从大坝建设到微波通信：BPA 如何推动太平洋西北地区电力与通信变革？

【微波产生兆瓦电力】

2026 年 7 月 4 日的文章提到，1914 年美国内政部通过垦务局调查开发哥伦比亚河的可能性，因有干旱但具潜在肥力的土地需水，山脉中矿石需电力转化金属。1916 年俄勒冈州州工程师敦促开发博纳维尔水电站，认为和平时期是肥料来源，战争时期是硝酸盐来源，且该大坝会淹没喀斯喀特急流，延伸静水航道。1925 年《河流与港口法案》指示陆军部长让美国陆军工程兵团准备并向国会提交对可行开发电力的通航河流及其支流勘测、检查和调查的成本估算。

美国陆军在历史上大部分时间参与大坝建设，部分是历史偶然，部分是联邦机构间政治结果，也是美国文化产物。马克·赖斯纳在《凯迪拉克沙漠》中将美国西部水资源控制项目视为“宗教”项目，推动其的是控制西部河流是命中注定的观念。内政部垦务局为此成立，但陆军已参与河流勘测和改善近 100 年，不愿放弃，双方竞争后确定各自控制领域，垦务局标志性项目是胡佛大坝，陆军工程兵团是哥伦比亚河项目。

修建哥伦比亚河大坝动机多样，其易泛滥造成破坏、限制土地利用，周边大量土地可灌溉耕种，电力起初是次要原因，最大原因是经济，当时美国处于大萧条。富兰克林·D·罗斯福总统支持水力发电，“新政”将水电纳入其中，1934 年成立区域规划委员会规划沿哥伦比亚河大坝，如大古力大坝和博纳维尔大坝，这些大坝产生大量电力且有剩余，委员会建议成立独立政府机构。

博纳维尔项目协调陆军工程兵团项目民用方面，1938 年博纳维尔大坝建成，大古力大坝基本完工。博纳维尔大坝主要目的是发电，两座发电站最高可发电 12 亿瓦，远低于大古力大坝 20 世纪 70 年代近 70 亿瓦的满负荷发电量。哥伦比亚河大坝使太平洋西北地区电力容量大幅增加。

大量电力引发争议，一方主张政府公共控制，公平销售电力；另一方支持私人控制，将电力输出承包给私人公用事业公司。“新政”环境下前者获胜，国会成立博纳维尔电力管理局（BPA），后来成为能源部一部分，陆军工程兵团发电，BPA 营销和分配。从 20 世纪 30 年代末开始，BPA 建设电力输送网络，采用“邮票费率”，引发该地区工业革命，使其成为美国铝业中心，推动相关产业发展，如今 BPA 电力仍有持久影响力，峡谷地区许多城镇在美国数据中心地图上地位突出。

BPA 销售电力面临挑战，因大坝和客户分布广，长距离电力传输概念早在 1889 年开创，1938 年起 BPA 将其推广到八个州。

【主电网】

BPA 第一任管理员 J. D. 罗斯提出 BPA 主电网计划，由 23 万伏长距离输电线路组成环形网络，连接大坝与多个城市及地区。到 1945 年，主电网覆盖三千“电路英里”输电线路，是美国第一个集成区域电网，开创现代美国电力基础设施模式，西部互联电网从博纳维尔大坝开关站发展而来。

实现主电网目标，BPA 需解决技术难题，开发新电力分配技术。其输电线路运行电压高，20 世纪 60 年代引入高压直流输电技术，1939 年安装网络分析仪。BPA 网络农村性质使变电站偏远、人员配备少，长距离高压输电线路易受破坏，BPA 通过研究实验室和实验现场深入了解。

主电网运行后，变电站管理沟通困难，波特兰通用电气公司曾采用遥测和远程操作解决问题，BPA 建设主电网时也投资该技术。1939 年 BPA 研究主电网可用通信技术，有商业电话网络、载波电流电话技术和无线电电话设备三个候选方案，最终三种方案都采用。

BPA 每个变电站控制楼有载波设备，使用频分复用技术调制电话电路，可能从伦库尔公司购买系统。载波系统有选择性呼叫功能，类似对讲机或共线电话。无线电设备主要供野外施工和维护人员与管理办公室通信，部分变电站设无线电站点，避免电磁干扰，通过线路连接到控制楼办公室远程终端，操作员中转信息。BPA 还租赁电话线连接主要变电站、总部和开关站。

【保护继电器】

家里的过电流保护装置断路器能保护免受危险，配电盘机电装置监测电流，过大则断开电路。电力传输系统有类似保护措施，如电线杆上的熔断器和重合器，高压输电线路也需保护，情况更复杂。20 世纪 30 年代，继电器和大规模过电流保护较新，输电工程师将断路器视为继电器应用，如今电力分配过电流保护仍称“继电保护”，为保护发电机、线路或负载而断开的继电器称“保护继电器”。

输电中部分保护继电器与家中断路器相似，如方向过电流继电器和接地故障继电器。但有些保护继电器更复杂，因广域输电网络主电网设计成环形，电力可从两端供电，过电流保护更具挑战性。

假设输电线路短路故障，有成千上万客户依赖该线路，电流互感器能检测故障电流，但保护继电器不能仅因过电流就断开，需模拟电路测量故障点阻抗，精确调整仅在故障“靠近”时断开。输电线路可能分支、有并行路径，需在远离保护继电器位置测量电流，使用差动保护继电器或平衡电流继电器，测量电流点可能相距数英里，需实时比较。

1940 年，BPA 计划在载波电流电话系统上安装“辅助继电保护”，先导操作继电器在小先导信号控制下断开大导线，信号消失继电器断开，是故障安全设计，但对可靠性不利，要求通信基础设施可靠。

20 世纪 40 年代 BPA 安装的载波电流系统无法满足主电网规模需求，1941 年 BPA 成立西北电力联营体，由约十几家电力公用事业公司组成，使公用事业公司可通过 BPA 输电网络买卖电力，提高地区可靠性和效率，但使载波通信系统不堪重负。当时开发的新通信辅助保护继电器技术要求变电站保护设备了解其他变电站状态，做出全局最优决策。

为避免“孤岛”情况和不必要停电，需精确控制保护继电器，部分保护继电器是“重合闸”的，但重合闸可能危险，需根据故障性质启用和禁用。到 20 世纪 40 年代末，BPA 载波电话系统不堪重负，濒临崩溃，电力联营体公用事业公司载波设备相互干扰，输电线路故障导致载波电流通信中断，成为级联故障根源，且频谱无空间容纳更多电路。

【微波】

第二次世界大战有两方面影响，一是推动太平洋西北地区工业发展，电力消耗增加、人口增长，陆军工程兵团建造更多大坝，BPA 网络输送更多电力，输电线路电压提高，保护系统更关键；二是战时雷达研究产生高带宽微波发射机和接收机等技术副产品。

电力行业和电话行业采用微波通信技术，因其高带宽可复用大量信道，无需有线基础设施有望提高可靠性。BPA 与传统公用事业公司不同，网络分布广、距离远，无法承担铺设线路投资，可从零开始架构设计。

起初 BPA 变电站工作人员多，控制技术发展后，到 1950 年多数变电站只有一名操作员且常“在野外”，出现问题时系统操作员可能无人接听电话。1950 年三个变电站配备“监控控制”技术，结合遥测和远程操作，使波特兰系统操作员能监测和操作，但载波电话系统局限使其只能覆盖这三个变电站。基于此成功经验和扩展通信系统需求，1949 年 BPA 决定为西北电力联营体建设全新控制系统。

BPA 在温哥华变电站建设支持设施，1949 年该场地更名为 J. D. 罗斯综合设施，控制中心成为系统神经中枢和微波线路汇聚地。罗斯控制中心有“三位置转塔”，计划逐步淘汰。1950 年 BPA 与菲尔科公司签订 50 万美元合同建设微波网络，该网络可能是仅次于美国电话电报公司或仅次于美国电话电报公司和圣菲铁路公司的第三大微波网络。

1950 年 2 月签订合同，9 月测试和演示，10 月启用第一段线路，从罗斯综合设施到华盛顿州斯诺霍米什，造价近 100 万美元，设置中继器，最长单段跳跃约 55 英里，通过复用设备传输 23 个信道。

【斯诺霍米什】

第一段微波链路用于故障定位，长输电线路故障排查昂贵耗时，BPA 工程师意识到可通过计算故障信号到达两端变电站飞行时间定位故障，国际电话电报公司设计系统，联邦电信实验室估计精度 600 英尺，BPA 估计 1000 英尺。罗斯 - 斯诺霍米什线路还承载其他重要通信，华盛顿州代表亨利·M·杰克逊致电祝贺，报纸称其为“世界上第一条此类链路”。

1950 年微波技术处于早期，公众不熟悉，BPA 设施上的抛物面天线显眼，记者有不同称呼。接下来两年，菲尔科公司完成第二条和第三条微波线路，形成环形，为输电线路提供冗余和保护通道。1952 年微波网络包括 14 个主要终端和 21 个中继器，连接调度电话系统与大坝、变电站和山顶高频电台。

当时中继器和终端微波设备由电池供电，电池由两个电源充电，BPA 最初在中继器处使用预制铝制 shelters 存放设备，后因天气等原因对建筑和塔架设计多次修改，加固塔架、建成两层建筑、设计冰罩和加热罩。BPA 还利用无源中继器将微波站点迁至更易到达位置，为山区服务设计改进做出贡献。

到 1955 年，BPA 微波网络延伸到蒙大拿州饥饿马大坝，连接所有主要变电站。1955 年电力调度办公室迁至新的波特兰总部，微波系统容量和可扩展性使过程容易，新总部大楼屋顶有微波塔。1957 年年度报告记录 61 个微波无线电站点，覆盖 1300 英里线路，使用菲尔科、ITT 和摩托罗拉混合设备。

BPA 网络在农村服务取得成就，如为俄勒冈州南部海岸提供服务，该地区偏远、天气恶劣，电力供应线路常中断，线路维护人员通信困难。南海岸成为新现场通信模式试点，微波中继器配备甚高频无线电，连接无线电频道到微波电话系统，站点使用带加热等设备的铝制外壳，部分用电缆固定。

20 世纪 60 年代，微波系统面临容量限制，BPA 与伦库尔公司签订 160 万美元合同升级网络到现代设备，支持多达 600 个信道。伦库尔公司还安装 VHF 无线电中继器和双极化天线，进一步合同扩展网络。1966 年，波特兰 BPA 调度员可监测大坝发电量、接收变电站警报、远程控制关键开关站。

当 BPA 建造太平洋联络线时，这是美国历史上最大输电线路项目，采用微波形式，柯林斯无线电公司建造微波线路，新增 22 个无线电站点，大部分工作 1967 年完成，微波信道用于测试和调试。

【计算机时代】

微波并非 20 世纪中叶唯一带来新技术的领域，BPA 自 20 世纪 30 年代以来有各种机电计算。20 世纪 60 年代，SAGE 和 SABRE 项目展示计算机与电信结合用于实时控制的潜力，BPA 有电信网络和实时控制系统，决定引入计算机。1966 年，BPA 宣布控制中心将从波特兰总部大楼搬回罗斯综合设施，建造全新大楼用于集中计算机化控制，大楼以 BPA 前电力经理迪特默命名。