目前中國的最高交流輸電線路電壓是100萬伏的特高壓,也是全世界最高電壓等級(jí)的輸電線路。不存在幾千萬伏的電壓等級(jí)。
我們的電力來自哪里?
我們用的電,最初是來自發(fā)電廠的發(fā)電機(jī),發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)根據(jù)機(jī)組的容量不同,發(fā)出的電壓也不同,小到6000伏,大到24000伏,機(jī)組容量越大,發(fā)出的電壓越高。不過一般普通機(jī)組大多都是在10000伏。
這10000伏的電壓,通過升壓、輸送、數(shù)次降壓,最后以220/380伏的電壓送到用戶。這些升壓和降壓的過程,都是通過變電站的變壓器完成的。那么,變壓器“變壓”的原理是什么呢?,下面我們就通俗地解釋一下變壓器的工作原理。
變壓器的工作原理
在一個(gè)鐵芯上繞上線圈,在這個(gè)線圈沒有通電的時(shí)候,鐵芯沒有磁性。但是,當(dāng)我們把繞在鐵芯上的線圈通上電壓,鐵芯就具有磁力了。我們常用的電鈴,就是利用這個(gè)原理發(fā)出“叮鈴鈴”的聲音的。
反過來,在一個(gè)有磁性的鐵芯上繞上線圈,這個(gè)線圈就會(huì)產(chǎn)生電壓。
好了,下面我們把一個(gè)沒有磁性的鐵芯,繞上兩組線圈,把其中的一組線圈通上電壓,我們把這一組線圈叫做“初級(jí)線圈”,也可以叫做“一次線圈”。這時(shí)候,原本沒有磁性的鐵芯產(chǎn)生了磁性,在鐵芯上纏繞的另一組線圈,我們把它叫做“次級(jí)線圈”,也可以叫做“二次線圈”,在磁力線的作用下,居然也產(chǎn)生了電壓。
人們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈繞組的匝數(shù)相同,次級(jí)線圈產(chǎn)生的電壓,和初級(jí)線圈輸入的電壓是相同的。改變次級(jí)線圈的匝數(shù),其產(chǎn)生的電壓也會(huì)改變。次級(jí)線圈電壓的變化,是其匝數(shù)與初級(jí)線圈的匝數(shù)的倍數(shù)成正比例。比如,我們將繞有50圈的初級(jí)線圈輸入10伏的交流電,如果次級(jí)線圈也是繞有50圈,那么這個(gè)次級(jí)線圈就會(huì)產(chǎn)生10伏的交流電。如果次級(jí)線圈是繞有100圈,那么次級(jí)線圈就會(huì)產(chǎn)生20伏的交流電。以此類推。
懂得了這個(gè)原理,我們?cè)倩氐桨l(fā)電廠,發(fā)電機(jī)發(fā)出的10000伏電壓,還不足以輸送到全國各地,因?yàn)檫@個(gè)等級(jí)的電壓,在長距離輸送的過程中,損耗太大,等到了“遙遠(yuǎn)”的用戶那邊,就所剩無幾了。因此,長距離輸送電力,就需要更高等級(jí)的電壓。
輸送相同的功率,電壓越高,其電流越小,反過來,相同電流的輸送,電壓越高,輸送的功率也就越大。綜合起來,輸送電壓越高,線路損耗就越小,經(jīng)濟(jì)效益就越高。因此,發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓,需要經(jīng)過升壓到一定的高度才可以向外輸送。
目前,我國的超高壓輸電線路一般是220千伏或者330千伏,特高壓輸電線路,都是500千伏或者800千伏,最高輸送電壓是1000千伏。電廠發(fā)電的總功率越大,就需要更加強(qiáng)大的輸送能力,因此,從發(fā)電廠向外輸送的電壓也就越高。
目前大型發(fā)電廠都是幾百萬千瓦的發(fā)電能力,三峽水電站目前的總功率是近2300萬千瓦,想把這么強(qiáng)大的電能送出去,至少也需要500千伏以上的特高壓輸電線路。因此,發(fā)電機(jī)發(fā)出的1萬的伏電壓,就要通過巨大的變壓器,升高到50萬伏或者是80萬伏。這就是發(fā)電廠的第一次變壓,800千伏的升壓變電站。這個(gè)變電站所用的變壓器,次級(jí)線圈的匝數(shù)就是初級(jí)線圈的80倍。
一般來說,這種大型變壓器輸出的電壓,并非就是800千伏這么一組,還會(huì)輸出66千伏和1萬伏的電壓。這兩組相對(duì)電壓等級(jí)較小,主要是為了變電所自用電。因?yàn)榇笮妥冸娝妱?dòng)設(shè)備眾多,再加上變電所也需要照明,用電量也非常大,因此,變電所需要的電能,就直接取自大型變壓器。在變電所內(nèi)經(jīng)過二次變壓,為所內(nèi)提供操作和照明電源。
而變壓器發(fā)出的800千伏特高壓,就通過800千伏的特高壓線路,送到“遙遠(yuǎn)”的降壓變電所。這是800千伏電壓的第一次降壓,我們把這個(gè)變電所也叫做“一次變電所”。
800千伏經(jīng)過一次變電所的降壓,送出110千伏或者66千伏,還有10千伏的電壓。不過,大多數(shù)的這種變電所送出的電壓,都是66千伏和10千伏。66千伏,輸送給幾十公里以內(nèi)的地區(qū),而10千伏,則是變電所自用電。
66千伏的電壓,需要再次降壓到10千伏才能進(jìn)入市區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò),這也是從800千伏變電所出來后的第二降壓,因此,我們也把這樣的變電所叫做“二次變電所”。二次變電所接受的是66千伏,或者是110千伏,而送出來的是10千伏的電壓,進(jìn)入配電網(wǎng)絡(luò)。
這種配電網(wǎng)絡(luò),就是我們?cè)谑袇^(qū)常見的12米--15米水泥桿上的三根線(單回路)或者是6根線(雙回路)的線路。但是,10千伏的電壓,我們還不能使用,還需要最后一次降壓,這就是市區(qū)常見的安裝在10千伏線路上的變壓器,或者是小區(qū)內(nèi)部的箱式變電站,這也叫做“用戶變壓器”。從用戶變壓器出來的電壓,才是我們常用的220/380伏的電壓。
發(fā)電廠生產(chǎn)的電力,就這樣通過升壓→輸送→一次變電所→再輸送→二次變電所→用戶變壓器,直到用戶。這就是電力生產(chǎn)到用戶使用的簡單過程。
但是,也有很多大型用戶,比如鋼鐵廠、大型化工企業(yè),用電量巨大,這類廠礦,往往廠內(nèi)就建有一次變電所,超高壓或者是特高壓直接進(jìn)入廠內(nèi)的變電所。這個(gè)一次變電所專門為該廠供電。由廠內(nèi)變電所降壓到幾個(gè)電壓等級(jí),供廠內(nèi)使用。這種情況,基本上都是極其重要的用戶,所以也是雙回路供電,以防止意外事故停電。