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电力科普知识电力是现代社会的重要能源之一，它以电能的形式为人类提供动力、照明和信息传输等服务。电力的产生、传输、分配和使用构成了完整的电力系统，是现代文明不可或缺的一部分。
发电原理：电力主要通过发电机将机械能转化为电能。常见的发电方式包括火力发电（利用煤炭、石油或天然气燃烧产生的热能）、水力发电（利用水流的势能和动能）、风力发电（利用风轮机捕捉风能）、太阳能发电（通过光伏电池或光热技术转换太阳辐射能）以及核能发电（利用核裂变释放的能量）。此外，还有地热能、潮汐能等新型发电方式正在逐步发展。
输配电过程：电力从发电厂输出后，需要经过升压变压器提高电压，以减少长距离输送中的损耗。高压电通过输电网送到各地，再经降压变压器变为适合用户使用的低压电。居民用电一般是220伏或380伏，而工业设备可能需要更高的电压等级。
安全与节能：电力虽然便利，但使用时需注意安全。例如，避免接触裸露电线，防止过载用电引发火灾。同时，节约用电也是保护环境的重要举措。推广高效电器、提倡错峰用电、使用可再生能源可以有效降低碳排放，推动绿色可持续发展。
总之，电力作为清洁、高效的二次能源，在促进经济发展和改善生活质量方面发挥着不可替代的作用。了解电力知识，有助于我们更好地利用资源并守护地球家园。
目前采用的送电线路有两种，一种是电力电缆，它采用特殊加工制 造而成的电缆线，理没于地下或敷设在电缆隧道中；另一种是最常见的 架空线路，它一般使用无绝缘的裸导线，通过立于地面的杆塔作为支持 物，将导线用绝缘子悬架于杆塔上。由于电缆价格较贵，目前大部分配 电线路、绝大部分高压输电线路和全部超高压及特高压输电线路都采用 架空线路。 送电线路的输送容量及输送距离均与电压有关。线路电压越高，输 送距离越远。线路及系统的电压需根据其输送的距离和容量来确定。 般送电电压、容量、距离三者的大致关系如表6一1中所列。 表6一1送电电压、容量、距离三者的关系
在相同的送电电压下，送电容量越小，可输送的距离越长，反之， 容量越大，则送电距离越短。另外，输送容量和距离还取决于其他技术 条件和是否采用补偿措施。 电力电缆一般由导线、绝缘层和保护层组成，有单芯、双芯和三芯 电缆。高压架空线路一般由导线、绝缘子、金具、杆塔及其基础、避雷 线、接地装置和防振锤等构成。图6一2所示为架空线路示意图。 高压架空线路具有一定的宽度，线路以下的地面面积再向两侧延伸 定的距离所占有的范围称为线路走廊。走廊内不允许有高大建筑及高 大植物出现。在国外，占有线路走廊要付出相当可观的费用，如美国线 路走廊的占地费用要占线路建设总投资的12%。我国的线路走廊虽然并 非如此昂贵，但在有限的土地资源中如何节省占地，提高线路走廊的利 用率，则是不得不认真考虑的重要问题。 减少高压架空线路的走廊主要有两种办法：①多回路同杆塔并架线 路，即在同一杆塔架设多回线路；②紧凑型架空输电线路。 同杆并架线路。多回路同杆并架是在同一线路走廊架设多回线路 提高了输送容量，从而减少了线路走廊用地，但多回线路相线的排列和 继电保护的配置要仔细考虑，使线路遭雷击时不同时断开，以保证多回 线路输电的可靠性与单杆单回线相同。 紧凑型架空输电线。它与常规输电线不同的基本特点是：①相导线 采用多分裂结构，并加大子导线间距；②缩小相间距离，为避免风吹导 线振动造成相间短路，相间采用间隔棒固定相间距离；③采用相间无构 架的杆塔结构形式。 通过紧凑型的这种结构，可提高线路输送能力，减少输电回路数 从而减少线路走廊用地。其基本原理如下：通过增大相分裂导线（子导 线）之间的距离，优化导线布置，压缩相间距离，使电荷在各导线表面 分布均匀，从而表面场强均匀，导线导电面积得到充分利用；相间距离 明显缩小，使线路的正序电容上升，正序电感下降，线路的波组抗（Z） 与电容（C）平方根成反比，与电感（L）平方根成正比，即Z= L VO 紧凑型输电线可明显减少波阻抗。线路输送的自然功率（P）与波阻 抗成反比，即P=3U／Z。自然功率越大，则线路输送能力越大。因此 紧凑型输电线路可显著提高输电能力，一般可提高30%～70%。 我国分别在华北和湖北省建成的220kV紧凑型输电试验线路段已于 1994年投入运行。
高压直流输电（HVDC）
电是将三相交流电通过换流站整流变成直
过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基 本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相 连接。 直流输电线造价低于交流输电线路，但换流站造价却比交流变电站 高得多。一般认为架空线路超过600～800km，电缆线路超过40～60km， 直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的 发展，换流设备造价逐渐降低，直流输电近年来发展较快。我国从国外 引进设备和技术建设的葛洲坝一上海1100km±500kV、输送容量1200MW 的直流输电工程，已于1990年建成并投入运行。 直流输电技术的主要优点是：不增加系统的短路容量；便于实现两 大电力系统的非同期联网运行和不同频率的电力系统的联网；利用直流 系统的功率调制能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行 的交流输电线的输电能力。它的主要缺点是直流输电线路难于引出分支 线路，绝大部分只用于端对端送电。加拿大原计划开发和建设五端直流 输电系统，现已建成三端直流输电系统。实现多端直流输电系统的主要 技术困难是各种运行方式下的线路功率控制问题。目前，一般认为三端 以上的直流输电系统技术上难实现，经济合理性待研究。 直流输电的原理及运行方式。如图6一3所示。 换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤 波器、直流避雷器及控制保护设备等。 换流器又称换流阀基础垫层技术交底记录，是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆 变。目前，换流器多数采用晶闸管（可控硅整流管）组成三相桥式整流 作为基本单元，称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统 实现交流变直流，直流变交流的功能。 换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19...等多 次谐波。为了减少各次谐波进入交流系统，在换流站交流母线上要装设 滤波器。它由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成，通过调谐 的参数配合可滤掉多次谐波。一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、 13次谐波滤波器组。 如图6一3所示，直流输电分为单极线路和双极线路。单极又分为 线一地和单极两线的方式。直流输电一般采用双极线路，当换流器有 极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但输送功率要减少一半
1.电力系统的组成及其作用 电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是 将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。输电网和 配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。发电厂将一次能源转 换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完 成电能从生产到使用的整个过程。电力系统还包括保证其安全可靠运行 的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的 辅助系统（一般称为二次系统）。 输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中的主要网 络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所以又可称为网架。在 个现代电力系统中既有超高压交流输电，又有超高压直流输电。这种输 电系统通常称为交、直流混合输电系统。 配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网，它 的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一部分电力不 经配电变电站，直接分配到大用户，由大用户的配电装置进行配电。 电力系统如图7一1所示。在电力系统中，电网按电压等级的高低分 层，按负荷密度的地域分区。不同容量的发电厂和用户应分别接入不同 电压等级的电网。大容量主力电厂应接入主网，较大容量的电厂应接入 较高压的电网，容量较小的可接入较低电压的电网。 配电网应按地区划分，一个配电网担任分配一个地区的电力及向该 地区供电的任务。因此，它不应当与邻近的地区配电网直接进行横向联 系，若要联系应通过高一级电网发生横向联系。配电网之间通过输电网 发生联系。不同电压等级电网的纵向联系通过输电网逐级降压形成。不 同电压等级的电网要避免电磁环网。 电力系统之间通过输电线连接，形成互联电力系统。连接两个电力 系统的输电线称为联络线。 2.电力系统的负荷 电力系统中所有用电设备消耗的功率称为电力系统的负荷。其中把 电能转换为其他能量形式（如机械能、光能、热能等），并在用电设备 中真实消耗掉的功率称为有功负荷。电动机带动风机、水泵、机床和轧 钢设备等机械，完成电能转换为机械能还要消耗无功。例如，异步电动 机要带动机械，需要在其定子中产生磁场，通过电磁感应在其转子中感 应出电流，使转子转动，从而带动机械运转。这种为产生磁场所消耗的 功率称为无功功率。变压器要变换电压，也需要在其一次绕组中产生磁 场，才能在二次绕组中感应出电压，同样要消耗无功功率。因此，没有 无功，电动机就转不动，变压器也不能转换电压。无功功率和有功功率 同样重要，只是因为无功完成的是电磁能量的相互转换，不直接作功 才称为”无功”的。电力系统负荷包括有功功率和无功功率，其全部功 率称为视在功率，等于电压和电流的乘积（单位千伏安）。有功功率与 视在功率的比值称为功率因数。电动机在额定负荷下的功率因数为0.8
左右，负荷越小，其值越低；普通白炽灯和电热炉，不消耗无功，功率 因数等于1。 电力系统负荷随时间而不断变化，具有随机性，其变化情况用负荷 曲线来表示。通常有日负荷曲线、月负荷曲线（国外多用周负荷曲线）、 年负荷曲线。图7一2所示为年、日负荷曲线图。年负荷曲线表示的是每 月的最高负荷值。日负荷曲线是将电力系统每日24h的负荷绘制成的曲 线。日负荷曲线中负荷曲线的最高点为日最大负荷（又称为高峰负荷）， 负荷曲线的最低点为最小负荷（又称为低谷负荷），它们是一天内负荷 变化的两个极限值，高峰负荷与低谷负荷之差称为峰谷差。峰谷差越大 电力调峰的难度也就越大。根据负荷曲线可求出日平均负荷。日平均负 荷与最高负荷的百分比值，称为负荷率。负荷率高，则设备利用率高。 最小负荷水平线以下部分称为基荷；平均负荷水平线以上的部分为峰 荷；最小负荷与平均负荷之间的部分称为腰荷。为了满足系统负荷的需 要，应进行负荷预测工作，绘制不同用途的负荷曲线。