浅谈我国电力系统的发展

　　前言：电的商业化应用始于19世纪70年代后期，当时电弧灯已用于灯塔和街道的照明。第一个完整的电力系统(由发电机、电缆、熔丝、电表混和负荷组成)是由爱迪生在纽约城历史上有名的皮埃尔大街站建成并于1882年9月投入运行。

　　1.电力系统的发展历史

　　一个直流电系统，由一台蒸汽机拖动直流发电机供给半径的为1.5km面积内的59个用户。负荷全部由白炽灯组成，通过110V地下电缆供电。在此后几年内，类似的系统已在世界上大多数大城市投入运行。随着1884年斯普莱克对电动机的开发，电动机负荷也加入到这样的系统中。这是电力系统发展成为世界最大工业之一的开端。尽管初期直流系统得到广泛应用，但后来它几乎完全被交流系统代替。到1886年，直流系统的局限性明显显露出来，因为它只能在很短的距离内从发电机向外送电。为了将输电损耗和电压降落限制到可接受的水平，长距离的输电系统必须采用高电压。面这样高的电压是发电机和用户都不能接受的，因此必须采用适当的方法进行电压变换。

　　在19世纪90年代，曾有过关于电力工业应采用直流还是交流作为标准的相当大的争论。在主张直流的爱迪生和偏好交流的西屋之间发生过激烈的辩论。在世纪之交，交流系统对直流系统取得了胜利，其主要原因是：交流系统的电压水平可以很容易地转换，因而提供了使用不同电压的发电、输电和用电的灵活性;交流发电机比直流发电机更简单;交流电动机比直流电动机更简单、更便宜。1893年，南加州一条12km长的2300V电力线路投入使用。它是北美洲第一条三相电力线路。大约在同一时期，尼亚加拉瀑布也选择了交流送电，因为采用直流不可能将电力送往30km以外的布法罗。这一结果结束了交流与直流的争论并奠定了交流系统获胜的基础。在交流输电的初期，频率并未标准化。各种不同的频率，如25、50、60、125、133Hz都曾被采用过。这使系统互联出现了问题。最终在北美洲采用60Hz作为交流输电系统的标准频率，而其他很多国家则采用50Hz。日益增长的向更远距离输送大量电力的需要是推动逐渐采用更高电压水平的动因。早期交流系统采用了12.44kV和60kV(有效值，线对线电压)。于1922年采用了165kV，1923年提高为220kV，1935年提高为287kV，1953年提高为330kV，1965年提高到500kV。魁北克水电局的第一条735kV线路于1966年送电，美国的765kV线路则于1969年投入运行。为了避免电压等级数量的无限制扩大，工业界已将电压水平标准化。标准规定高电压等级有115、138、161、230kV，超高电压等级有345、500、765kV。

　　随着汞弧阀于20世纪50年代的发展，高压直流输电系统某些情况下变得更为经济。高压直流输电对于大容量远距离输电更具有吸引力。与交流输电相比直流输电方案开始变得更有竞争力的输电距离交叉点对架空线路是大约500km，对地下或海底电缆是50km。当电力系统间由于系统稳定的考虑而不适合联网或系统的额定频率不相同时，高压直流还能提供非同布联网。第一个现代商用的高压直流输电于1954年在瑞典建成，它通过96km的海底电缆将瑞典本土与哥特兰岛互联起来。随着晶闸管阀的发展，高压直流输电变得更加具有吸引力。第一个采用晶闸管阀的高压直流系统是1972年在伊尔河的背靠背工程。它提高了魁北克和新不伦瑞克之间的非同步电网互联。伴随着换流设备价格的降低、尺寸的缩小以及可靠的提高，高压直流输电的应用逐步扩大。

　　相邻电力公司电网的互联通常会导致系统可靠性和经济性的改善。可靠性的改善来自于电力公司之间在紧急情况下的互相支援。经济性的改善突出表现在每一系统必须的备用容量的减少。此外，电网互联使电力公司间可以实现经济输送，以便利用最经济的电源。这些效益从联网起始就被认识到，使电网互联不断增加。今天美国和加拿大几乎所有的电力公司都是互联系统的一部分。它形成了一个极端复杂的很庞大的系统。如此一个系统的设计及其安全运行的确定非常具有挑战性的问题。

　　2.电力系统的结构

　　尽管电力系统的大小和结构组成各不相同，但他们都具有相同的基本特征：由运行电压基本恒定的三相交流系统组成。发电和输电设施采用三相装置。工业负荷总是三相;单相家用和商用负荷在各相之间等量分配，以便有效地形成平衡的三相系统;采用同步发电机发电。原动机将一次能源(化石燃料、核能和水能)转换为机械能，然后由同步发电机将它转换为电能;将电力远距离输送到广大区域的电力用户。需要由运行于不同电压水平的子系统组成的输电系统;实用上通常将输电网分为以下子系统：输电系统;次输电系统;配电系统。输电系统连接系统中主要的发电厂和主要的负荷中心。它形成整个系统的骨干并运行于系统的最高电压水平。发电机的电压通常在11-35kV范围内。经过升压达到输电电压水平后，电力被传输到输电变电站，在此再经过降压达到次输电水平。发电和输电子系统经常被称作主电力系统。次输电系统将较少量的电力从输电变电站输往配电变电站。通常大的工业用户直接由次输电系统供电。在某些系统中，次输电和输电回路之间没有清晰的界限。但系统扩展，更高一级电压水平的输电变得必要时，原来的输电线路则常被降低起次输电的功能。

　　结束语：

　　配电系统相当于将电力送往用户的传输过程中的前后一级。一次配电电压通常在4.0-34.5kV之间。较小的工业用户通过这一电压等级的主馈线供电。二次配电馈线以120/240V电压向民用和商业用户供电。靠近负荷的小发电厂通常连接到次输电系统或直接连到配电系统。相邻电网的互联通常在输电系统的水平上实现。整个系统由多个发电电源和几层输电网络组成。它们提供的高度结构冗余使系统能够承受非正常的偶然故障而不致影响对用户供电。

　　参考文献

　　[1] 周作春，王立，薛强，等.北京电网高压电缆及隧道多状态监控系统的应用[D].北京：北京电力公司，2008.

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