高壓輸電系統為什么要用不同的電壓等級？

電能從生產到消費一般要經過發電、輸電、配電和用電四個環節。對于下圖所示的簡單電力系統而言，首先是發電環節，這個環節是在發電廠完成的。由于發電機絕緣條件的限制，發電機的*高電壓一般在22kV及以下。其次是輸電環節，輸電系統是將發電廠發出的電能輸送到消費電能的地區（也稱負荷中心），或進行相鄰電網之間的電能互送，使其形成互聯電網或統一電網。為了降低線路的電能損耗、增大電能輸送的距離，發電廠發出的電能通常需要通過升高電壓才能接入不同電壓等級的輸電系統。第三是配電環節，配電系統*是將來自高壓電網的電能以不同的供電電壓分配給各個電力用戶。*后是用電環節，電力用戶根據不同的能量需求通常采用中、低壓供電和消費。如下圖所示，在電力系統中，需要多次采用升壓或降壓變壓器對電壓進行變換，也*是說在電力系統中采用了很多不同的電壓等級。

圖1簡單電力系統示意圖

輸電系統的電壓等級一般分為高壓、超高壓和特高壓。在國際上，對于交流輸電系統，通常把35～220kV的輸電電壓等級稱為高壓（HV），把330～750（765）kV的輸電電壓等級稱為超高壓（EHV），而把1000kV及以上的輸電電壓等級通稱為特高壓（UHV）。另外，一般把±500kV電壓等級的直流輸電系統稱為高壓直流輸電系統（HVDC）。對我國目前絕大多數交流電網來說，高壓電網指的是110kV和220kV電壓等級的電網，超高壓電網指的是330kV、500kV和750kV電壓等級的電網，特高壓電網指的是正在建設的1000kV交流電壓等級和±800kV直流電壓等級的輸電系統。在同一個電網中采用了不同的電壓等級，這些電壓等級組成該電網的電壓序列。目前，我國除了西北電網外，大部分電網的電壓序列是500/220/110/35/10/0.38kV，西北電網的電壓序列分別為750/330/110/35/10/0.38kV和220/110/35/10/0.38kV。電能送到負荷中心后經過地區變電站降壓到10kV，然后再由10kV配電線路輸送到配電變壓器，*后經過配電變壓器將電壓變成0.38kV供電力用戶使用。對于單相用戶，其相電壓*是民用220V交流電。輸電系統之所以要采用這么多的電壓等級，其原因主要有以下幾點。

在1949年之前，我國電力工業發展緩慢，輸電線路建設同樣遲緩，輸電電壓按具體工程決定。因而，我國當時的電壓等級繁多。1908～1943年，建成了22、33、44、66、110kV和154kV等電壓等級的輸電線路。1949年以后，才開始按電網發展規劃統一電壓等級，之后逐漸形成了經濟合理的電壓等級序列。每一個電壓等級的建立都應以滿足其投入后20～30年大功率電能的輸送需求為基準。1981年以前，我國主要以220kV電壓等級的電網為骨干網架。1981年以后，隨著我國*條500kV交流輸電系統（平武線）的建成，已經形成了以500kV電壓等級為主要網架的超高壓電網。目前，面臨大規模、遠距離輸電以及全國聯網的需要，我國正在進行1000kV交流和±800kV直流特高壓輸電試驗示范工程的建設，并建立了用于深入研究的特高壓試驗研究基地。

其次，學過物理的人們都知道，對于一個電阻系統，其電功率S計算公式為：S=U2/R。式中，U為施加在該電阻系統的電壓，R為該電阻系統的等效電阻。根據上述公式，可以定性地看出，當電阻一定時輸送功率與輸電電壓的平方成正比。如果輸電電壓提高1倍，輸送功率將提高4倍。電網的發展歷史表明，各國在選擇更高一個電壓等級時，通常使相鄰兩個輸電電壓之比等于2，多數是大于2。這樣做可以使輸電系統的輸送功率提高4倍以上。從電網的發展過程看，輸電電壓等級大約也是以兩倍的關系增長的。當發電量增至4倍左右時，即出現一個新的更高的電壓等級。實踐證明，以這樣的電壓等級差構成的電網才可能經濟合理，并適應電網的發展和服務區域范圍的擴大。

第三，不斷增長的用電需求促進了火力、水力和核電等發電技術向單位（千瓦）造價低、效率高的大型、特大型發電機組方向發展，而可用于大規模發電的能源基地在地理分布以及社會經濟發展的歷史又形成了電源和電力負荷地理分布上的不平衡。在電力負荷中心地區，由于經濟發展較快，導致用電需求增長也快，但是在這些地區卻往往缺乏一次能源。而在一次能源豐富的地區，如礦物燃料、水力資源的地區，其經濟發展相對較慢，用電增長相對較低或人均用電水平較低。這種一次能源分布和需求的不平衡情況增加了遠距離、大容量輸電和電網互聯的需求。在電壓等級不變的情況下，遠距離輸電意味著線路電能耗損的增加。因此，根據輸電線路的長度不同，需要選擇的電壓等級也不同。當輸送電能的功率給定后，提高輸電線路的電壓等級將降低輸電線路的電流，從而減少有功功率和無功功率在輸電線路上的電能損耗。另外，提高輸電線路的電壓等級不僅可以增大輸電容量，而且降低輸電系統的成本、增加輸電線路的走廊利用率。但是，隨著輸電線路電壓等級的提高，雖然輸電線路的損耗減小了，可是相應的投資也隨之增長。一般通過理論計算和一些經驗數據來確定兩者之間的*佳結合點，來*終決定輸電線路的輸電電壓等級、*大輸送功率和輸送距離。下表中列出了現有不同輸電線路電壓等級與輸送容量、輸送距離的大致范圍。

表1輸電電壓與輸送容量、輸送距離的范圍

綜上所述，盡管高壓輸電系統采用不同的電壓等級有著多方面的原因，但是要遵循如下幾條基本原則：①在遵守*電壓標準、依照電網電壓序列和考慮電網發展的前提下，選擇有利于提高全電網經濟效益的適當的電壓等級；②要從全電網出發，權衡全電網的經濟效益，而不是僅僅局限于某輸電線路工程的經濟效益；③要兼顧規模效益和時間效益。