1、 http:/ K12 教学同步资源/人教高三物理课标 /资源版主/ 赵海波人教版新课标高三物理 http:/ Email: 1高三物理第一轮复习交流输电与直流输电 输电是发电和用电的中间环节,关于电能的输送方式,是采用直流输电还是交流输电,两种方式各有自己的优点和不足。 现代输电工程中两种输电方式:高压交流输电和高压直流输电,但由于历史的原因,交流输电是各国目前采用的主要方式。 一、直流输电简介:在直流输电中,只有输电环节是直流电, 发电系 统和用电系统仍然是交流电。在输电线路的始端,发电系统的交流电经换流变压器升压后,送到整流器中去。整流器的主要部件是可控硅变流器和进行交直流变换的整流阀,
2、它的功能是将高压交流电变为高压直流电后,送入输电线路。直流电通过输电线路送到逆变器中,逆变器的结构与整流器相同而作用刚好相反,它把高压直流电变为高压交流电,再经过换流变压器降压,交流系 统的电能就输送到了交流系统中。二、交流电和直流电的优缺点比较:高压直流输电方式与高压交流输电方式相比,有明显的优越性。历史上仅仅由于技术的原因,才使得交流输电代替了直流输电。1交流电的优点主要表现在发电、配 电和用电方面:交流电的生 产方便,交流发电机不需要换向器,采用旋转磁极式发电,可以制成大功率的发电机,而直流发电机由于有换向器,由于换向器的电刷、滑 环之间不可避免的出现打火与磨损现象,我们就不能制成大功率
3、并且耐用的发电机。交流电的输 送方便,我们知道输电线上有能量损失,在导线电阻一定的情况下,输电线路中电流越小 损失功率越小,要想不减小输送功率, 还要减小电流,据 P=UI 可知,只能提高送 电的电压。交流 电源和交流 变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比,造价 较为低廉;用现在的高效的交流变压器,可以较为容易的升高或降低输电电压。http:/ K12 教学同步资源/人教高三物理课标 /资源版主/ 赵海波人教版新课标高三物理 http:/ Email: 2交流电的使用方便:在电热器中,交流 电与直流电使用没有什么不同之处,但如果把电能转化为机械能,交流电动机就有一些优于直流电动机之处,交流
4、只须把线圈绕在外皮中的硅钢片内,内部用铝条镶嵌即可制成,线圈不用绕在转子内,也不用换向器和电刷,结构简单,价格便宜,由于没有 电刷,工作相当稳定又不易损坏;而直流电动机结构较复杂,有换向器,寿命较短。交流电可以容易的 变成直流 电:只用一个二极管就可以把交流 电变成脉动直流电,有四个二极管组成的桥式整流电路可以高效的把交流电变成直流电;但是,如果把直流电变成交流电就难了,特别是要求较大功率的转变,需要较为复杂的可控硅电路,并且还会有很大的能量损失。2直流电的优点主要在输电方面:输送相同功率 时,直流输电所用线材仅为交流 输电的二分之一到三分之二。直流输电采用两线制,以大地或海水作回线,与采用三
5、线制三相交流输电相比,在输电线载面积相同的条件下,输送相同的电功率,而输电线和绝缘材料可节约一半。同时直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单,线路走廊占地面积也少。在电缆输电线 路中,直流输电没有电容电流 产生,而交流输电线路存在电容电流,引起损耗。在一些特殊场合,必须用电缆输电 。例如高压输电线经过大城市时,采用地下电缆;输电线经过海峡时,要用海底电缆。由于 电缆芯线与大地之间构成同轴电容器,在交流高压输线路中,空 载电容电流极为可观。一条200kV 的电缆,每千米的电容约为 0.2F,每千米需供给充电功率约 3103kw,在每千米输电线路上,每年就要耗电 2.6107kwh而在直流输
6、电中,由于电压波动很小,基本上没有电容电流加在电缆上。直流输电时 ,其两侧交流系统不需同步运行,而交流输电必须同步运行。交流远距离输电时,电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差;并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为 50HZ,但实际上常产生波动。这两种因素引起交流系统不能同步运行,需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技http:/ K12 教学同步资源/人教高三物理课标 /资源版主/ 赵海波人教版新课标高三物理 http:/ Email: 3术加以调整,否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备,或造成不同步运行的停电事故。在技术不发达的国家里,交流 输电距离一般不超过 300
7、km。而直流输电线路互连时,它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行,不需进行同步调整。直流输电发 生故障的 损失比交流输电小。两个交流系统若用交流线路互连,则当一侧系统发生短路时,另一侧要向故障一侧输送短路电流。因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁,需要更换开关。而直流输电中,由于采用可控硅装置,电路功率能迅速、方便地进行调节,直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流,故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样。因此不必更换两侧原有开关及载流设备在直流输电线路中,各级是独立调节和工作的,彼此没有影响。所以,当一极发生故障时,只需停运故障极,另一极仍可输送不少于一半功
8、率的电能。但在交流输电线路中,任一相发生永久性故障,必须全线停电。三、我国直流输电现状及发展前景:我国自 20 世纪 50 年代末就开始直流输电技术的研究,60 年代在电科院建立起汞弧阀模拟装置。70 年代在上海,完全依靠国内技术力量,利用 报废的交流电缆线路,建立起 31kV 直流 试验线路,开始了直流 输电 技术在我国的运用。直流输电在我国有广阔的发展前景,主要体现在如下方面: 我国能源与负荷分布不均,需要大容量远距离输电。目前,我国是的主要能源(水力资源和煤炭资源)主要集中在西南、中南、西北及华北地区,而负荷则主要集中在京津地区、东北及华东、 华南地区,所以不可避免要进行大容量远距离输电。用直流线路 联络两个交流系 统,以取得 较大的经济效益。如葛洲坝上海直流输电工程。用海底 电缆跨海送 电。我国沿海 岛屿众多, 许多岛屿(如舟山群岛、海南岛、崇明岛、台湾等)需要由大陆送电或互联并网。如舟山直流输电工程。用直流通 过电缆向大城市中心供 电,以解决大城市电能日益增长的迫切需要。在英国,已由金斯诺思用直流输电向伦敦供电。我国上海、北京等大城市不久也将会实现。