电工发展史论文

摘要
电能由于它便于长距离输送和分配，又容易转化为机械能、热能，加之它又是信息的最重要载体，因而从它一经得到工业规模的生产，就由最初用于电照明、电报，迅速扩展到电镀、电动力以至整个工业生产的各部门。

进入20世纪以来，它又一步一步进入人类生活的各个方面，成为人类社会的生产和生活中最重要的能源。

这种生产和生活的全方位的需求，成为促进电力工业发展的最强大推动力。

电力工业的规模从最初几千瓦、几十千瓦的发电厂发展到今天几百万千瓦的电站，以至装机容量达几亿千瓦的大型电力系统。

从20世纪30年代后期到80年代后期的50年间，世界电力工业提供的发电量增加了240倍，远远超过其他任何工业部门的发展速度。

本文首先介绍了电工的相关概念，接着介绍了电力工业的兴起、电力系统的发展，随后介绍了现代电力工业的特点。

第三章中，笔者着重介绍了20世纪下半叶电工发展的新技术。

第四章则从五个创新领域介绍了21世纪上半叶电工发展史中的创新思维。

希望通过本文，使更多人了解在电工发展史中，思维的火花所带来的革新。

关键词：电工；发展史；创新技术；创新思维
Abstract
Because of its ease of long-distance electricity transmission and distribution, and easily converted into mechanical energy, thermal energy, coupled with it is the most important carrier of information, therefore, once obtained from its industrial-scale production, it was originally used by electric lighting, the telegraph, the rapid expansion various departments to electroplating, electric power and the entire industrial production. Since the 20th century, it step by step into the various aspects of human life, human society has become the most important production and life energy. Full range of needs such production and life, become the most powerful driving force to promote the development of the electric power industry. The size of the electric power industry from the first few kilowatts to tens of kilowatts of power plant development today, millions of kilowatts of power plants, as well as hundreds of millions of kilowatts of installed capacity of large power systems. From the late 1930s to 50 years between the late 1980s, the amount of power provided by the electric power industry in the world increased by 240 times, far more than the growth rate in any other industrial sector.
This paper introduces the concepts electrician, and then introduces the rise, development of power industry of the power system, and then introduces the characteristics of modern power industry. The third chapter, the author focuses on the new technology under the 20th century development of electrician. The fourth chapter describes the field from five innovative development of the second half of the 21st century electrician history of innovative thinking. I hope this article so that more people understand the history of the development of electrical sparks thinking brought about by innovation.
Keywords: Electrician; History; Innovation; Innovative thinking
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
一、绪论 (4)
二、电工发展史概述 (4)
（一）相关概念简介 (4)
1.电工 (4)
2.电工新技术 (5)
（二）电力工业的兴起 (5)
（三）电力系统的发展 (5)
（四）现代电力工业的特点 (7)
1.大型机组和大型电站 (7)
2.超高压、特高压输电和直流输电 (8)
三、20世纪下半叶的创新技术 (9)
（一）新原理、新理论 (9)
（二）新材料 (9)
（三）新技术 (10)
四、21世纪上半叶的创新思维 (11)
（一）受控核聚变 (12)
（二）磁流体发电 (12)
（三）太阳能与风力发电 (13)
（四）磁浮列车 (13)
（五）磁流体船舶推进 (13)
（六）超导电工 (14)
五、总结 (14)
参考文献 (14)
电工发展史中的创新思维
一、绪论
电能的工业应用大约起始于19世纪中后期，至今有一百多年的历史。

它给人类社会的许多方面带来了巨大而深刻的影响。

从广义上说，电工科学技术是与研究电磁现象的应用有关的基础科学、技术学科及工程技术的综合。

这包括电磁形式的能量，信息的产生、传输、控制、处理、测量，有关的系统运行，设备制造技术等多方面的内容。

19世纪末，电工技术已形成了电力和电信两大分支。

进入20世纪以后，电工科技的发展更为迅速，应用电磁现象的技术门类日益增多，发展和形成了许多独立的学科，如无线电技术、电子技术、自动控制技术等等。

电工科技通常主要是指电力工程及其设备制造的科学技术。

电工科学技术所依据的基本原理大都是由物理学、数学等纯科学中提出来的。

依据基本原理，结合技术、工艺、经济等各方面的条件，研究可供应用的电工技术，制造出适应各种需要的电工产品，就是电工科技的主要领域。

与电工技术直接有关的部门已形成庞大的工业体系，有关的理论也有许多分支。

电力工业与社会生产、公众生活、文化教育等各方面有着十分密切的关系，是现代社会的重要支柱。

二、电工发展史概述
（一）相关概念简介
1.电工
电工（电工学、电工技术）：是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。

2.电工新技术
在电力生产、电工制造与其他工业发展，以及国防建设与科学实验的实际需要的有力推动下，在新原理、新理论、新技术和新材料发展的基础上，发展起来的。

（二）电力工业的兴起
1875年，巴黎北火车站建成世界上第一座火电厂,安装经过改装的格拉姆直流发电机,为附近照明供电。

1879年，美国旧金山实验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力的电厂。

1882年，美国建成纽约珍珠街电厂,装有6台直流发电机,总容量900马力（约670千瓦），以110伏直流电供电灯照明。

这是世界上第一座较正规的电厂。

在此前后，世界各国陆续建成几座容量为千千瓦级的电厂。

其中，著名的有伦敦德特福德火电厂（图3）、俄国诺沃罗西斯克（今新罗西斯克）电厂等。

水电站的兴建也在19世纪80年代开始。

1881年在英国的戈德尔明建成世界上第一座水电站。

1882年，美国在威斯康星州的福克斯河上建成第二座水电站，水头3米,装机容量10.5千瓦。

进入90年代，水电站的规模发展到万千瓦级以至十万千瓦级。

如美国尼亚加拉水电站（1895），设计容量14.7万千瓦，这是商业性水电站的发端。

20世纪初，为适应电力工业发展的需要，电工制造业生产出万千瓦级的机组,如瑞士勃朗－鲍威利有限公司生产的 1.5万千瓦机组(1902),美国西屋电气公司的1万千瓦机组。

到1912年，汽轮发电机组的容量达到2.5万千瓦。

进入20年代，美国已制成10万千瓦的机组。

电力工业已从萌芽发展到初具规模。

1913年,全世界的年发电量已达500亿千瓦时。

电力工业已作为一个独立的工业部门，进入人类的生产活动领域。

（三）电力系统的发展
电能的生产与消耗几乎是在同一瞬间完成，随发随用，发电、输电、变电、配电、用电各环节紧密相关，组成一个互相影响、互相制约、始终处于连续工作状态的整体。

因此,从电能生产一开始,就具有鲜明的系统性。

纽约珍珠街电厂由发电机经输电线与电灯相连,这是最早的住户式电站的典型，属于电力系统的萌
芽。

19世纪90年代初，伦敦建成了世界上最早的输、配电系统。

由郊外的电厂发出交流电,经变压器将电压由2.5千伏升高到10千伏，经12公里长的输电线路将电能输送到伦敦市区的4个降压变电所，将电压降到2.4千伏，再分别经配电变压器将电压降到100伏向用户供电。

这样，发、输、变、配、用几个环节连成一体，形成了现代电力系统的雏形。

进入20世纪，除照明需要电能外，电动机已成为工厂的主要动力设备，电化学、电冶金等工艺生产过程也直接使用电能。

因此，对不断增长的工业用电开始集中供应，这就促使各地利用高压输电线将附近各座发电厂联成一个整体，形成地区性高压电力系统，以便不间断地集中供电。

随着电厂规模的扩大，需输送的电能也成倍增长。

对此，为提高输送容量、增大输电距离和减小输电损耗，都要求提高输电电压。

自从1898年美国加利福尼亚州建成120公里长的33千伏输电线路，到20世纪初，输电电压限制到60千伏和80千伏。

到1906年，美国E.休利特和巴克共同研制出盘形悬式绝缘子，用来代替针式绝缘子。

由于可以根据需要串联多数绝缘子组成绝缘子串，从而打破了针式绝缘子限制工作电压的条件，1908年建成第一条110千伏线路。

后来,用加大导线截面的方法解决导线电晕问题，用均压环解决绝缘子电压分布不均和绝缘子串电晕问题，于1912年建成150千伏线路,输电距离达到150～250公里。

1923年,美国建成230千伏线路。

随后，德国于1929年，法国于1932年，苏联和日本于1933年先后建成230千伏线路。

这一电压等级的线路,每回路输电容量达十几万千瓦到20万千瓦，输电距离可达300～370公里。

以220～230千伏为网架的电力系统，总装机容量可达几百万千瓦到千万千瓦级，成为工业发展的传输能源的大动脉。

远离负荷中心的水电开发促进了高压输电和电力系统的发展。

如美国大古力水电站的建设要求发展高压输电;瑞典北部拉兰地区的水电需通过220千伏线路（后来又发展380千伏线路）送给南部负荷中心。

电力系统的这一发展阶段，在安全方面重点解决从水电站和坑口火电站送出的220千伏输电系统的稳定问题,开展稳定计算方法和提高稳定性措施的研究，初步掌握了发电机特性参数，包括惯性常数、周期暂态阻抗、短路比和励磁特性等对稳定性的影响。

在经济运行方面，解决了几个电厂联在一起的系统中的经济负荷分配问题。

到30年代，提出了最经济的负荷分配原则：使系统中所有火电厂的总燃料消耗最
低，即采用等微增率的经济调度方法。

30年代中期出现287千伏线路,50年代出现330～345千伏、500千伏和735～765千伏超高压输电线路,1985年出现1150千伏特高压输电线路。

随着电力系统通信与控制技术的发展、系统综合自动化程度的提高，以及系统工程等相邻学科的发展，工业发达国家逐步发展形成现代全国统一的电力系统和跨国电力系统。

（四）现代电力工业的特点
经过近百年的发展，到20世纪70年代，电力工业进入以大机组、大电厂、超高压以至特高压输电，形成联合电力系统为特点的新时期。

1.大型机组和大型电站
大型发电机组是建设大型电站和现代大型电力系统的基本条件。

1962～1963年，美国火电厂先后投入65万千瓦和70万千瓦机组。

1965年,美国雷文斯伍德火电厂安装并投入运行世界上第一台100万千瓦机组。

1973年，瑞士BBC公司制造的130万千瓦双轴发电机组在美国肯勃兰电厂投入运行。

苏联于1981年制造并投入了世界上容量最大的120万千瓦单轴汽轮发电机组。

为适应两班制运行,英国通用电气公司(GEC)设计制造了世界上最大容量(66万千瓦)的频繁启停型汽轮发电机组,于1986年装于英国利特布鲁克(Littlebrook)电厂。

70年代，各国建成容量数百万千瓦的火电厂。

到1977年,美国已有120座装机容量百万千瓦以上的大型火电厂,其中21座超过200万千瓦，最大的火电厂帕里歇装机容量为350万千瓦。

苏联1985年有百万千瓦以上的火电厂59座，其中200万千瓦以上的有22座。

日本在1983年有百万千瓦以上的火电厂32座，其中鹿儿岛电厂装有4台60万千瓦和2台100万千瓦机组，总装机容量为440万千瓦，是世界上最大的燃油电厂。

加拿大拥有世界上最大的燃煤电厂楠蒂科克电厂,装机容量为400万千瓦。

美国大古力水电站是运行中世界上最大的水电站，1941年开始发电，现有装机容量649.4万千瓦,最大机组容量70万千瓦。

规模相近的还有苏联的萨扬－舒申斯克水电站和克拉斯诺雅尔斯克水电站,装机容量分别为640万千瓦和600万千瓦。

加拿大的丘吉尔瀑布水电站装机容量为522.5万千瓦。

世界上设
计容量最大的水电站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水电站，设计容量1260万千瓦，近期装机容量达490万千瓦,采用70万千瓦机组。

核电站一般采用比火电厂更大的机组。

美国1981年投入122万千瓦压水堆（PWR）机组，1982年投入112.2万千瓦沸水堆(BWR)机组。

联邦德国1977年投入130万千瓦压水堆机组。

法国1983年投入134.4万千瓦压水堆机组,1986年投入与意大利和联邦德国合作制成、采用先进的快中子增殖堆的120万千瓦“超凤凰”核电机组。

80年代末,苏联在成功地建成电功率80万千瓦的BN-800快堆机组后，现正建设电功率160万千瓦的BN-1600型快堆核电站，它的单机容量超过了现行最大的150万千瓦机组。

核电站的装机容量一般都超过百万千瓦。

世界最大的核电站是日本福岛核电站(图6)，容量为909.6万千瓦。

总装机容量几百万千瓦的大型火电厂、水电站和核电站的建成，促进了超高压和特高压输电网的建设。

2.超高压、特高压输电和直流输电
1935年，美国在研究和解决导线电晕问题（包括扩大导线直径的研究）的基础上建成287千伏超高压输电线路。

1952年，瑞典为将北方大量水电输送到南部，首次采用德国研究出的二分裂导线(见分裂导线),有效地限制了电晕放电,建成380千伏输电线路。

1959年,苏联建成500千伏线路,长850公里,采用三分裂导线。

1965～1969年,加拿大、苏联和美国先后建成735千伏、750千伏和765千伏线路。

1985年5月，苏联首次建成1150千伏特高压输电线路,由北哈萨克斯埃基巴斯图兹火电厂输电至科克切塔夫，最远输电距离890公里,并进行工业性试运行。

美国正研究1100千伏和1500千伏特高压输电，意大利研究1000千伏输电。

日本1989年1月建设250公里长1000千伏线路，计划于1992年11月投入运行。

一些国家超高压、特高压输电线路的总长度列于表4。

超高压线路的长度，一般每10年增加一倍。

一些国家的超高压、特高压输电能力列于表5。

可以看出，输电能力大致按输电电压的平方而增大。

三、20世纪下半叶的创新技术
发展电工新技术，要把主力放在将已形成的重要分支向着产业化的方向努力推进，与此同时，要密切注视新原理、新技术、新材料的出现，及时抓住苗头，不断开辟新的方向与领域。

（一）新原理、新理论
放电物理 ：开辟了许多新的应用
等离子体物理学与电磁流体力学 ：与人类能源、电力、交通及其他工业发展的需要相结合，开创并推进着受控核聚变。

直线电机 ：促进着磁浮列车，磁流体推进船成为国家计划。

图1 新原理、新理论 （二）新材料
超导 ：脉冲超导磁体技术 ，超导加速器与超导核聚变装置，超导核磁共振等离子体物理 放电物理 电磁流体力学 直线电机 放电应用 核聚变 磁流体发电
磁流体推进船
磁浮列车
谱仪与磁成像装置，工频超导线，高临界温度超导体
新型永磁材料：钕铁硼材料，永磁电机、永磁磁体技术
半导体：电力电子器件与光电器件
图2 新材料
（三）新技术
电力电子：促进大功率整流、逆变、变频设备的革新。

数控电子专用设备：促进整个电力系统到各种装备的自动控制的革新。

电工装备与CAD：使整个电工制造业的设计上了新台阶
电磁场的数值计算：解决了复杂分析与精密实验的难题。

图3 新技术
四、21世纪上半叶的创新思维
从能源发展看，我国在上半叶还不大可能扭转以煤为主的能源结构，从而在
新材料
超导
永磁
半导体
超导电工
永磁电机与磁体
光电应用
提高煤的利用效率，特别是燃煤发电效率方面还要做出很大的努力。

与此同时，还要大力促进核能和可再生能源的应用发展，使之更快地在技术和经济上成熟起来，才能改变以化石能源为主的能源结构，走上能源、环境与生态持续、协调、稳定发展的道路。

在交通运输方面，各种交通运输的高速化都必须以电力推进系统的发展做为基础。

电工新技术的发展将起着重要的作用，随着新原理，新技术与新材料的发展，还将出现一些新兴的领域。

（一）受控核聚变
受控核聚变的实现将为人类提供实际上用之不竭的洁净能源。

与裂变反应（依靠核工技术与热工技术的结合）不同，聚变反应堆的发展主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，要把大体积、强磁场技术，大能量，脉冲电源技术，辅助加热技术与等离子体控制技术提高到新的水平，还要探索利用聚变产生的带电粒子直接发电的可能性。

20世纪下半叶：证实了聚变反应堆的科学现实性
下世纪初：期望能能建成、运行试验堆
下世纪四五十年：预期建成第一座商用的聚变电站，走向产业化，将导致一些新兴的电工产业的形成。

（二）磁流体发电
磁流体发电是将高温导电燃气与磁场相互作用而将热能直接转化成电能的新型发电方式。

由于其初温可高达3000K，与已有的燃气及蒸汽发电组成联合循环，可望将燃煤电站的热电转换效率提高到50％以上，具有高效率、低污染、少用水的重大优越性。

磁流体发电于60年代初原理性实验成功，目前，已达到最高发电功率几万千瓦，持续数百小时的水平。

需要大力发展电工、热工、材料、化工等多方面的新技术，在电工方面要解决电站系统、发电通道、超导磁体、功率调节与逆变等一系列关键技术问题。

（三）太阳能与风力发电
太阳能与风能是最重要的可再生能源，它们是广泛存在，机会均等，自由索取，最终可依赖的初级能源。

目前：几十万千瓦的太阳热发电站，百万千瓦的大型风力发电场已经接入电网运行多年，千千瓦的光伏发电站已有了示范
21世纪：预期使太阳能与风力发电在整个电力生产中占有一定的份额，并且继续努力提高效率，降低造价与成本，扶植相应产业的发展，以及解决并网运行的有关技术问题
（四）磁浮列车
磁浮列车是一种采用磁悬浮，直线电机驱动的新型无轮高速地面交通工具。

已达到500公里/时的时速，处于实用化试验阶段，德国、日本已对建造运营线做了布署。

具有速度高、客运量大、对环境影响（噪音、振动等）小、能耗低、维护便宜、运行安全平稳，无脱轨危险，有很强的爬坡能力等一系列优点。

磁浮列车的实现要解决磁悬浮，直线电机驱动，车辆设计与研制、轨道设施、供电系统，列车检测与控制等一系列高、新技术的关键问题。

（五）磁流体船舶推进
磁流体船舶推进是一种正在发展的新技术。

利用强磁场与海水中的电流相互作用产生的罗伦兹力，使海水向后喷射，依靠其反作用力推进舰船向前行驶。

60年代：开始研究。

90年代初：日本的载人试验船“大和一号”胜利地进行了海上试验，显示了其实现的现实性。

21世纪：期望其达到实用。

（六）超导电工
聚变电站、磁流体发电，磁浮列车，磁流体推进船的商业化，均将促使超导电工继续长足地向前发展，成为一个重要的电工产业。

随着高临界温度超导体的实用发展，超导输电与超导飞轮储能将得到实际应用。

工频超导技术的发展将使超导限流器、超导变压器、超导发电机投入运行。

五、总结
行业统计资料表明，从总体情况看，电工行业发展态势良好，效益增长与产销增长同步，重点产品合同饱满，新产品开发持续提速，产品结构调整继续向预期方向发展，进出口量持续增长，显示出行业国际竞争力不断提高。

电工行业发展有良好的预期。

其主要因素是：振兴装备制造业的各项具体政策正在逐步落实，将对行业经济产生积极的影响；加大节能减排的政策力度，将促进电力行业技术改造的投入，为电工制造业提供新的发展机遇；输变电设备制造业已进入快速发展通道；新产品产值将继续保持30%以上的增速，节能、环保、高效发电设备的设计与制造技术日臻成熟，市场前景乐观；特高压输变电成套关键设备研制已取得重要进展；企业收入积累普遍增加，一些大型企业有条件扩大研发投入，企业发展后劲增强。

因此，了解并研究电工发展史将对电工的未来发展趋势大有裨益，同时，通过电工发展史也能跟好的了解创新思维在其中的应用。

参考文献
[1] 杜新珂.浅谈技校的电工理论课教学[J]. 职业. 2010(33)
[2] 成开友.提高电工理论基础课程教学水平的思考[J]. 考试周刊. 2012(05)
[3] 王丹.浅谈如何在电工理论教学中激发学生学习兴趣[J]. 学周刊. 2013(16)
[4] 贾家宁.电工理论课堂教学的导入艺术[J]. 现代企业教育. 2011(21)
[5] 蒋雄.机电专业电工学理论实践一体化教学初探[J]. 科技信息. 2010(01)
[6] 赵璟妮.对《电工学》中实验教学的探讨[J]. 科技创新导报. 2010(04)。