电力传输

电力传输

电力传输是将发电厂产生的电力大批量长距离传输以供消费者最终使用的过程。电力通过输电线路从发电厂发送到最终消费者。输电线路相互连接，就成为输电网络。

这个输电网络连同发电站和变电站被称为“输电网”或简称为“电网”。典型的输电网如图 1 所示。在国家层面相互连接的输电网络被称为“国家电网”。能量通常在具有三相交流电 (AC) 的电网内传输。由于涉及大量电力，并且由于电力的特性，长距离传输通常采用高压（33kV或以上）进行。电力通常被输送到消费点附近的变电站，该点要么是人口稠密的地区，要么是工业园区。在变电站，将高压电力转换为适合用户使用的较低电压，然后通过低压配电线路输送到终端用户

图1典型传输网格

传输效率和传输损耗

在高压下传输电力可减少因电阻而损失的能量部分，这取决于特定的导体、流动的电流和传输线的长度。对于给定的功率，较高的电压会降低电流，从而降低导体中的电阻损耗。通过使用升压变压器提高传输电压来提高传输效率，该升压变压器具有降低导体中的电流的效果，同时保持传输的功率几乎等于输入功率。流过导体的电流减少会降低导体中的损耗，因为根据欧姆定律，损耗与电流的平方成正比，将电流减半会导致传输损耗减少四倍。降低电流意味着更小的 I ² R（电流 I 的平方乘以导体电阻 R）系统中的损耗，电导体电缆的横截面积越小意味着资本参与越少，电流的减小导致输电系统电压调节的改善，电压调节的改善表明质量力量。正因为这三个原因，电力主要以高压电平传输。

因此，要有效地长距离传输电力需要高压。该电压可以是33 kV、66 kV、110 kV、132 kV、220 kV、400 kV甚至更高。发电厂的发电机电压通常在 11 kV 到 25 kV 之间。产生的电力首先从发电机传输到发电厂的变压器。变压器将电压增加到电网电压。然后发电机与电网同步并将产生的电力传输到消费者端。在消耗点端，传输线连接到变电站。在这里，变电站的变压器将电力的电压从高压变为较低的水平。来自变电站的较低电压的电力通过配电线路分配给电力用户。

输电网的主要组成部分如下。

变电站

变电站将电压从高电压转换为低电压，或反向转换，或执行任何其他重要功能。变电站的大小和配置各不相同。在发电站和用电点之间，电力可能流经多个不同电压等级的变电站。

变电站连接两条或多条传输线。最简单的情况是所有传输线都具有相同的电压。在这种情况下，变电站包含高压开关，允许连接或隔离线路以进行故障清除或维护。输电站通常具有在两个输电电压之间进行转换的变压器、电压控制、功率因数校正设备（例如电容器、电抗器或静态 VAR 补偿器）以及移相变压器等设备，以控制两个相邻电力系统之间的功率流。

变电站的范围可以从简单到复杂。小型“开关站”通常由总线和一些断路器组成。大型变电站通常位于大面积（几公顷）内，具有多个电压等级、许多断路器和大量保护和控制设备（电压和电流互感器、继电器和 SCADA 系统）。现代变电站按照IEC标准61850等国际标准安装。

变电站的大小和配置各不相同，但可能占地数英亩；它们没有植被，通常用砾石浮出水面。它们通常有围栏，可通过永久通道到达。一般来说，变电站包括各种结构、导体、围栏、照明和其他特征，从而形成“工业”外观。

传输塔

输电塔  是电力传输系统中最明显的组件。它们用于高压交流和直流系统。输电塔通常是高大的钢结构。它的功能是保持高压导体（电源线）与周围环境和彼此分离。存在各种各样的塔形状、尺寸和设计，通常采用开放式格子结构或单极，但通常它们非常高，高度从 15 m 到 55 m 不等，横臂宽达 30 m。除了钢材，还可以使用其他材料，包括混凝土和木材。

输电塔有四大类。它们是悬挂、终端、张力和换位。一些输电塔结合了这些基本功能。

塔的设计必须能够承载三个（或三个的倍数）导体。塔通常由钢格架或桁架制成。绝缘子是玻璃或瓷盘，组装成串或长棒，其长度取决于线路电压和环境条件。

通常，一根或两根接地线（也称为“保护”线）放置在顶部以拦截闪电并将其无害地转移到地面。高压和超高压塔通常设计为承载两个或多个电路。

传输线

电力以高压（110 kV 或以上）传输，以减少长距离传输中的能量损失。电力通常通过架空电力线传输。地下输电成本明显更高，运行限制更大，但有时用于市区或敏感地点。

输电线路通常使用高压三相交流电。高压直流 (HVDC) 技术用于在超长距离（通常为数百公里）内提高效率。 HVDC 链路还用于稳定大型配电网络中的控制问题，在这种情况下，网络的某一部分突然出现新负载或停电可能会导致同步问题和级联故障。

通常，每个电路的输电塔上都串有几根导体。导体主要由绞合金属导体构成。高压架空导线不被绝缘覆盖。导体材料通常是铝导体钢增强 (ACSR)，它是一种特殊类型的高容量、高强度绞合导体。外股由硬拉铝线制成，由不低于 99.5% 的 EC 级纯电解铝棒和铜含量不超过 0.04% 制成。选用高纯度铝合金，因其导电性好、重量轻、成本低。中心股线是钢制的，因为它的延展性，在不拉伸铝的情况下支撑重量所需的强度。这使导体具有整体高的抗拉强度。铜较早用于架空传输，但铝更轻，性能仅略微降低，成本也低得多。

通行权和通行权

输电走廊的通行权 (ROW) 包括为输电线路和相关设施预留的土地，这些土地需要便于维护，并避免发生火灾和其他事故的风险。它在高压线与周围结构和植被之间提供了安全裕度。出于安全和/或访问原因，可能需要清理一些植被。 ROW 通常由为有利的生长模式（生长缓慢和成熟高度低）而选择的本地植被或植物组成。但是，在某些情况下，通道构成 ROW 的一部分，为维修和检查车辆提供更方便的通道。 ROW 的宽度取决于传输线的额定电压。通往输电线路结构的通道通常需要用于线路建设和维护，并且可能是铺砌的或砾石的。