前言：電的商業(yè)化應(yīng)用始于19世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時(shí)電弧燈已用于燈塔和街道的照明。第一個(gè)完整的電力系統(tǒng)(由發(fā)電機(jī)、電纜、熔絲、電表混和負(fù)荷組成)是由愛迪生在紐約城歷史上有名的皮埃爾大街站建成并于1882年9月投入運(yùn)行。

　　1.電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史

　　一個(gè)直流電系統(tǒng)，由一臺(tái)蒸汽機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)供給半徑的為1.5km面積內(nèi)的59個(gè)用戶。負(fù)荷全部由白熾燈組成，通過110V地下電纜供電。在此后幾年內(nèi)，類似的系統(tǒng)已在世界上大多數(shù)大城市投入運(yùn)行。隨著1884年斯普萊克對(duì)電動(dòng)機(jī)的開發(fā)，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷也加入到這樣的系統(tǒng)中。這是電力系統(tǒng)發(fā)展成為世界最大工業(yè)之一的開端。盡管初期直流系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，但后來它幾乎完全被交流系統(tǒng)代替。到1886年，直流系統(tǒng)的局限性明顯顯露出來，因?yàn)樗荒茉诤芏痰木嚯x內(nèi)從發(fā)電機(jī)向外送電。為了將輸電損耗和電壓降落限制到可接受的水平，長距離的輸電系統(tǒng)必須采用高電壓。面這樣高的電壓是發(fā)電機(jī)和用戶都不能接受的，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行電壓變換。

　　在19世紀(jì)90年代，曾有過關(guān)于電力工業(yè)應(yīng)采用直流還是交流作為標(biāo)準(zhǔn)的相當(dāng)大的爭論。在主張直流的愛迪生和偏好交流的西屋之間發(fā)生過激烈的辯論。在世紀(jì)之交，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)取得了勝利，其主要原因是：交流系統(tǒng)的電壓水平可以很容易地轉(zhuǎn)換，因而提供了使用不同電壓的發(fā)電、輸電和用電的靈活性;交流發(fā)電機(jī)比直流發(fā)電機(jī)更簡單;交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)更簡單、更便宜。1893年，南加州一條12km長的2300V電力線路投入使用。它是北美洲第一條三相電力線路。大約在同一時(shí)期，尼亞加拉瀑布也選擇了交流送電，因?yàn)椴捎弥绷鞑豢赡軐㈦娏λ屯?0km以外的布法羅。這一結(jié)果結(jié)束了交流與直流的爭論并奠定了交流系統(tǒng)獲勝的基礎(chǔ)。在交流輸電的初期，頻率并未標(biāo)準(zhǔn)化。各種不同的頻率，如25、50、60、125、133Hz都曾被采用過。這使系統(tǒng)互聯(lián)出現(xiàn)了問題。最終在北美洲采用60Hz作為交流輸電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率，而其他很多國家則采用50Hz。日益增長的向更遠(yuǎn)距離輸送大量電力的需要是推動(dòng)逐漸采用更高電壓水平的動(dòng)因。早期交流系統(tǒng)采用了12.44kV和60kV(有效值，線對(duì)線電壓)。于1922年采用了165kV，1923年提高為220kV，1935年提高為287kV，1953年提高為330kV，1965年提高到500kV。魁北克水電局的第一條735kV線路于1966年送電，美國的765kV線路則于1969年投入運(yùn)行。為了避免電壓等級(jí)數(shù)量的無限制擴(kuò)大，工業(yè)界已將電壓水平標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高電壓等級(jí)有115、138、161、230kV，超高電壓等級(jí)有345、500、765kV。

　　隨著汞弧閥于20世紀(jì)50年代的發(fā)展，高壓直流輸電系統(tǒng)某些情況下變得更為經(jīng)濟(jì)。高壓直流輸電對(duì)于大容量遠(yuǎn)距離輸電更具有吸引力。與交流輸電相比直流輸電方案開始變得更有競爭力的輸電距離交叉點(diǎn)對(duì)架空線路是大約500km，對(duì)地下或海底電纜是50km。當(dāng)電力系統(tǒng)間由于系統(tǒng)穩(wěn)定的考慮而不適合聯(lián)網(wǎng)或系統(tǒng)的額定頻率不相同時(shí)，高壓直流還能提供非同布聯(lián)網(wǎng)。第一個(gè)現(xiàn)代商用的高壓直流輸電于1954年在瑞典建成，它通過96km的海底電纜將瑞典本土與哥特蘭島互聯(lián)起來。隨著晶閘管閥的發(fā)展，高壓直流輸電變得更加具有吸引力。第一個(gè)采用晶閘管閥的高壓直流系統(tǒng)是1972年在伊爾河的背靠背工程。它提高了魁北克和新不倫瑞克之間的非同步電網(wǎng)互聯(lián)。伴隨著換流設(shè)備價(jià)格的降低、尺寸的縮小以及可靠的提高，高壓直流輸電的應(yīng)用逐步擴(kuò)大。

　　相鄰電力公司電網(wǎng)的互聯(lián)通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的改善。可靠性的改善來自于電力公司之間在緊急情況下的互相支援。經(jīng)濟(jì)性的改善突出表現(xiàn)在每一系統(tǒng)必須的備用容量的減少。此外，電網(wǎng)互聯(lián)使電力公司間可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)輸送，以便利用最經(jīng)濟(jì)的電源。這些效益從聯(lián)網(wǎng)起始就被認(rèn)識(shí)到，使電網(wǎng)互聯(lián)不斷增加。今天美國和加拿大幾乎所有的電力公司都是互聯(lián)系統(tǒng)的一部分。它形成了一個(gè)極端復(fù)雜的很龐大的系統(tǒng)。如此一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其安全運(yùn)行的確定非常具有挑戰(zhàn)性的問題。

　　2.電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　盡管電力系統(tǒng)的大小和結(jié)構(gòu)組成各不相同，但他們都具有相同的基本特征：由運(yùn)行電壓基本恒定的三相交流系統(tǒng)組成。發(fā)電和輸電設(shè)施采用三相裝置。工業(yè)負(fù)荷總是三相;單相家用和商用負(fù)荷在各相之間等量分配，以便有效地形成平衡的三相系統(tǒng);采用同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。原動(dòng)機(jī)將一次能源(化石燃料、核能和水能)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后由同步發(fā)電機(jī)將它轉(zhuǎn)換為電能;將電力遠(yuǎn)距離輸送到廣大區(qū)域的電力用戶。需要由運(yùn)行于不同電壓水平的子系統(tǒng)組成的輸電系統(tǒng);實(shí)用上通常將輸電網(wǎng)分為以下子系統(tǒng)：輸電系統(tǒng);次輸電系統(tǒng);配電系統(tǒng)。輸電系統(tǒng)連接系統(tǒng)中主要的發(fā)電廠和主要的負(fù)荷中心。它形成整個(gè)系統(tǒng)的骨干并運(yùn)行于系統(tǒng)的最高電壓水平。發(fā)電機(jī)的電壓通常在11-35kV范圍內(nèi)。經(jīng)過升壓達(dá)到輸電電壓水平后，電力被傳輸?shù)捷旊娮冸娬荆诖嗽俳?jīng)過降壓達(dá)到次輸電水平。發(fā)電和輸電子系統(tǒng)經(jīng)常被稱作主電力系統(tǒng)。次輸電系統(tǒng)將較少量的電力從輸電變電站輸往配電變電站。通常大的工業(yè)用戶直接由次輸電系統(tǒng)供電。在某些系統(tǒng)中，次輸電和輸電回路之間沒有清晰的界限。但系統(tǒng)擴(kuò)展，更高一級(jí)電壓水平的輸電變得必要時(shí)，原來的輸電線路則常被降低起次輸電的功能。

　　結(jié)束語：

　　配電系統(tǒng)相當(dāng)于將電力送往用戶的傳輸過程中的前后一級(jí)。一次配電電壓通常在4.0-34.5kV之間。較小的工業(yè)用戶通過這一電壓等級(jí)的主饋線供電。二次配電饋線以120/240V電壓向民用和商業(yè)用戶供電。靠近負(fù)荷的小發(fā)電廠通常連接到次輸電系統(tǒng)或直接連到配電系統(tǒng)。相鄰電網(wǎng)的互聯(lián)通常在輸電系統(tǒng)的水平上實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)發(fā)電電源和幾層輸電網(wǎng)絡(luò)組成。它們提供的高度結(jié)構(gòu)冗余使系統(tǒng)能夠承受非正常的偶然故障而不致影響對(duì)用戶供電。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 周作春，王立，薛強(qiáng)，等.北京電網(wǎng)高壓電纜及隧道多狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[D].北京：北京電力公司，2008.