KONGSBERG RMP201-8 为什么要用高压传输？

　这表明，如果功率和功率因数保持不变，增加电压(V)会导致电流(I)成比例减少。

　　电压升高→电流降低→损耗降低

　　随着电流降低，由于I-R关系，对阻性损耗的影响是二次的。例如:

　　如果电压加倍，电流减半。

　　如果电流减半，I R损耗会降低四分之一(因为1/22=1/4)。

　　这就是为什么在传输系统中使用高电压的根本原因——它们允许以更低的电流、更小的导体尺寸和显著降低的能量损耗传输相同的功率。通过优化电压和电流之间的平衡，输电系统可以有效地远距离输送电力，而不会产生过多的热量或材料成本。

　　为什么要用高压传输?

　　在技术和经济考虑的驱动下，以高电压传输电力是现代电力系统的基本原理。这些优势源于能够在给定功率水平下降低电流，从而在能效、基础设施要求和整体系统性能方面带来一系列优势。

　　降低传输损耗

　　在输电系统中使用高压的最直接和最有影响的原因是损耗最小化。如前所述，传输线路中的功率损耗由下式给出:

　　Ploss=I2R�����=�2�由于平方律关系，通过较高电压操作降低电流会显著降低这些损耗。例如:

　　电流减半导致原来损失的四分之一。

　　降低损耗提高了电力输送的整体效率，使更多的发电功率到达终端用户，而不是作为热量沿输电线路散失。

　　这种效率的提高对于长距离传输尤其重要，否则累积损耗会很大。

　　较小的导体尺寸

　　更低的电流输入高压传输系统不仅将能量损失降至最低，而且允许使用更小的导体，因为导体的载流能力(载流量)决定了其所需的尺寸。当电流降低时，导体上的热应力减小，这意味着可以使用更薄的导体，而不会超过温度限制。这大大降低了导线的重量和成本，从而可以使用更轻的支撑结构，如塔和杆。这些结构部件可以设计成具有降低的机械强度要求，从而进一步降低材料和安装成本。

　　例如，虽然铜具有优异的导电性，但它比铝贵得多，也重得多。在许多高压应用中，公用事业公司选择铝导体钢芯(ACSR)电缆，这种电缆将铝的轻质、经济高效的特性与中央钢芯提供的机械强度相结合。由于高压线路中的电流降低，铝的较低电导率变得可以接受，其经济优势可以得到充分利用。这种材料的战略性使用大大提高了建设和维护长距离输电线路的可行性和经济性，同时又不牺牲电气性能。

　　图3。钢芯铝导线(ACSR)传输线段的物理和横截面图。图片由提供研究大门

　　经济效益

　　高压输电的经济优势既有眼前的，也有长远的，远远超出了通过更小的导线实现的节约。一个主要优势在于降低基础设施成本。由于更小、更轻的导线会产生更低的机械负载，因此公用事业公司可以安装更小的塔，使用更窄的通行权(ROW)，并需要更少的土地，所有这些都有助于节省建设和维护成本。此外，通过以较低的电流和最小的损耗传输高压电力，公用事业可以更有效地运营。这降低了产生额外电力来补偿输送过程中的损失的需求，从而降低了运营费用，提高了能源的可持续利用。

　　对于消费者来说，这种效率的提高可以降低电费，因为公用事业的成本节约往往转化为更具竞争力的能源价格。虽然对高压基础设施(如变压器、高级绝缘和开关设备)的初始投资很大，但在能源和基础设施方面的终生节省可以抵消这些成本数倍。在输电线路的整个生命周期(通常持续几十年)中，累计节省可达数百万美元，这使得高压输电不仅是一项技术需求，也是一项战略性经济投资。

　　改进的电压调节

　　高压输电还能提高电压调节能力，这是在用电点保持电能质量的一个关键因素。在长距离上，沿着导体的电压降可能是显著的，尤其是在高电流水平下。通过降低电流，高压系统会经历更低的压降，从而确保:

　　变电站和终端用户的稳定电压水平。

　　提高可靠性，降低因电压波动导致的设备损坏或故障风险。

　　将电压保持在严格的容差范围内对于工业设备、数据中心和家用电子设备等敏感负载的安全高效运行至关重要。

　　定量损失分析

　　为了真正理解高压传输的影响，数值比较有助于说明电压水平如何影响电流、功率损耗和整体传输效率。让我们考虑一个简单的例子:使用11 kV和220 kV两种不同的电压水平，在200 km的距离内传输100 MW的电能。假设传输线路的总电阻为0.05ω/km，则总线路电阻为:

　　Rtotal=0.05×200=10������=0.05×200=10 

　　案例1:11千伏输电

　　首先，计算电流:

　　P=VI⇒I=PV=100×10611×103≈9090.91A�=��⇒�=��=100×10611×103≈9090.91�现在，计算功率损耗:

　　Ploss=I2R=(9090.91)2×10≈827×106W=827MW�����=�2�=(9090.91)2×10≈827×106�=827��这个数值是巨大的——损耗比传输的功率高好几倍，这显然是不切实际的。

　　案例2:220kV输电

　　计算电流:

　　I=100×106220×103≈454.55A�=100×106220×103≈454.55�计算功率损耗:

　　Ploss=(454.55)2×10≈2.07×106W=2.07MW�����=(454.55)2×10≈2.07×106�=2.07��这里，仅损失了大约2.07 MW，这意味着提供了97.93 MW。现在计算效率:

　　η=PdeliveredPgenerated×100%=97.93100×100%≈97.93%�=��������������������×100%=97.93100×100%≈97.93%这个例子突出了当电压增加时，I R损耗的显著降低。在11 kV时，损耗超过传输功率，因此不可行，而在220 kV时，损耗最小，效率接近98%。

　　高效、可靠的高压传输

　　理解高压输电的原理对于设计能够满足现代能源需求的高效、可靠的电力系统至关重要。通过降低电流和最小化损耗，高压输电能够以更高的效率、更低的基础设施成本和更高的电网稳定性远距离输送电力。这些原则对于整合远程可再生能源、支持城市负荷中心以及确保工业、商业和住宅应用的可持续和弹性能源系统至关重要。