GE RS-FS-9001 高压输电:导线尺寸、基础设施设计、电压选择

　高压传输系统对于长距离高效输送电力至关重要。通过增加电压，电流减少，从而降低电阻加热和功率损耗。这允许使用更小的导体，降低材料成本、重量和支撑结构(如塔架)上的机械应变。较低的电流还有助于防止导体下垂等问题，确保系统在热限制范围内安全运行。更小、更轻的导线还能减少对环境和土地使用的整体影响，允许更窄的传输走廊和更好的公众接受度，特别是在人口密集或难以进入的地区。

　　为输电线路选择合适的电压取决于几个因素，如负荷需求、输电距离、电网拓扑和对系统可靠性的需求。更高的电压水平用于更长的距离和更大的功率需求，以最小化损耗并保持效率。输电线路根据其容量和应用分为不同的电压等级，从次输电(33千伏至138千伏)到超高压(800千伏以上)。IEEE、IEC和ANSI等组织制定的标准可确保全球系统的一致性和兼容性，指导可靠、安全和高效的电力传输网络的设计和运行。

　　导线尺寸和基础设施设计

　　高压传输显著影响导体和支持基础设施的设计和选择。这一过程中的一个关键因素是载流量，即导体在不超过其热极限的情况下可以承载的最大电流。因为功率(P)由下式给出:

　　P=VIcosθ�=������对于恒定的功率输送，增加电压(V)允许电流(I)成比例地减少。电流的这种降低是至关重要的，因为导致热下陷的导体加热受焦耳定律支配:

　　Ploss=I2R�����=�2�电流越低，产生的热量越少，从而最大限度地减少下垂，并允许导体在安全的热裕度内工作。这使得电力公司可以使用更小的导线，降低材料成本和支撑塔上的机械负荷。

　　此外，导体温升(δT)可近似计算如下:

　　ΔT=I2RkAΔ�=�2���其中:

　　R =导体的电阻，

　　A =导体的表面积，

　　k =散热系数。

　　通过降低电流(I ),我们最大限度地降低了温升，允许导体在较低的温度下工作，从而提高了寿命和可靠性。

　　从基础设施的角度来看，更小的导线重量更轻，可以使用更轻的支撑结构，塔架之间的跨度也可能更长。此外，塔的高度和间距受电气间隙要求的影响，电气间隙要求受电压的影响，但机械负担主要取决于导体的尺寸和重量。更小、更轻的导体降低了机械应变，使塔架设计更具成本效益。

　　在地面上，这意味着更窄的路权(ROW)要求，最大限度地减少土地使用和环境影响。在征地困难或昂贵的地区，这是一个显著的优势。此外，传输走廊的较小物理足迹提高了美学整合和公众接受度。

　　图一。高压输电线路的部件。图片由提供单片电源系统

　　标准传输电压水平

　　在现代电力系统中，传输电压水平是标准化的，以确保电网不同区域和组件之间的兼容性、安全性和效率。根据线路的功能、传输距离和功率容量，这些电压等级被分为特定的范围。为传输线路选择合适的电压是一个关键的设计决策，受到多种技术和经济因素的影响。

　　电压分类概述

　　根据传输系统所承载的电量和传输距离，传输系统通常分为以下标准电压等级:

　　电压等级电压范围目的

　　子传输33千伏–138千伏本地或区域配电

　　高电压230千伏–400千伏跨区域大功率传输

　　超高压500千伏–765千伏长距离、高容量传输

　　超高压(UHV)高于800千伏(例如1100千伏)洲际或超长传输

　　次级输电(33千伏–138千伏)

　　分输电线作为桥梁高压传输系统和本地分销网络。这些电压适用于中短距离，为工业用户供电，或降低城市和农村配电的功率。

　　高压(230伏–400千伏)

　　高压输电是大多数国家电网的主力。这些线路通常在发电厂和地区变电站之间长距离传输大量电力。高压系统在效率、基础设施成本和绝缘简易性之间取得了平衡。

　　超高压(500千伏–765千伏)

　　当必须将大量电力输送到数百公里以外时，例如在遥远的发电厂(如水力发电厂或热电厂)和城市中心之间，使用超高压系统。超高压降低了线路损耗和电压降，支持高峰需求期间的电网可靠性。

　　超高压(UHV)(800千伏以上)

　　UHV系统越来越多地用于发电和负荷中心相距遥远的大国。这些系统能够将10-12吉瓦的电力输送超过1，500-2，000公里，减少了对多条并行线路的需求，并将土地使用和基础设施成本降至最低。