有按照全国联网后的目标网架进行统一规划。如正在建设的由山西阳城发电厂到江苏淮阴的700km线路，中间设置开关站、采用两回半500kV的交流输电，按照江苏的要求，阳城发电厂不与山西电网并网，而是单独向江苏送电。再如三峡水电厂将在2003年开始发电，2009年全部建成，现在设计用直流输电线路向华东送电，这是由于现在已经有葛洲坝到上海的±500kV直流输电线路，再增加两回±500kV的直流输电线路，就可满足三峡向华东的输电任务。使用直流输电方式后，就等于把大网之间在稳定性等方面隔离开来，互不影响。将来在山西、华东电网与全国各大区电网联网时，这种设计与联网的要求是否一致、合理，是否还需要架设交流线路联网等，这些问题都是需要深入研究的。因此不能仅仅对某个工程单独地、具体地研究，而是要在总体研究的基础上，尽快确定我国将来的目标网架结构。
2　全国网架形成的目标时期
　　众所周知，电网规划一定要与社会的发展紧密联系，要为社会各方面的发展服务。我们认为，全国网架形成的目标时期拟定在21世纪中叶为宜，因为我国到21世纪中叶时是有明确目标的，就是邓小平同志提出分三步走的第三步，即达到中等发达国家的水平。中等发达国家对电力的要求大约是人均装机容量为1kW，而根据专家预测，我国到21世纪中叶人口总数将达到15亿，这也是我国人口的高峰，以后将逐渐减少，所以选择这个年代作为一个目标年代比较恰当。
　　我国原来的规划是在2000年发电装机容量达到290～300GW，但从目前电力建设的进展来看，按下限取较合理；而原定的2010年达到550GW的目标也可能要减少一点，可以按500GW计算。即10年中发电装机容量要增加200GW，每年递增大约7％，这个发展速度虽然较高，但从我国近20年改革开放的发展来看，这个速度也是较为现实可靠的。经过专家的预测，我国在21世纪开始的20～30年之内，国民经济的发展速度仍然会较高，即不会低于7％。虽然目前我国放慢了电力建设的速度，但这仅仅是一个暂时现象，因为电力工业在国民经济中的基础地位和先行官地位仍然不会变。在规划时必须　　从长远考虑，决不能再造成过去若干年电力紧缺影响国民经济发展的那种状况，因此21世纪电力工业的建设速度不会放慢。当然，随着基数的放大，每年的递增速度可能有所降低，但总的绝对值是不会减少的，即10年总计完成200GW的发电装机容量是完全可能的，2050年装机容量达到1500GW也是完全可能的。2010年以后，每年实际装机容量的递增率由7％逐渐降到2％，这样的发展速度是现实可行的。
　　随着经济的发展，我国到21世纪中叶的产业结构也会有新的变化，对电力的需求也不会象现在这样线性地增长。由于我国东部与中西部地区的经济发展极不平衡，不可能停止所有的基础工业、劳动密集型工业、高能耗工业的发展，但这些工业将来只占全国工业生产的一小部分，我国将重点发展的还是新兴的、高科技的产业，这些产业对能量的消耗是逐渐减少的。所以，从全国发电装机容量来说，到下世纪中叶达到1500 GW即人均1 kW是能够满足社会发展需要的。
　　根据可持续发展的理论，现在有三大因素制约着社会的发展，即人口、环境和资源。如前所述，我国的人口21世纪中叶将达到15亿。而按照国家整个环境的规划，我国的生态环境到21世纪中叶的目标是森林覆盖率达到26％，并且要达到动态平衡的状态；对环境污染的治理，目前着重在大城市、旅游区进行，近期可望有大的改观，但对广大的内地来说近期内改观的可能性不太大，但是到21世纪50年代，可望有较大的改变。而动力资源及电力负荷的情况，直接与本文所讨论的我国电网的目标网架有关。
3　动力资源及负荷
3．1　动力资源
　　电力生产可利用的资源有水力、火力、矿产、土地等物质资源，还包括人力、智力、信息等非物质的各种资源。其中我国21世纪可使用的各种动力资源是研究的诸多资源中对电网目标网架起关键作用的资源。
3．1．1　水力资源
　　我国从总体情况看是一个贫水的国家，人均淡水资源只及世界平均水平的四分之一，而且分布也不平衡，大量分布在我国西南部。目前我国北方地区有很多火力发电厂用水紧张，尤其象山西这样的能源重工基地，缺水更为严重。前一时期资讯中曾有报道，我国拟采用东线、中线和西线三种南水北调方案，近期内可以解决北方水资源缺乏的问题，但从长远来看，下世纪中叶还是很不足的。因为现在黄河流域缺水已经很严重，黄河上的梯级水电厂发电用水缺乏，黄河每年的平均流量是600×10⁹ m³的水，从南方三条线调来的只有40×10⁹ m³的水，也就是只能解决近20年的问题，如果要解决50年或更长时期的问题，就需要有更大的工程。
　　现在有人提出了一种“大西线方案”，就是将雅鲁藏布江的水向北调，具体方案是在雅鲁藏布江上修筑高坝，蓄水到海拔3 000 m的水位，然后通过隧道、涵洞使水自流到兰州附近，再经过分流，使其一支流入黄河向华北供水，另一支向西北经河西走廊直到新疆去灌溉沙漠。这一宏大工程有美好的前景。众所周知，修建大型水库最困难的问题是淹设和移民，而不在于工程建设的本身，该方案尽管工程量很大，但其淹没损失和移民却很少，所以从长远来看，这是一个很好的方案，可以从根本上解决中国北方地区水荒的问题。
　　虽然从人均淡水资源方面来看我国是一个贫水的国家，但水力资源的总量却很丰富，占世界第一位，大约有700 GW，可以开发利用的有370 GW，设想在21世纪中叶能够开发到90％，即达到330 GW，这样就可以占全国整个发电装机容量的22％，这是可以做到的。
3．1．2　可再生资源和各种新能源
　　我国除水力资源之外，其他各种可再生资源的开发利用也很有前途，可以利用的风力资源约250 GW，按照利用60％计算就有150 GW，即可占全国装机容量的10％ 。另外还有太阳能、潮汐能等可再生资源同样可以用于发电，再考虑到我国将来还要更多地利用地热能、沼气能和垃圾燃烧能等能源发电，尽管采用这些能源的发电厂可能是比较小、比较分散的，但随着技术的进步，会逐步地完善和大型化，因此其装机容量有可能达到5％以上。
　　我国正在积极发展核电，目前世界上核电约占总发电装机容量的17％，我国在21世纪要更快地发展核电，估计其比例不小于我国总装机容量的15％以上。
3．1．3　火力资源
　　上述两个方面的发电装机容量已经占我国总装机容量的50％以上，这样就可以把火电厂整个的装机容量压到总装机容量的50％以下。因为火电厂是污染环境的大户，又消耗不可再生的资源，所以应尽量缩小其在总发电量中的比重。
　　为了减少火力发电厂对环境的污染，利用天然气作能源是最有希望的，不仅石油天然气被大量地发现，而且煤层天然气也要逐步利用。另外我国还有一小部分燃气轮机用石油作燃料。估计这两部分将来可能占总装机容量的10％或8％。
　　这样，用煤碳作为能源的火力发电厂的装机容量就应该不大于总装机容量的40％。当然，将来燃煤火力发电厂不会再采用现在这种方式发电，而是采取清洁生产的方式，利用燃气－蒸汽联合循环发电，这样既提高了生产效率，又减少了污染，这是将来火力发电的一个主要方向。
3．2　电力负荷
　　电力负荷与国民经济的发展有着密切的联系，如冶金行业对电能的需求量是较大的，我国的钢产量已经超过100Mt。从世界各国的发展情况看，先后超过100Mt的有美国、前苏联和日本，但超过100Mt之后就基本上在100Mt上下徘徊，很少再增加。因为我国人口多，整个消费水平较高，加之开发中西部，基础设施工程大，因此超过100Mt之后可能还会进一步发展，但是那时对铁矿和生铁的需要不是线性地增加，因为有大量的废钢铁可以回收，所以对能源的消耗来说相对是减少了。我国其他的工业生产大体上类似于这种状态。
　　我国的能源分布和用电负荷的需求有一个很大的特点，就是能源分布极不均匀，用电负荷分布也极不均匀。如我国季节负荷高峰期就不同，北方冬季需要供暖使电力负荷加重，南方夏季大量使用空调而使负荷增加。我国的能源大部分集中在西部即西北和西南，而电力负荷大部分集中在东部沿海经济发达地区。在这种情况下，必然要大量地“西电东送”。我国又是一个幅员辽阔的国家，南北河流的流域之间丰水期与枯水期也不完全一致，所以跨流域的输电也是非常必要的。从我国的东西方向来看，时差是较大的，一共跨5个时区（东5～东9区），从最东面的长白时区到中原时区、陇蜀时区、疆藏时区、帕米尔时区，时差在4h以上，当然主要的是中原时区和陇蜀时区。时差对于电力系统调峰、错峰来说是极其宝贵的。
　　正因为我国的能源分布和电力负荷具有上述特点，所以更有必要进行全国电网的联网。联网后还可以取得其他效益，如可减少事故备用、检修备用，便于运行调整等。
4　电压等级
　　未来的全国交流电网应该采用什么电压等级，现在可提供两种方案：一种是取1000kV及以上的电压等级；另一种是用800kV电压等级。经过高压专家的研究认为，800kV电压等级是比较合理的，因为现在电力线路上220kV电压等级的输电线路一般是采用双分裂，500kV是4分裂，到800kV电压等级的输电线路应采用的分裂导线只需要6～8分裂即可。而1000kV电压等级最低需要28分裂，这样占的线路走廊很大、对铁塔的要求也很高，各方面的要求相应提高，并且造价数倍地上升，而输送能力提高得并不是很多，因此笔者赞同以800kV为我国电网联网后的主网电压等级。为了与世界电网建设接轨，能够取得先进的技术与设备，不妨用765kV电压等级，其自然功率大约为2．5GW，输送的合理距离为800～1000km。对我国东部和中部来说，这是一个比较理想的电压等级。
5　我国的网架结构设想
　　我国的网架结构可以一个倒“用”字型表示，即南北方向三竖和东西方向三横的结构。但三竖向北面伸出去，能够与俄罗斯的西伯利亚联网，因为俄罗斯的西伯利亚有三条大河（鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河），有丰富的水力资源，而西伯利亚的负荷是很小的，并且还有煤炭、天然气和石油等动力资源，因此可以向中国输送大量的电力。
　　由于网架结构中的大型变电站占地面积很大，不宜在人口密集地区兴建。因此在本文提出的网架结构中，南北方向的三条主干线中，东面是从东北经过我国沿海一直到福建；中间是从山西北部的大同、朔州经过河南西部、湖北西部，也就是与三峡相接，再经过湖南直到广东的西部；西面实际上是从甘肃兰州附近经过青海的边界、四川、一直到云南西部这样一条线。东西方向的三条主干线中，南边就是从滇西经广西到珠江三角洲西北面直达闽南，可以再延伸到台湾；中间这条线就是从西藏的雅鲁藏布江附近向东经川西到三峡，过安徽后到长江三角洲西北面；北边从兰州经过陕西到晋北直到唐山北面。由此可见，该网架有9个枢纽结点，其中短的线路大约是800～1000km，长的线路1500～2000km，中间需要增加电压支撑点，可以通过降压变压器或开关站加以补偿。
　　如果按照这样的主要网架进行规划和建设，将来全国其他电网就可以作为其下一级网络进行联网，这是比较合理的。在这个统一规划的主网架下，将来各个地区之间联网时就不必再有其他顾忌，可以比较顺利地进行。当然，在主网架中并不排除采用直流输电方式直接输送能量，因为一些大的电厂，从西部向东部用直流进行定向输送在经济上是合理的。
　　随着灵活交流输电技术的发展，将来可能有大容量的电力电子断路器出现，可以做到不产生操作过电压，也可以容易地尽快灭弧。由于电力电子元件的动作速度将来都是μs级，交流系统的稳定性、过电压都能很好地受到控制，所以可以乐观地认为，较高电压等级的电网联网时不会产生现在所出现的一些问题。