輸電系統(tǒng)（electric power transmission）也稱輸電線路，是指由發(fā)電廠至“次級本地負(fù)載中心”（變電所）之間的電能大量移動（極高壓大電能輸送過程）；由負(fù)載中心轉(zhuǎn)換電壓至中高壓再輸送至客戶則為配電系統(tǒng)，兩者相加則為輸電網(wǎng)絡(luò)、輸配線，也簡稱“電網(wǎng)”。自電流戰(zhàn)爭起，電力系統(tǒng)由大量獨(dú)立小型電力網(wǎng)絡(luò)集成為一個大型的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，而發(fā)電能力亦集中至遠(yuǎn)離民居的大型發(fā)電廠。輸電系統(tǒng)著重于可靠且低損耗地將大量電力作遠(yuǎn)距離輸送，亦需要為各電網(wǎng)、發(fā)電與供電之間的連接作平衡:91。例如在大范圍同步電力網(wǎng)絡(luò)之中，為增加電力發(fā)送的效率同時降低發(fā)電與輸電的成本，電力或需要跨國發(fā)送，將輸電網(wǎng)絡(luò)鏈接亦能提升輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性:122。輸電系統(tǒng)當(dāng)中某單獨(dú)一段輸電線則可稱之為輸電線路（Line）。

　　通常而言，輸電網(wǎng)絡(luò)與配電網(wǎng)絡(luò)同屬一間公司，但自1990年代起不少國家發(fā)起電力自由化，使部分電力市場之中輸電網(wǎng)絡(luò)與配電網(wǎng)絡(luò)未必屬于同一公司。

歷史

　　主條目：電力輸送歷史

　　商業(yè)供電的早期，直流電會以單一電壓輸送予客戶使用，其后為改進(jìn)電動機(jī)及其他設(shè)備的工作效率則改為輸送多種電壓以適應(yīng)如照明、電動機(jī)或鐵路等不同的應(yīng)用。由于直流電于低壓高電流的輸送時效率甚低，故需于負(fù)載中心附近設(shè)置小型發(fā)電機(jī)供電，類似現(xiàn)今的分布式發(fā)電。

　　首條長距離交流電纜為1884年都靈國際展覽中使用，約34千米（21英里）長，展示了交流電長距離輸電的能力。首個商用交流電系統(tǒng)1885年于羅馬誕生，主要用于街燈照明，輸電距離共19公里長。數(shù)月后倫敦亦首次使用了交流電系統(tǒng)。威廉·史坦雷于1885年設(shè)計了首個實(shí)際可用的交流電變壓器[8]。他在喬治·威斯汀豪斯的支持下于1886年于麻省展示了一套基于變壓器的交流電照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)由500伏西門子發(fā)電機(jī)推動，并以新設(shè)計的史坦雷變壓器降至100伏來供應(yīng)予大街上23所商店，4,000英尺（1,200米）的輸電過程中僅有極少電力損失，由此推動威斯汀豪斯于該電其后開始安裝交流電系統(tǒng)。

　　1888年交流電動機(jī)誕生，為基于多相系統(tǒng)的異步電動機(jī)，分別由加利萊奧·費(fèi)拉里斯和尼古拉·特斯拉獨(dú)立研發(fā)。該設(shè)計其后由米哈伊·多利和-多布羅斯基和查理·尤金·蘭斯洛特·布朗發(fā)展為現(xiàn)今的三相電。然而，由于電力供應(yīng)未能支持而未有即時使用。1880年代后期，小型電力公司開始合并至較大型公司，例如歐洲成立了岡茨公司和AEG，美國則為通用電氣及西屋電氣，這些公司則有繼續(xù)發(fā)展交流電系統(tǒng)但因技術(shù)問題未能立刻將各種電力系統(tǒng)合并。隨著交流電技術(shù)的進(jìn)步，各種舊有的用電系統(tǒng)，例如單相交流電、多相交流電、高低壓照明和直流電機(jī)等可以利用回轉(zhuǎn)變流機(jī)和電動發(fā)電機(jī)等設(shè)備連接至一通用網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)致交流電大規(guī)模發(fā)電及輸電所帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

　　首條單相高壓交流電輸電網(wǎng)于1890年激活，為威拉米特瀑布的水力發(fā)電廠輸送電力至俄勒岡州波特蘭，總長約14英里（23千米）。首條三相高壓輸電線則在美因河畔法蘭克福于1891年為1891年國際電能技術(shù)展覽而興建。內(nèi)卡河畔勞芬與法蘭克福之間則建于一條175公里長的15千伏輸電線

　　20世紀(jì)期間，輸電系統(tǒng)的電壓一直上升。至1914年共有55套輸電系統(tǒng)使用70千伏以上的電壓，最高則為150千伏。輸電系統(tǒng)連接后使各發(fā)電機(jī)可以相連，從而減低了發(fā)電成本。電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性亦因此而增加而資本投入則有所減少。輸電系統(tǒng)的發(fā)展亦容許設(shè)立水力發(fā)電等較遙遠(yuǎn)的發(fā)電設(shè)備。直至今天，輸電網(wǎng)絡(luò)的范圍亦因上述理由而合并越加擴(kuò)展。

輸電系統(tǒng)簡述

　　整個電力系統(tǒng)，輸電系統(tǒng)以藍(lán)色標(biāo)示

　　如前所述，輸電系統(tǒng)的作用為可靠且高效地輸送電力。其外，建設(shè)及維護(hù)系統(tǒng)的時候亦需要將經(jīng)濟(jì)因素、安全性及冗余等計算在內(nèi)。

　　根據(jù)焦耳第一定律，電能損失與電流的大小的平方成正比，故輸電系統(tǒng)會大幅提高電壓，從而減少輸電線路中所流通的電流，繼而減少輸電過程中的電力損失。另一方面，電壓越高，則兩端變壓站所需成本亦會有所上升，線路之間的絕緣能力亦需要提高。所以電壓不能無限制地提高，而需與成本、用電量之間作相應(yīng)配合。交流電使用變壓器作為提高和降低電壓的工具，而高壓直流輸電技術(shù)雖可繼續(xù)減少電力損失卻則需要更為復(fù)雜的電力電子設(shè)備，故通常僅用于長距離大規(guī)模輸電之上。高壓直流輸電技術(shù)亦用于超越50公里長的海底電?以及連接不同步的電力網(wǎng)絡(luò)，例如60赫茲與50赫茲之間的連接。大多數(shù)輸電系統(tǒng)皆使用三相交流電，而電氣化鐵路中則或會使用單相電輸電系統(tǒng)。

　　除了輸送電力期間有電力損失的考慮，輸電系統(tǒng)在連接之后亦能同時提高系統(tǒng)的可靠性并降低發(fā)電成本和資本投入。通常而言，新型發(fā)電機(jī)的效率較高:268，然而電力公司僅會于該發(fā)電機(jī)不能再產(chǎn)生利潤時才會將其退役。輸電系統(tǒng)可將各發(fā)電機(jī)連接，使電力系統(tǒng)整體可按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則為各發(fā)電機(jī)分配發(fā)電量，從而減少發(fā)電的平均成本。當(dāng)輸電系統(tǒng)擴(kuò)大之后，因電網(wǎng)或會跨越不同地區(qū)，例如一個大型電網(wǎng)的南方于夏季天氣炎熱而需要冷氣，北方則于冬季天氣寒冷供暖，電網(wǎng)整體就不再需要各自為本地的最高需要來計算冗余發(fā)電容量。另外，當(dāng)輸電系統(tǒng)以網(wǎng)狀鏈接時，當(dāng)某一輸電線路受損又或修理之時，亦能使用其他線路繼續(xù)輸電。

　　長距離電力輸送的成本非常低，于美國最低僅為每度電0.005美元，于英國亦僅為每度電0.2便士，使距離較遠(yuǎn)的電力供應(yīng)商亦能便宜地提供電力。長距離電力輸送亦使偏遠(yuǎn)可再生能源能納入至電力系統(tǒng)之中，包括太陽能電廠、風(fēng)力發(fā)電場、海上風(fēng)力發(fā)電場等一般與負(fù)載中心距離甚遠(yuǎn)的發(fā)電方法亦依靠輸電系統(tǒng)來減低電力損失。

發(fā)電端

　　發(fā)電機(jī)的終端電壓（發(fā)電電壓）對比輸配電系統(tǒng)通常較低，視乎其額定容量約為15千伏至25千伏之間:87。發(fā)電機(jī)不遠(yuǎn)處即連接著變壓器以提高電壓至輸電電壓，發(fā)電廠內(nèi)或有變電所或開關(guān)站將發(fā)出的電力導(dǎo)至不同的輸電線路。

架空電纜

　　主條目：架空電纜

　　高壓架空電纜僅使用空氣作絕緣使其成本相對地底電纜大為下降。導(dǎo)線材質(zhì)絕大多數(shù)為鋁合金，多股導(dǎo)線再繞成一條電纜，電纜中間亦可能加入鋼纜以強(qiáng)化該電纜:198。鋁合金導(dǎo)線相對銅導(dǎo)線可以于略低性能的情況下大幅降低成本，鋁合金重量較低亦能減少輸電塔所需支撐的拉力，從而降低輸電塔需要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，亦能降低土木工程相關(guān)的成本:198。導(dǎo)線橫切面積由12mm2至750mm2不等，視乎該輸電線路所需的載流容量。較大的導(dǎo)線會因集膚效應(yīng)使電流集中于電纜的外圍，從而降低導(dǎo)線內(nèi)部導(dǎo)體的成本效益:202。故此，高壓架空電纜可將電纜改為中空以節(jié)省材料:202，亦可將同一相分隔為數(shù)條小電纜組（Bundle）而非合為一組大電纜同時亦能減少因電暈放電而導(dǎo)致的能量損失:203。另外，架空電纜三相的三組電纜亦需要按距離如雙絞線般交換位置以減少外界環(huán)境做成三相不平衡，稱之為轉(zhuǎn)置相位:168。

　　架空電纜僅依靠空氣作絕緣，故電纜之間需要留有最小安全距離。強(qiáng)風(fēng)或低溫等惡劣天氣下則有可能導(dǎo)致電纜隨風(fēng)漂動而使電纜之間的距離低于最小安全距離，使三相之間或?qū)Φ匕l(fā)生電弧，引致設(shè)備故障或停電。風(fēng)亦能把架空電纜吹動而造成大波幅低頻率的震動，稱之為電線跳動又或?qū)Ь€跳動:204-205。

地底輸電

　　主條目：流水線地下化

　　電力輸送亦可利用地下高壓電纜進(jìn)行。地底電纜占地需求較少，對景觀影響亦較低，受天氣干擾的機(jī)會亦較少。然而，鋪設(shè)地底電纜的成本比架空電纜高約一成:82。雖然自然發(fā)生故障的機(jī)會稍低，因路面工程而誤傷電纜的機(jī)會卻因而增加，發(fā)生故障后確認(rèn)位置與維修所需的時間亦是更長。

　　地底電纜有非常多種類，常見的為充油電纜和XLPE電纜，前者使用油、紙等材質(zhì)來絕緣和散熱，后者則使用特制塑膠絕緣。電纜亦會外覆蓋上防水層。如果地底電纜直接置于地底（Direct Burial），則更會在外層加上金屬枝作保護(hù)，否則應(yīng)將電纜置于石槽或鐵管內(nèi):211。有些輸電線路會把這些槽管充油，并于故障發(fā)生時使用液態(tài)氮將該段電纜凍結(jié)以供維修，唯這種方法會延長維修需時，亦會提高維修費(fèi)用。

　　地底電纜的主要限制為其溫度限制，故載流容量通常不如架空電纜。長距離的交流電地底電纜亦會產(chǎn)生顯著的電容，而須作功率修正。直流電地底電纜不會產(chǎn)生電容故不受其限制，但就需要于變電所設(shè)置轉(zhuǎn)換器。

損耗

　　雖然輸電系統(tǒng)的電壓皆已大幅提高，長距離輸送電力之時仍會有一定程度的損耗，例如一條100英里（160千米）的763千伏架空電纜在輸送1吉瓦時有約0.5%至1.1%的損耗，但若改用345千伏則會有4.2%的損耗。假設(shè)負(fù)載中心用電量不變，即輸電系統(tǒng)須輸送相同能量時，由于電能損失與電流的大小的平方成正比，亦可因應(yīng)電流減少而相應(yīng)縮減電纜的橫切面積，從而大幅節(jié)省輸電電纜的成本。長距離輸電的電壓一般可達(dá)115千伏至1,200千伏。若電壓繼續(xù)提高則電暈放電效應(yīng)等損耗亦會隨之增加:100，如對地達(dá)2,000千伏時電暈放電的損耗將抵消降低電流的好處。將同一相電力分股（bundle）輸送或直接加大電纜導(dǎo)體皆可降低電暈放電效應(yīng)。

　　焦耳第一定律中電力的損耗除與電流有關(guān)外，亦與電纜本身所帶有的電阻成正比關(guān)系。電纜的材質(zhì)、溫度、卷扎方法、集膚效應(yīng)等皆會影響電阻。當(dāng)電纜溫度上升時，其電阻亦隨之增加。集膚效應(yīng)使較高頻率的交流電有更高損耗。這些電阻皆可使用數(shù)學(xué)模型估計。

　　輸配電損耗為發(fā)電量與客戶用電量之間的差異，主要可以歸于輸電和配電系統(tǒng)的損耗。美國的輸配電損耗于1997年估計為6.6%，2007年為6.5%[30]，2013年至2019年則為5%。

　　1980年時估計直流電輸電符合成本效益的最長距離為7,000公里，而交流電則為4,000公里，但現(xiàn)今世上所有輸電線路遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于此上限。

　　交流電輸電系統(tǒng)中，輸電的性能受電纜的電感與電容顯著的影響。電纜自身為電阻與電感的集合，而電纜與大地之間自然會產(chǎn)生電容。因這些特性而產(chǎn)生的電流為無功功率，僅會在輸電網(wǎng)絡(luò)間存儲及輸送，無法為負(fù)載提供實(shí)際功率。然而電流不論有否做功，依然會因電阻而產(chǎn)生損耗，故設(shè)計輸電系統(tǒng)時亦須減少系統(tǒng)當(dāng)中的電容和電感，提升功率因數(shù)，減低因無功電流而做成的損耗。由于電感和電容是輸電網(wǎng)絡(luò)與電纜的固有特性無法直接消除，故只可額外加入電感和電容以抵消其效果，例如電容器組可與電纜串聯(lián)以抵消電纜自身的電感:37。輸電系統(tǒng)亦會連同電抗器、相移變壓器及靜止無功補(bǔ)償器等補(bǔ)償其無功功率:36-38。

高壓直流輸電

　　主條目：高壓直流輸電

　　高壓直流輸電（HVDC）用于長距離輸送大量電力，或用以連接不同步的輸電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)輸電距離越加延長，交流電的損耗亦會越來越大，直至超過某距離后使用直流電輸電就會較為便宜，因建設(shè)直流電塔以及于輸電兩端建設(shè)轉(zhuǎn)換變電所的費(fèi)用比交流電損耗的所產(chǎn)生的費(fèi)用為低。高壓直流輸電亦會用于海底電纜，因?yàn)榻涣麟娫诤５讜a(chǎn)生較大電容導(dǎo)致交流電升壓而未能使用。這些高壓直流海底電纜主要用于連接島嶼至電網(wǎng)，例如大不列顛島與歐洲大陸之間、大不列顛島與愛爾蘭島之間以及塔斯馬尼亞與澳洲大陸之間、新西蘭兩島之間等，可長約600公里左右。

　　高壓直流輸電亦能按負(fù)載流分析控制交流電電力潮流。輸電線中輸送的電力增加時，電力輸送源（發(fā)電機(jī)）與接收端之間的功角亦會隨之上升，而功角過高時會使兩者不再同步，即功角穩(wěn)定問題。由于直流電由輸電線兩端獨(dú)立轉(zhuǎn)換，所以不會受功角所限制，而可輸送電纜所容許的最大容量。高壓直流輸電也可用于不同頻率的交流電系統(tǒng)互聯(lián)，例如日本有60赫茲與50赫茲兩套不同電網(wǎng)，而高壓直流輸電則可將兩者連接。

轉(zhuǎn)置相位

　　當(dāng)電流流經(jīng)輸電線時將產(chǎn)生感應(yīng)磁場并影響附近電線的電感。電線導(dǎo)體的互感與導(dǎo)體之間的相互位置有關(guān)系。一般輸電塔上的三相電線會分別置于不同的高度，使位于中間的導(dǎo)線所得的互感與另外兩相有顯著的分別，再加上三條導(dǎo)線與大地的距離不一致而各有不同電容，最終引致三相的輸送電力不平衡。故此，輸電線須定期于轉(zhuǎn)置塔轉(zhuǎn)置相位使三相所受的互感和對地電容大致相等。這種操作亦名線位轉(zhuǎn)換:168。

次輸電系統(tǒng)

　　次輸電系統(tǒng)為輸電系統(tǒng)中使用較低電壓的一部分:91。由于極高壓的設(shè)備較為大型且昂貴，一般情況下不會將所有變電所連接至輸電系統(tǒng)中，而是將較低電壓的變電所連接至配電系統(tǒng)。在一些較大型的極高壓輸電系統(tǒng)中，將輸電系統(tǒng)直接連接至配電系統(tǒng)亦有同樣問題，故就需要使用次輸電系統(tǒng)作為兩者之間的連接。次輸電系統(tǒng)通常為環(huán)狀連接以避免單一線路故障時影響大量客戶，環(huán)狀連接亦可作常閉連接以提供無間斷供電。較低電壓的次輸電系統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)亦較為簡單且占地較少，亦使地下輸電成本較低:91。

　　次輸電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)或配電系統(tǒng)之間沒有固定邊界，亦不能單靠電壓判斷。港燈的輸電系統(tǒng)中包含132千伏及275千伏的輸電線路，但并沒有區(qū)分次輸電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)，兩者皆會直接連接至配電系統(tǒng)。北美的次輸電系統(tǒng)通常為69千伏、115千伏或138千伏。部分次輸電系統(tǒng)為輸電網(wǎng)絡(luò)因應(yīng)發(fā)展而擴(kuò)張及提高電壓后由輸電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而成。次輸電系統(tǒng)既帶有輸電系統(tǒng)輸送大量電力的特征，亦有配電系統(tǒng)為地區(qū)供電的特點(diǎn)。

配電端

　　變電所會于輸電系統(tǒng)的分支將高壓電轉(zhuǎn)換為較低電壓并連接至配電系統(tǒng)。

輸電系統(tǒng)控制

容量

　　每條輸電電纜以及輸電線路皆有其額定容量，而此限制的原因按輸電線路的長度而有所不同。一條較短的線路主要受電纜導(dǎo)體的耐溫極限限制，若太多電流通過時電纜或會因?yàn)槭軣嶙冘浕蜓娱L最終導(dǎo)致接地故障。中等距離的輸電網(wǎng)絡(luò)則受電壓降限制，長距離交流電則為系統(tǒng)穩(wěn)定性限制。高壓直流輸電如前述沒有功角問題，故只受溫度和電壓降限制。由于難以監(jiān)測電纜各處的溫度，一般作系統(tǒng)控制時會較為保守。分散溫度感應(yīng)系統(tǒng)為即時監(jiān)測溫度以提升輸電容量的第一步。現(xiàn)亦有使用光纖置于電纜之中作為監(jiān)測溫度的方法。從一邊射入激光時，光線會照溫度作不同程度的拉曼散射，而從另一端檢測光線后即可得出電纜的溫度，從而提升輸電電纜的輸電容量。

負(fù)載流控制

　　主條目：負(fù)載流分析

　　負(fù)載流分析又名電力潮流，是輸電網(wǎng)絡(luò)中整體電力輸送的數(shù)值分析，通常使用一線圖和標(biāo)么系統(tǒng)以簡化計算，以集中處理電壓、功角、有用功及無用功等數(shù)值。負(fù)載流分析用于計算穩(wěn)態(tài)下的操作，并從此可得出在現(xiàn)有發(fā)電及負(fù)載之下系統(tǒng)應(yīng)如何優(yōu)化以在符合輸電要求的同時減少消耗并降低成本，亦可推算及計劃日后所需的系統(tǒng)擴(kuò)展。負(fù)載流分析亦能用于分析各設(shè)備故障后的情況，讓輸電系統(tǒng)擁有者提前作N+1冗余等準(zhǔn)備。

故障與繼電保護(hù)

　　圓形玻璃中的為電磁式保護(hù)繼電器，該繼電器會受感測到的電流推動，并于有故障時啟動并驅(qū)使斷路器運(yùn)作。黑色長方形物體則為測試口，用于測試及隔離測量儀器的電路。

　　輸電過程中各種系統(tǒng)設(shè)備皆有可能發(fā)生故障，而繼電保護(hù)系統(tǒng)則是輸電系統(tǒng)中對抗故障的重要一環(huán)。繼電保護(hù)系統(tǒng)須盡可能減少故障發(fā)生、故障發(fā)生時限制其影響及破壞、降低故障時須關(guān)閉的輸電線路以及容許輸電系統(tǒng)盡早恢復(fù)正常:127。當(dāng)中，其主要利用保護(hù)繼電器及斷路器以將輸電系統(tǒng)的故障隔離:127。在設(shè)計過程中亦須以N+1冗余作為標(biāo)準(zhǔn)，使故障發(fā)生時不會因?yàn)閱我还收隙龀赏ｋ?。?dāng)電力負(fù)載大于最大發(fā)電量時，輸電系統(tǒng)亦應(yīng)作供電限制等方式作限制，而避免因供電不足而最終導(dǎo)致頻率出錯而引起停電。緊急情況下亦須作輪流停電（Rolling blackout）或負(fù)載移除（Load shedding）以保護(hù)整個電力供應(yīng)系統(tǒng):263。

通信

　　輸電系統(tǒng)的控制工程師現(xiàn)通常需要利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)遙距控制整體輸電網(wǎng)絡(luò)。設(shè)于輸電線路兩端的保護(hù)繼電器須作有效通信以監(jiān)測流入及流出的電流以作比較及計算:127。輸電系統(tǒng)上的設(shè)備亦需要透過通信網(wǎng)絡(luò)將資料發(fā)送回控制中心。由于電力系統(tǒng)的保護(hù)必須非?？煽壳已杆?，一般不會使用電信商的通信網(wǎng)絡(luò)，而是采用自行建設(shè)的通信系統(tǒng)。一般輸電系統(tǒng)所使用的通信系統(tǒng)會使用微波、電話線或光導(dǎo)纖維等方式。

　　輸電線亦能用作輸送數(shù)據(jù)，稱之為電力線通信。電力線通信設(shè)備會于輸電線一端輸入高頻率信號，并于另一端利用傅里葉分析或其他方式將高頻信號分離并作分析。光纖一般會獨(dú)立設(shè)置，但亦可置于輸電線路地線的中央，稱之為復(fù)合光纜地線。

輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論

高壓輸電系統(tǒng)的好處

　　高壓輸電系統(tǒng)令遠(yuǎn)距離輸送電力的損耗較少，從而減低發(fā)電及操作成本。

　　在極為簡單的數(shù)學(xué)模型中可以假設(shè)輸電網(wǎng)絡(luò)由單一發(fā)電機(jī)輸送電力至單一負(fù)載，由交流電源和純電阻表示，而輸電線僅有電阻。

　　由于線路為串聯(lián)且沒有變壓器，則輸電線的電阻與負(fù)載的電阻則為分壓器。串聯(lián)中所有零件皆有同樣電流流通，為{\displaystyle I={\frac{V}{R+R_{C}}}}{\displaystyle I={\frac{V}{R+R_{C}}}}。故此，負(fù)載的所收到的可用功為：

　　{\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I=V{\frac{R}{R+R_{C}}}\times{\frac{V}{R+R_{C}}}={\frac{R}{R+R_{C}}}\times{\frac{V^{2}}{R+R_{C}}}={\frac{R}{R+R_{C}}}P_{V}}{\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I=V{\frac{R}{R+R_{C}}}\times{\frac{V}{R+R_{C}}}={\frac{R}{R+R_{C}}}\times{\frac{V^{2}}{R+R_{C}}}={\frac{R}{R+R_{C}}}P_{V}}

　　現(xiàn)在輸電線路中加上變壓器，于供電最后階段變壓為低電壓高電流。理想變壓器僅將輸入的能量轉(zhuǎn)換，使電壓按比例{\displaystyle a}a減少時，電流則以{\displaystyle a}a增加。同樣按分壓器方法計算，輸電線路的電阻經(jīng)過變壓器后僅為{\displaystyle R_{C}/a^{2}}{\displaystyle R_{C}/a^{2}}，而可用功則為：

　　{\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I_{2}={\frac{a^{2}R\times V^{2}}{(a^{2}R+R_{C})^{2}}}={\frac{a^{2}R}{a^{2}R+R_{C}}}P_{V}={\frac{R}{R+R_{C}/a^{2}}}P_{V}}{\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I_{2}={\frac{a^{2}R\times V^{2}}{(a^{2}R+R_{C})^{2}}}={\frac{a^{2}R}{a^{2}R+R_{C}}}P_{V}={\frac{R}{R+R_{C}/a^{2}}}P_{V}}

　　如{\displaystyle a>1}{\displaystyle a>1}，即電壓于負(fù)載則由高壓降至低壓，從上述算式可見輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗將有所減少。

輸電系統(tǒng)模型及矩陣

　　主條目：交流電輸電的性能與模型

　　大多數(shù)時候，輸送系統(tǒng)的模型只會關(guān)注輸電線兩端的特性，包括發(fā)送（S）及接收（R）兩端的電壓和電流。輸電網(wǎng)則可以化為一個2x2矩陣的“黑盒”：

　　{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}A&B\\C&D\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}

　　輸電線一般假設(shè)為對稱的網(wǎng)絡(luò)，送電端與受電端相互對調(diào)時對輸送電力沒有影響。輸電矩陣T會有以下特性:103：

• 　　{\displaystyle\det(T)=AD-BC=1}{\displaystyle\det(T)=AD-BC=1}

• 　　{\displaystyle A=D}{\displaystyle A=D}

　　當(dāng)中四個參數(shù)A、B、C及D由輸電網(wǎng)絡(luò)的電阻（R）、電感（L）、電容（C）、并聯(lián)電導(dǎo)（G）按照不同模型所組成。模型中的大寫字母皆為整條輸電線路上該參數(shù)的總和。

無損輸電線

　　無損輸電線為最不準(zhǔn)確的模型，一般只用于極短的輸電在線。這種模型中送電端與受電端的電壓與電流皆相同。

短線模型

　　短距離輸電線模型，簡稱短線模型主要用于約50英里（80千米）長的輸電線。短線模型中電容和并聯(lián)電導(dǎo)數(shù)值較少而可以忽略而只須計算由電阻和串聯(lián)電感組成的阻抗（Z）:101。最終參數(shù)為{\displaystyle A=D=1}{\displaystyle A=D=1}、{\displaystyle B=Z}{\displaystyle B=Z}及{\displaystyle C=0}{\displaystyle C=0}，故矩陣則為：

　　{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&Z\\0&1\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&Z\\0&1\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}

中線模型

　　中距離輸電線模型，簡稱中線模型主要用于約80－250英里（130－400千米）長的輸電線。此模型中由于輸電線路延長，不可再忽略輸電線所帶有的電容及并聯(lián)電導(dǎo)。此模型將所有電容和并聯(lián)電導(dǎo)加起，然后于輸電線兩側(cè)各置一半。模型可見上方一條串聯(lián)阻抗，頭尾各有電容連至大地，故又可按其形狀稱之為“π模型”:103。

　　{\displaystyle{\begin{aligned}A&=D=1+{\frac{GZ}{2}}{\text{per unit}}\\B&=Z\Omega\\C&=G{\Big(}1+{\frac{GZ}{4}}{\Big)}S\end{aligned}}}{\displaystyle{\begin{aligned}A&=D=1+{\frac{GZ}{2}}{\text{per unit}}\\B&=Z\Omega\\C&=G{\Big(}1+{\frac{GZ}{4}}{\Big)}S\end{aligned}}}

　　中線模型的矩陣為：

　　{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1+{\frac{GZ}{2}}&Z\\G{\Big(}1+{\frac{GZ}{4}}{\Big)}S&1+{\frac{GZ}{2}}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}{\displaystyle{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{S}}\\I_{\mathrm{S}}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1+{\frac{GZ}{2}}&Z\\G{\Big(}1+{\frac{GZ}{4}}{\Big)}S&1+{\frac{GZ}{2}}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm{R}}\\I_{\mathrm{R}}\\\end{bmatrix}}}

　　由此輸電線會有以下特性：

• 　　電壓會于低負(fù)載時上升（費(fèi)冉倜效應(yīng)）

• 　　接收側(cè)（二次側(cè)）電流可高于輸送側(cè)（一次側(cè)）

長線模型

　　長距離輸電線模型，簡稱長線模型由電報員方程推論而得出，主要用于150英里（240千米）或以上的輸電線。長線模型與中線模型的主要分別為電容和并聯(lián)電導(dǎo)不再位于輸電線的兩端，而是分配于整條輸電線，使其有多于兩條并聯(lián)接地電容和電導(dǎo):102。此舉能提高模型的準(zhǔn)碓性，但需要作較為復(fù)雜且多次的計算。下為長線模型的參數(shù)，而{\displaystyle\gamma}\gamma為傳播常量.

　　{\displaystyle{\begin{aligned}A&=D=\cosh(\gamma x){\text{per unit}}\\[3mm]B&=Z_{c}\sinh(\gamma x)\Omega\\[2mm]C&={\frac{1}{Z_{c}}}\sinh(\gamma x)S\end{aligned}}}{\displaystyle{\begin{aligned}A&=D=\cosh(\gamma x){\text{per unit}}\\[3mm]B&=Z_{c}\sinh(\gamma x)\Omega\\[2mm]C&={\frac{1}{Z_{c}}}\sinh(\gamma x)S\end{aligned}}}

　　長線模型可以用于計算輸電在線任何一點(diǎn)的電流和電壓，如須計算接收端的電流和電壓則須把{\displaystyle x}x替換為{\displaystyle l}l，即輸電線的總長度。

負(fù)載流分析

　　商業(yè)輸電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)甚為復(fù)雜，難以人手計算，一般皆會使用輸電網(wǎng)絡(luò)分析器自動計算，但其亦會依據(jù)牛頓-拉弗生法計算。首先將系統(tǒng)各處定為總線，然后按其特質(zhì)分為松弛總線、發(fā)電機(jī)總線及負(fù)載總線，然后將未知數(shù)值作合理假設(shè)作為起始（flat start），再按以下公式迭代直至誤差少于精確度標(biāo)準(zhǔn)：

　　{\displaystyle{\begin{bmatrix}\Delta\theta\\\Delta|V|\end{bmatrix}}=-J^{-1}{\begin{bmatrix}\Delta P\\\Delta Q\end{bmatrix}}}{\displaystyle{\begin{bmatrix}\Delta\theta\\\Delta|V|\end{bmatrix}}=-J^{-1}{\begin{bmatrix}\Delta P\\\Delta Q\end{bmatrix}}}

　　而{\displaystyle\Delta P}\Delta P及{\displaystyle\Delta Q}{\displaystyle\Delta Q}稱為失配公式（mismatch equations），{\displaystyle J}J則為雅可比矩陣，{\displaystyle G}G與{\displaystyle B}B分別為導(dǎo)納矩陣的實(shí)數(shù)及虛數(shù)部分：

　　{\displaystyle\Delta P_{i}=-P_{i}+\sum _{k=1}^{N}|V_{i}||V_{k}|(G_{ik}\cos\theta _{ik}+B_{ik}\sin\theta _{ik})}{\displaystyle\Delta P_{i}=-P_{i}+\sum _{k=1}^{N}|V_{i}||V_{k}|(G_{ik}\cos\theta _{ik}+B_{ik}\sin\theta _{ik})}

　　{\displaystyle\Delta Q_{i}=-Q_{i}+\sum _{k=1}^{N}|V_{i}||V_{k}|(G_{ik}\sin\theta _{ik}-B_{ik}\cos\theta _{ik})}{\displaystyle\Delta Q_{i}=-Q_{i}+\sum _{k=1}^{N}|V_{i}||V_{k}|(G_{ik}\sin\theta _{ik}-B_{ik}\cos\theta _{ik})}

　　{\displaystyle J={\begin{bmatrix}{\dfrac{\partial\Delta P}{\partial\theta}}&{\dfrac{\partial\Delta P}{\partial|V|}}\\{\dfrac{\partial\Delta Q}{\partial\theta}}&{\dfrac{\partial\Delta Q}{\partial|V|}}\end{bmatrix}}}{\displaystyle J={\begin{bmatrix}{\dfrac{\partial\Delta P}{\partial\theta}}&{\dfrac{\partial\Delta P}{\partial|V|}}\\{\dfrac{\partial\Delta Q}{\partial\theta}}&{\dfrac{\partial\Delta Q}{\partial|V|}}\end{bmatrix}}}

對健康的影響

　　主條目：電磁輻射與健康

　　有數(shù)個大型研究中無法找到居住于輸電線路附近與罹患疾病甚至癌癥之間的關(guān)系。一個1997年的研究顯示不論與輸電線或變電所的距離有多近，皆沒有發(fā)現(xiàn)癌癥或其他疾病的風(fēng)險有所增加。

　　主流科學(xué)證據(jù)皆認(rèn)為低功率低頻率的輸電線路電磁輻射不會構(gòu)成任何長期或短期的風(fēng)險，但部分研究則發(fā)現(xiàn)部分疾病或與于輸電線旁居住或工作有關(guān)連。整體而言沒有負(fù)面健康影響足以構(gòu)成不居住于輸電系統(tǒng)旁的原因。

　　紐約州公共事業(yè)委員會于1978年舉行一項(xiàng)研究去評估電場對人體健康的影響，當(dāng)中將一座新建的765千伏輸電線路邊沿的測量值，每米1.6千伏，定為日后州內(nèi)新建輸電線路的最高容許值。該研究亦限制新建的輸電網(wǎng)絡(luò)最高電壓值為345千伏。1990年9月11日，紐約州公共事業(yè)委員會再推行有關(guān)磁場對人體健康影響的研究，并將線路邊沿標(biāo)準(zhǔn)定為200mG。如日常用品相比較，風(fēng)筒或電暖氈約產(chǎn)生100mG至500mG的磁場。電動剃須刀等為每米2.6千伏。電場可利用屏蔽減少，而磁場則只能依靠優(yōu)化各相的位置來減少。當(dāng)提出興建新輸電線路時，交予監(jiān)管機(jī)構(gòu)的申請表中通常需要加入輸電線邊沿的電場和磁場分析。這些分析通常由電力公司或顧問使用模型軟件計算而得。

　　暴露于1高斯的高磁環(huán)境可引起急性生理反應(yīng)。僅有有限證據(jù)指出住所環(huán)境中會對人體有致癌風(fēng)險，對動物實(shí)驗(yàn)的證據(jù)亦不足夠。其中，兒童白血病或與暴露于0.003至0.004高斯有關(guān)連，但一般家居環(huán)境于歐洲只有約上述數(shù)字的五分之一，于北美則只有約三分之一。

　　地球自然的地磁場約為0.35-0.70高斯，而一般人長期暴露于磁場中的標(biāo)準(zhǔn)則為400高斯。

　　輸電線路沿線使用的除草劑及樹木生長限制劑或?qū)】涤杏绊憽?/span>

各式輸電政策

　　主條目：電力市場

　　部分監(jiān)管機(jī)構(gòu)將輸電系統(tǒng)定義為自然壟斷的一種，但亦有不少國家將輸電系統(tǒng)與供電系統(tǒng)的其他部分分離，打破電力產(chǎn)業(yè)的垂直集成。

電力公司控制輸電系統(tǒng)

　　第一種輸電系統(tǒng)為垂直集成的電力公司獨(dú)立控制，利用其輸電系統(tǒng)輸送電力至各負(fù)載中心再作售電。香港兩間電力公司皆為垂直集成公司，擁有完整的發(fā)電、輸電、配電及零售業(yè)務(wù)。根據(jù)利潤管制協(xié)議，電力公司可利用包括輸電系統(tǒng)在內(nèi)的固定資產(chǎn)賺取一定利潤水平。蘇格蘭電力亦為一間垂直集成的電力公司，擁有整套電力業(yè)務(wù)，唯部分輸電系統(tǒng)交予英國國家電網(wǎng)公司營運(yùn)。

單獨(dú)輸電業(yè)務(wù)公司

　　有些國家或地區(qū)擁有一間壟斷性的輸電公司，電力公司可以作發(fā)電及零售，但當(dāng)中必須經(jīng)過輸電公司。西班牙為首個成立地區(qū)輸電組織的國家。西班牙電網(wǎng)公司于1985年由西班牙政府成立，負(fù)責(zé)管理西班牙全國的輸電系統(tǒng)。英國的電力事業(yè)曾由國營的中央電力局掌控，1990年電力自由化后中央電力局解體后成立英國國家電網(wǎng)公司，獨(dú)立擁有英格蘭和威爾士的輸電系統(tǒng)，并營運(yùn)蘇格蘭南部的輸電系統(tǒng)。英國國家電網(wǎng)公司于1995年于倫敦證券交易所上市。

強(qiáng)制開放輸電系統(tǒng)

　　聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）是美國電力輸送及批發(fā)的主要監(jiān)管機(jī)構(gòu)，1920年以“聯(lián)邦電能委員會”之名成立。配電業(yè)務(wù)及售電則由各州各自管理。兩項(xiàng)較為重要的美國輸電系統(tǒng)政策為888號命令及2005年能源政策法案。

　　888號命令訂立于1996年4月24日，用以“移除電力批發(fā)市場的障礙并由此為國內(nèi)電力用戶提供更有效率及價格低廉的電能。此政策將糾正輸電系統(tǒng)中控制何種電力才能輸送的不正當(dāng)壟斷。”888號命令要求所有擁有、控制或營運(yùn)跨州輸電系統(tǒng)的公共事業(yè)者設(shè)立不帶差別待遇的輸電收費(fèi)機(jī)制。這種收費(fèi)機(jī)制使發(fā)電業(yè)者可使用現(xiàn)有建成的輸電系統(tǒng)，而輸電系統(tǒng)的擁有者亦可從其中收回相關(guān)成本。2005年能源政策法案則于2005年8月8日訂立，為聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會提供更多權(quán)力以管制輸電系統(tǒng)。委員會可以就輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)法，亦須設(shè)立誘因以鼓勵輸電系統(tǒng)的投資。

　　歷史上本地政府負(fù)責(zé)管控當(dāng)?shù)氐妮旊娤到y(tǒng)，故會為有益于其他州份而對該州份無益的行為施加大量限制。有較低廉電費(fèi)的地區(qū)亦會反對跨州交易以免電費(fèi)上升。美國的發(fā)電業(yè)務(wù)比輸電業(yè)務(wù)發(fā)展快達(dá)四倍，因輸電系統(tǒng)的建設(shè)需要跨州充份合作而難度有所增加。政策角度而言電網(wǎng)變得巴爾干化，以致前美國能源部長比爾·理查森指其為“第三世界電網(wǎng)”。2005年能源政策法案容許美國能源部批核輸電系統(tǒng)的建設(shè)，但當(dāng)該部使用權(quán)力創(chuàng)建兩條國家利益輸電走廊時被14名參議員聯(lián)署指其過于進(jìn)取。

特殊輸電系統(tǒng)

鐵路電網(wǎng)

　　有些國家的電力機(jī)車或電聯(lián)車使用低于一般電網(wǎng)的頻率，又或會使用直流供電，故會創(chuàng)建鐵路專用的單相或直流鐵路電網(wǎng)。例子包括歐洲的16 2/3赫茲電網(wǎng)。

超導(dǎo)體輸電線

　　高溫超導(dǎo)技術(shù)能無損耗地輸送電力，故或會革新輸電系統(tǒng)的運(yùn)作方式?，F(xiàn)時超導(dǎo)體可在高于液氮溫度的情況下保持無損耗性質(zhì)，使其在于高負(fù)載之下有商業(yè)價值。一般估計以此方法輸送電力可將電力損耗減半，余下電力主要用于冷卻設(shè)備。部分公司如聯(lián)合愛迪生及美國超導(dǎo)體等已開始商業(yè)制造上述系統(tǒng)。一種可能的未來系統(tǒng)為液氮超級電網(wǎng)，將輸電線于液氮流水線相連從而消除冷卻費(fèi)用。

　　超導(dǎo)體輸電線特別適合于大城市中的商業(yè)區(qū)等集中負(fù)載區(qū)使用，因于當(dāng)?shù)赝ǔ＝孕枋褂玫氐纂娎|，而且地役權(quán)相當(dāng)昂貴。

　　                                                               超導(dǎo)體輸電線路

單線地回路

　　主條目：單線地回路

　　單線地回路系統(tǒng)使用單條電纜輸送單相電力，并以大地作為回路，以減少為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力的成本。此系統(tǒng)主要用于郊區(qū)電氣化，但亦有用于如水泵等較大的偏遠(yuǎn)負(fù)載及海底高壓直流輸電。

無線輸電

　　主條目：無線供電

　　尼古拉·特斯拉及八木秀次都曾嘗試設(shè)計大型無線輸電系統(tǒng)，但兩者皆沒有成功。

　　2009年11月，激光動力（LaserMotive）憑一款可驅(qū)動攀線器上升1公里的激光發(fā)射器贏得美國國家航空航天局2009年供能激光挑戰(zhàn)（NASA 2009 Power Beaming Challenge）。該系統(tǒng)可使接受端獲取1千瓦的能量。2010年美國國家航空航天局與私人公司簽約以研究有關(guān)激光輸能系統(tǒng)驅(qū)動低軌道衛(wèi)星以及利用激光發(fā)射火箭的設(shè)計。太空太陽能亦有無線輸電的研究以便將太空中收集所得的能量以微波或激光形式發(fā)送到地球，在地球表面接收后轉(zhuǎn)化為電能。

輸電控制系統(tǒng)保安

　　美國政府承認(rèn)美國國內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)或受網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的影響。美國國土安全部與業(yè)界合作識別控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)并提升網(wǎng)絡(luò)的保安。美國政府亦確保下世代的智能電網(wǎng)會配有合適的保安系統(tǒng)。

　　2019年6月俄羅斯承認(rèn)其電網(wǎng)或受到美國綱絡(luò)攻擊。紐約時報報導(dǎo)指美國網(wǎng)戰(zhàn)司令部的黑客設(shè)置了或有能力擾亂俄羅斯電網(wǎng)的惡意軟件。

紀(jì)錄

• 　　最高容量系統(tǒng)：12吉瓦，準(zhǔn)東-皖南±1100千伏高壓直流輸電系統(tǒng)（中華人民共和國）[78][79]

• 　　最高交流電壓：

• 　　計劃：1.20兆伏特，沃爾塔-奧郎加巴德線（印度）[80]

• 　　現(xiàn)有：1.15兆伏特，埃基巴斯圖茲-科克舍套高壓輸電線（哈薩克）

• 　　最大雙回線輸電線路：北區(qū)-磐城輸電線（日本）

• 　　最高輸電塔：370米高，舟山島架空電纜（中華人民共和國）

• 　　最長輸電線路：1700公里長，因加-沙巴輸電網(wǎng)（剛果民主共和國）

• 　　最長輸電線段（兩座輸電塔之間）：5376米，阿米拉力線段（格陵蘭）

• 　　最長海底電纜：

• 　　NorNed，北海（挪威/荷蘭，580公里長）

• 　　巴斯線，巴斯海峽（澳大利亞，海底290公里，總長度370.1公里）

• 　　波羅的海電纜，波羅的海（德國/瑞典，海底238公里，高壓直流輸電250公里，總長度262公里）

• 　　最長地底電纜：

• 　　美利線（澳洲，地底170公里）

關(guān)于輸電系統(tǒng)，小編為大家就分享這些。歡迎聯(lián)系我們合運(yùn)電氣有限公司，以獲取更多相關(guān)知識。