浅谈为什么电力系统供电会用50HZ的频率

浅谈为什么电力系统供电会用50HZ的频率：

  扬州市苏中电力设备有限公司是一家集研发、生产、销售、服务于一体的多元化企业，公司主要产品有高低压试验设备、仪器仪表、滑触线、电缆桥架、母线槽等，下面就我们一直在用的交流电频率问题解释如下：

只解释了为什么频率不能太高或太低，并没有说明为什么一定要50Hz或60Hz，有读者还问过小编此事。其实小编不是不想解释，而是才疏学浅，无法解释。此篇《从历史到明天》为聊东一叟的读者来信，有的放矢地精准回答了为什么是50Hz或60Hz的问题，读后深受裨益，刊登此稿，以飨读者。

能够对司空见惯的现实存在提出质疑，是学者一种可贵的特质。透过“能源政乾方”的一系列文章，展现了能源院有一批青年才俊，他们充满了追根溯源的探索精神，值得赞赏。

交流电网的频率，是电能质量的重要标志之一，直接关系许多电能驱动设备的产品质量，如纺织业、电子业、航空航天业等;也是电网调度赖以控制电力系统运行的核心参数，比如调峰调频和互联网的区域控制误差(ACE)。如此关键的指标，为什么选取50赫兹(或60赫兹)，教科书上少有述及，也罕见有人对此刨根问底，《为什么用电频率是50Hz?》一文，对电网频率的前世今生，给出了较为科学的分析，令人耳目一新。

交流电网频率从零乱到趋同，是电力工业发展历程的重要一章，恰恰也是容易被忽略的一篇。供电系统有史以来究竟出现多少种频率恐怕难以说清，有限的文献记载，除航空器外，高的有1331/3Hz(双极8000转)，低的有161/3Hz(双极1000转)，千差万别。究其原因，影响交流电网频率选择的因素复杂化是根本，但主要集中在用电设施、输变电设施和原动机方面，对相关因素的分析，必须放到当时的历史背景下展开讨论。

负荷特性是决定因素之一，以供照明负荷为主的电网趋于选择较高的频率，白炽灯在40 Hz下就存在明显的闪烁;而以供感应电机负荷为主的电网趋于选择较低的频率(目前有些电力机车供电系统还采用25 Hz，通过换流器与大电网连接)，在19世纪末29世纪初的制造条件下，可以生产在50Hz系统能够运转良好的电机，却难造出在1331/3Hz系统运行的感应电机，因此，对于兼有多种负荷的系统，折中不失为现实方案，比如建于1895年的英国考文垂的单相电力系统的频率就选取87 Hz，一直沿用至1906年。

输变电设施是决定因素之二，从变电设施的角度趋于选择较高的频率，有利于减少变压器的体积和材料，这也是为什么飞机现在依然普遍采用400 Hz供电系统的主要原因，减轻重量是飞行器制造的优选目标。但从输电的角度，尤其是长距离输电，则倾向于选择较低的频率，频率越低，线路的阻抗也越低，输电损耗就越少，仅此而言，直流输电有其优越性，兼顾两方面的特性，也需要寻求平衡。

原动机和驱动系统是决定因素之三，在当时的机械制造水平，变速系统成本高昂，因此，原动机的转速直接成为发电机的转速，发电机的极数受制于材料，对频率的提高有诸多的限制，西屋公司首建于1895年的尼加拉瓜瀑布水电站，选用的频率就是25 Hz(12极250RPM)，主要就是水轮机的转速限定的。由于该电站的重要性和西屋公司的统治地位，25 Hz也一度成为北美低频交流的频率标准(美国北部、加拿大渥太华、魁北克地区的一些配电系统一直沿用到20世纪50年代)。浅谈为什么电力系统供电会用50HZ的频率呢。

回溯交流电网频率的统一过程，不纯粹是技术之争，其中也可窥见权力角逐。技术分析表明，根据20世纪上半叶的实际，综合上述各项影响因素，40 Hz可能是*好的选择，也确实有很多系统采用了40 Hz，德国早期的劳芬--法兰克福联网系统采用的是40 Hz(1891年，输电距离长达175公里)，英格兰东北部电网在20世纪20年代成立英国国家电网之前也一直使用40 Hz，意大利也是使用40 Hz系列(42 Hz)，匈牙利也是接近使用40 Hz(412/3 Hz)，但该频率*终没能成为标准，显然技术不是**的原因。

在标准的形成过程中，设备制造商和电网经营者起到了决定性的的作用。在欧洲，电机、变压器生产商，德国的VDE公司推荐25 Hz和50 Hz两项标准，到1914年放弃了25Hz，全力推动50 Hz。同时，爱迪生德国公司设立的AEG公司19世纪末**建造德国的发电设施，采用50Hz，之后依托其垂直垄断力，携手在欧洲推行50 Hz标准，历时40余年，直到二战之后才真正形成;而在美国，兼有制造和运行交流供电技术优势的西屋公司，在1890年后力推60 Hz的较高频率的标准(相对25 Hz低频交流的频率标准)，在美国系统沿用至今，期间，1893年，美国GE公司按照其爱迪生系的频率标准，在加州部分供电系统采用50 Hz，但因竞争压力，*终(1948)屈从于西屋的60 Hz标准。欠发达国家，尤其是殖民地国家则主要是依附宗主国和制造商的选择，如巴西一开始就兼有50和60 Hz，1938年通过立法，力图通过8年的时间，统一到50 Hz，但*后没有成功，因为多数发达地区都采用60 Hz，20世纪60年代又改为60 Hz。50与60，成就了现有基本格局，一般而言，110V供电系统采用60 Hz标准，220V供电系统采用50 Hz标准。

50与60 Hz，技术上难分伯仲，大多数家用电器也能混用，由于电力系统的地域性，似乎也没有统一成一种标准的动力，而且要从一种标准变更到另一种标准，其难度是难以想象的。对于平常百姓，频率的重要甚至其存在看似无关紧要，但对于将电能转变成动能的设备，它的输出功率是与频率的高低正相关的(因种类不同从1次幂到4次幂不等)。因此对于电力行业自身，频率的重要性便是不言自明的，我国60~70年代，汽轮机叶片断裂的事是经常发生的，其罪魁祸首就是频率偏差。当时由于电力严重短缺，电网长时间低频率运行(经常低到48 Hz)，汽轮机的转速、振动都是按照50 Hz设计的，长时间偏差运行，除降低效率，还带来加速疲劳等问题，造成叶片断裂。对电力系统运行而言，*严重的事故莫过于频率崩溃，瞬时就会让光明世界跌入黑暗。

因此了解频率，历史地观察频率，不无补益。脱离当时的技术条件讨论标准形成的对与错显然是有失公允的，漠视旧标准对新技术发展的障碍也并非科学精神。回溯频率标准的演进，是否还觉得理所当然，在制造技术、控制技术、信息技术日新月异的今天，变频技术的节能效果、双频技术对影像效果的改良，新能源发电技术的发展，频率的现行标准还会不会一成不变，试问谁来续写频率的明天。