交流輸電

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更新時間: 2013-12-12

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交流輸電是以交流電流傳輸電能。交流輸電技術的發展是以增加輸送容量、擴大輸送距離和提高輸電線路電壓等級為標誌的。

交流輸電 -正文

以交流電流傳輸電能。19世紀80和90年代,人們逐漸掌握了多相交流電路原理,創造了交流發電機、變壓器、感應電動機以及交流功率表等計量儀器,確立了三相制。由於採用交流電,各個不同電壓之間的變換、輸送、分配和使用都便於實現,並且和當時的直流輸電技術比較,更加經濟和可靠。因此,以1895年美國尼亞加拉複合電力系統為代表,確立了交流輸電的主導地位,並發展成今天規模巨大的電力系統。

交流輸電技術的發展是以增加輸送容量、擴大輸送距離和提高輸電線路電壓等級為標誌的。從19世紀90年代的 1萬伏左右電壓、輸送幾十公里距離、幾千千瓦功率發展到現今765千伏電壓、超過1千公里的輸送距離、200萬千瓦以上的功率。並且正在研究 1150和1500千伏的特高壓電壓等級輸電。其中1150千伏輸電已有工業性試驗線路運行。除了765千伏最高實際應用的電壓外,還廣泛採用35、66、110、230、287、330、400、500千伏電壓,不同的國家規定了自己的額定電壓等級,以適應不同距離、不同輸送功率的要求。與各額定電壓等級相適應的輸送距離和輸送功率見表。

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交流輸電交流輸電

在330千伏及以上的架空交流輸電線路上,為了充分利用導線的材料,減少電暈損耗和電暈干擾,降低線路電感,增大線路電容,降低線路波阻抗(反映輸電線路電磁特性的一個綜合參數)從而增大線路的自然功率,輸電線採用分裂導線的結構。80年代後期,蘇聯開始研究緊湊型的輸電線路結構,以期進一步大幅度降低波阻抗,提高線路的自然功率。

由交流輸電線路聯結起來的電力系統有以下的特徵:①要求所有的發電機保持同步運行並且有足夠穩定性;②要求合理的無功分佈和補償來保證系統的電壓水平;③對鄰近的通信線路的危險影響和干擾比較嚴重。這些固有特徵在超高壓以上的交流輸電中更加顯著,成為發展交流輸電必須解決的重要技術課題。 765千伏以上電壓等級的交流輸電,對環境和生態的影響也成為人們嚴重關切的問題。

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交流輸電 -與直流輸電的不同
森堡繼武廣高速鐵路正式運營后,另一條橫跨雲貴高原的雲廣±800千伏特高壓超級直流輸電「超級高速公路」,也宣布全線帶電升壓成功,實現單極投產。這是世界直流輸電史上一次具有標誌性意義的事件,引起國際能源界的轟動。世界上首條達800千伏的直流線路在中國建成,標誌著中國在世界電力領域成功佔領了一個重要的制高點。 
直流電與交流電的百年PK

交流電佔據了電力輸送的絕大部分份額,幾乎成為電力輸送的代名詞。但在100多年前,用交流電這種「不斷變化的怪異電流」供能,幾乎是不可想象的,而直流電曾與交流電在電力傳輸領域一決雌雄,引起兩位科技大師的激烈競爭。

很多電器的電源介面上標的DC、AC,分別指直流電和交流電。直流電指單向移動的電荷流,電流只沿一個方向流動,但電流大小可以不固定;交流電則指隨時間進行周期性移動的電荷流,電壓和電流都呈現周期性變化。

19世紀下半葉,「老實」的直流電是主流,當時主要的電能動力設備——電動機使用的都是直流電。有人試圖讓電動機使用交流電,結果發現,當電流改變方向時,磁場也改變了強度和方向,因此電動機根本無法運行。但致力於推廣直流電供電網路的愛迪生也碰上了難題——長距離輸電損耗造成成本上升。

到1882年,當時在愛迪生手下工作的年輕科學家特斯拉,成功造出小型交流電電動機,顛覆了交流電無法供能的結論。愛迪生雖極力阻撓,但已無法阻止在經濟性和適用性方面更佔優勢的交流電,建立直流輸電網路的雄心隨之破滅。1895年,世界上第一座水力發電站——美國尼亞加拉發電站採用了交流電系統,宣告了交流電對直流電的勝利。

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突破瓶頸捲土重來

雖然在與交流電的競爭中輸得很慘,但作為曾被天才發明家愛迪生考慮過的輸電首選,直流電的優勢無法忽視。早時無法鋪設直流電輸電系統的重要原因是技術水平的阻礙,現代電子技術早已突破了當年的瓶頸,為直流電的捲土重來埋下了伏筆。

為保證大功率和低損耗,長距離輸電一般採用超高壓輸電。1947年,美國貝爾實驗室研製出世界上首個晶體管,可方便地應用於增高和降低電壓,特別是對平穩的直流電猶為便利,大大降低了輸電成本。

交流電的缺陷,在一些特殊場合讓直流電鑽了空子。交流輸電線一般是架空線,但跨過海峽時要用水下電纜,穿過人口密集的城市時又要用地下電纜。水和大地都是導體,它們和電纜產生的「旁路電容」作用,將交流電「分流」掉了——就像水渠旁多了條支路,支路把流得快的水流拉過來,這樣水的流動就受了影響。交流電的電流信號分為高頻成分和低頻成分,其中高頻成分就相當於「流得快的水」。並且這個分流作用隨著電纜增長而增大,最終可能大到交流電幾乎送不出去的程度。這時交流輸電已無實際意義,直流電成為惟一的選擇,因為直流電十分穩定,沒有「快慢」之差,旁路電容對它沒有影響。

直流電目前仍是「替補」

 直流電的最大優勢是簡單易行。交流電的電壓和電流不斷隨時間變化,易出現較難駕馭的情況,如交變電場產生的電磁輻射會對周邊環境造成很大影響。總的來說,交流電需要精確控制的因素比直流電多得多,在一定程度上也造成了電網的複雜性和不易控制性。

相比之下,直流電的優勢主要有以下方面:

 1.線路造價低:對於架空線路,交流輸電通常採用3根導線,而直流單極只需1根,雙極只需兩根,更為經濟,因此採用直流電纜的大城市越來越多。

2.損耗小:直流線路沒有無功損耗。而且直流架空線路沒有「趨膚效應」(交變電流通過導體時,電流集中在導體表面流過的效應),其電暈損耗(由氣體介質造成的損耗)和無線電干擾,均比交流架空線路要小。

3.電網運行更穩定:直流本身帶有調製功能,可根據系統的要求作出反應,運行更穩定。

目前直流輸電仍存在成本過高的問題。現代的直流輸電,只在輸電這個環節是直流,發電仍是交流,可以說,直流電仍是交流電的「替補」。在輸電線路的起端有換流設備將交流變換為直流,到線路末端再將直流變回交流。目前這種換流設備存在製造難、價格高等問題,有待研究解決。另外,直流輸電還存在如直流斷路器複雜、龐大等的技術問題。未來隨著這些問題的解決,直流輸電的地位有望進一步提高。



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