电力-配网知识汇总

目录： 一、电力一次侧基础知识 1、中性点接地方式 1）概论   2）单相接地检测方法 二、电力组网方式 1、集中式供电 2、分布式供电 3、辐射式供电 4、环网供电 三、电力系统图 1、电力系统图概况 2、实际运行线路 四、电力场所、设施、设备、元件 1、开闭所、配电房、变电所、变电站的区别 2、电力相关图片 3、ZW32-12型户外柱上高压真空断路器 4、电子式电压、电流互感器 五、输电线路与配电线路 1、架空线路与电缆线路 1）架空线路   2）电缆线路 2、输电线路 3、配电线路 1）配电线路定义   2）配电线路的选择性   3）配电线路的接地方式   4）配电线路的特点 六、智能馈线自动化 1、智能分布式馈线自动化 1）概述   2）智能终端实现故障区段的定位、隔离和转供电逻辑   3）通信协议   4）思考 2、智能集中式馈线自动化 1）全自动方式   2）半自动方式 3、泛在电力物联网 附录 1、一二次设备走向融合带给行业的思考 2、江苏电力公司投运首条智能分布式馈线自动化线路
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、电力一次侧基础知识 1、中性点接地方式 1）概论 电力系统中性点接地方式可划分为两大类：中性点有效接地方式和中性点非有效接地方式。 中性点有效接地方式包括：中性点直接接地和中性点经低阻抗接地。 中性点非有效接地方式包括：不接地、经消弧线圈接地(又称为谐振接地)、高阻抗接地三种形式。 中性点非有效接地方式在我国称为小电流接地系统，可使接地电弧瞬间熄灭，能把供电可靠性提高到一个相当高的水平上。电力系统运行经验表明，单相接地故障约占系统故障的70%，且绝大多数是瞬时性的(90%)，特别是架空线路，只要是非有效方式，接地电弧自行熄灭并恢复绝缘；对于永久性单相接地故障，可允许电网在一段时间内带故障运行，工作人员有充足时间进行负荷转移。 对于中性点有效接地方式，即使单相接地故障是瞬时性的，保护装置依然动作切除故障线路。 配电线路接地方式见下；对于110kV及以上的输电线路中，主要考虑限制工频电压升高和瞬时过电压，普遍采用直接接地方式。 中性点不接地系统，当发生单相接地时，如接地电流比较大，接地点将出现断续电弧。由于电力系统中电阻、电容共存，就可能使线路发生电压谐振现象，从而使线路上出现危险的过电压，线路上绝缘薄弱的设备可能被击穿，且诱发相间短路故障。为了防止此类情形的发生，需采取经消弧线圈接地。 由于消弧线圈电感电流的补偿作用，流过故障线路的零序电流很小，这对零序故障探测增加了难度。 ----------------------------- 2）单相接地检测方法（源自：适用于架空线路的接地型故障指示器检测方法研究） 对于小电流零序故障目前多用绝缘监视装置与拉线法选线。
主要有：零序电流检测法、五次谐波检测法、首半波检测法、电容放电电流幅值法、信号注入法。 （1）零序电流检测法 当线路发生单相接地故障时，正常线路的零序电流为线路本身接地电容电流之和，并且其容性功率方向为从母线流向线路。但是故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电流之和，并且容性功率方向为从分支线路流向母线。因此根据零序电流的大小和方向即可检测单相接地故障。缺点：零序电流互感器的精度低、体积大，只能选出发生故障的线路，不能具体选出哪一相故障，不能应用在架空线路的故障指示器上，只适合安装于电缆线路上进行故障选线。在中性点经消弧线圈中，故障电流幅度很小，导致误判。 --------------- （2）五次谐波检测法 配电线路发生接地故障时，系统会产生大量的谐波，特别是大量的奇次谐波。但是3次谐波及3次的整数倍的谐波不会流经线路，所以故障线路的5次谐波占主要部分。5次谐波电流的分布规律和故障时零序电容电流的分布相同，故障相线路的谐波大小等于所有非故障相谐波分量之和。运用到故障指示器中的判断方法为故障时接地相的对地电压降低，同时线路中会产生大量的5次谐波，当满足这两个条件时，指示器判定为线路发生接地故障。理论上5次谐波检测法在单相接地故障时有明显的特征，但实际效果不好，有时故障相的5 次谐波电流分量增加，有时减少，有时变化不明显，因此其可靠性低。 --------------- （3）首半波检测法 利用接地瞬间的暂态电流信号，对接地瞬间产生的零序电容电流与零序电压首半波进行采样分析处理。如果接地瞬间产生正向突变的暂态电容电流，且电容电流的首半波与电压的首半波相位相同，同时接地相的电压大幅度降低，则说明线路发生了接地故障。对于此种检测方法是根据接地故障发生在相电压峰值处，但也可能发生在电压的零点处，所以会存在指示器误动作。 --------------- （4）电容放电电流幅值法 配电线路复杂距离远，故障相的电容电流与正常时非故障相的电流大小相差很大，故障指示器可以依据这个原理判断。但通常情况下电容电流的工频稳态很小，只有几安左右，负荷电流的数值很高，可达上千安，因此电容电流不易于检测。同时接地电容电流的大小随故障发生点的位置不同而不同，动作阈值无法确定。 --------------- （5）信号注入法 此方法需要在变电站安装信号源，实时检测母线零序电压并发生信号。该方法可靠性、准确率高，但增加了系统成本与复杂性。 --------------- 现有理论表明：对于中性点不接系统及中性点经消弧线圈系统，其接地故障点的电流包括接地暂态电容电流和暂态电感电流；接地电容电流的暂态分量数值很大，为稳态分量的几倍到几十倍；中压配电网的接地电容电流的振荡频率300～3000Hz，持续时间一般为0.5～1个周期；接地电感电流的振荡分量很小，接地电流主要由接地电容电流决定。 判据如下（适用于6～35KV配电线路）： 线路上电：电流≥5A或线路对地电压≥3KV（上电30S持续检测） 故障启动条件： 接地暂态电容电流增量：≥30A（可设定）+ 接地相电压下降比例：≥30% 接地相电压下降时间：≥40S 当满足以上条件时，故障指示器检测到故障发生。非故障相电压会上升根号3倍，可否作为判据补充？？？
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、电力组网方式 分为集中式、分布式、辐射式。 ----------------------------- 1、集中式供电 在我国电力工业中已是主要的成熟的模式。使用集中供电方案时，应确保集中供电设备总容量大于后级各负载业务容量之和。同时，也要考虑前级线缆线径应满足后级所有负载的电流量线径需求。相对于环网成本要高。 -------------------------------------------------------- 2、分布式供电 相对于传统的集中式供电方式而言的，指将发电系统以小规模（数千瓦至50MW的小型模块式）、分散的方式布置在用户附近。比如光伏发电并网。 -------------------------------------------------------- 3、辐射式供电 辐射式供电方式实际上就是以一个变电站的母线电源为中心，向周边扩散的供电接线方式。现有配电网10kV线路以辐射供电为主，负载率过高，分段不合理，联络数过少，无法满足N-1准则。逐步向环网结构的接线方式改造。 线路的末端没有其它能够联络的电源，这种中压配电网结构简单、投资较小、维护方便，但是供电可靠性较低、停电面积大，只适合于农村、乡镇和小城市采用。
-------------------------------------------------------- 4、环网供电 线路中有联络的电源，如下图，这样控制器FTU电源需要界内、界外两边供电，有两个PT。 ----------------------------- 正常运行时：联络开关4号双侧有电闭锁不合闸（开关断开）；单侧失压合闸。 比如：当前2～3号有短路故障，2号故障跳闸，3号失压跳闸，联络开关4号合闸（此开关一般设置在线路中间，负荷平衡）。1～2号之间有电，3～6号之间有电，停电面积最小原则。 关于联络开关详见“电力/电气/电工知识汇总之九、电力控制相关开关汇总”。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 二、电力系统图 1、电力系统图概况
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-------------------------------------------------------- 2、实际运行线路 上方为35KV左右两段，下方为10KV左右两段，均可母联，形成环网。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 三、电力场所、设施、设备、元件 1、开闭所、配电房、变电所、变电站的区别 2、电力相关图片 3、ZW32-12型户外柱上高压真空断路器 4、电子式电压、电流互感器
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 四、输电线路与配电线路 1、架空线路与电缆线路 1）架空线路 架空线路主要指架空明线，架设在地面之上，是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路。 架设及维修比较方便，成本较低，但容易受到气象和环境（如大风、雷击、污秽、冰雪等）的影响而引起故障，同时整个输电走廊占用土地面积较多，易对周边环境造成电磁干扰。 架空线路应广泛采用钢芯铝绞线或铝绞线。高压架空线的铝绞线截面不得小于50平方毫米，芯铝绞线截面不小于35平方毫米，空线截面不小于16平方毫米。 截面的选择还应满足电压损失不大于额定电压的5%（高压架空线）、或2%~3%（对视觉要求较高的照明线路），并应满足一定的机械强度。 ----------------------------- 2）电缆线路 由通信电缆及其附属设备构成的电信号传输系统。通信电缆是由多根相互绝缘的芯线或导体按一定方式绞合而成的线束，其外包有密封的护套，有的还包覆外护层。电缆线路可用于传送电报、电话、图像、数据和电视节目等。 电缆线路具有使用寿命长，通信容量大，传输质量稳定，受外界干扰小，保密性能好等优点，因而在有线电通信线路中占主要地位。 -------------------------------------------------------- 2、输电线路 变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入电力输送的线路。 有两个电压等级往往选择性会比较好。 -------------------------------------------------------- 3、配电线路 1）配电线路定义 从降压变电站把电力送到配电变压器或将配电变电站的电力送到用电单位的线路。 ----------------------------- 2）配电线路的选择性 配电线路半径一般在3-5公里、10几公里。距离越近，短路电流越大。
若在2号控制器下方有相间短路故障，由于线路较短，往往电流直接上到2000A以上。这样1号控制器发生瞬时速断，可能会造成2号控制器没有分断的现象，即选择性比较差，保护逻辑在表面上来看是没有问题的。当短路电流在1500A～2000A时是有选择性的，2号先断，1号不断。 另外，保护定值的计算是一个非常复杂的过程，考虑到的因素很多，由于计算的原因，也会造成选择性差。 ----------------------------- 3）配电线路的接地方式 （1）小电流接地方式：中性点不接地或经消弧线圈接地 （2）大电流接地方式：经小电阻接地 （3）推荐方式：消弧线圈并（串）电阻接地 （4）目前我国配网采用的中性点接地方式大体如下： ① 60kV和35kV系统，经消弧线圈接地方式 ② 6~10kV系统，采用不接地方式，大城市的城区配网采用中性点经小电阻接地 ③ 380/220V系统，直接接地 ----------------------------- 4）配电线路的特点 （1）接线方式主要分作辐射状网、树状网和环状网 （2）通常采用“闭环结构，开环运行”的方式 （3）配电网容量小，短路电流较小 （4）农村配电网负荷分散、供电半径大、线路长，城市负荷相对集中、供电半径小、线路短 （5）配电网电力线路阻抗大，线路末端的短路电流与最大负荷电流相近容易造成保护误动 （6）配电网多采用电流保护和距离保护，当线路较短上下级保护配合困难 （7）配电网支路R/X较大，潮流计算时可能不收敛 （8）配电网常处于不平衡状态运行 （9）配电网谐波含量比较高
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 五、智能馈线自动化 1、智能分布式馈线自动化 1）概述
图1 所谓智能分布式，就是去中心化，无需主站干预，由各个环网开关的智能终端决策，协同完成配电线路故障定位、隔离以及恢复供电。目前的主流技术是由相邻开关的智能终端之间交换故障检测信息实现故障区段的定位与隔离；由联络开关处的智能终端进行故障点下游非故障区段的供电恢复决策与控制。智能分布式馈线自动化也叫网络保护，是一种就地式馈线自动化方式。要求执行策略的各个开关在同一个环网线路中，联络开关只有一个，即最简单的单环网接线。由于变电站的管理要求与配网差别较大，变电站开关难以与线路开关相互通信并执行网络保护策略，因此，智能分布式常常以线路上的第一个开关作为首开关，首开关及之后的其他开关构成一个可以相互通信，执行相同策略的域，首开关也叫域界开关，如图1的2#开关至7#开关就构成一个域，2#和7#开关就是首开关。需满足3点条件： ①域内电气接线是单环网结构 ②域内分段开关和联络开关需要配套智能终端 ③智能终端之间需要建立快速通信 ----------------------------- 2）智能终端实现故障区段的定位、隔离和转供电逻辑 （1）大白话举个简单的例子来说明故障处理过程
线路中有ABCD四个开关按电流方向排列，ABC是分段开关，处于合闸状态，D是联络开关，处于分闸状态。假如故障发生在BC之间，故障发生时，AB均流过故障电流，被CT采集到了，A发信息给B：有故障；B发信息给A和C：有故障；C发信息给B和D：没事。ABC通完信后，启动逻辑处理。 A：我有故障B也有，这是下游的事，不用急，先等等看。 B：我有故障A也有故障，那么故障不在AB之间，但C没有故障，所以故障在B和C之间，于是开关跳闸，切完发信息给A和C。 C：B突然跑来说他有难，邻里乡亲的我不能坐视不管，开关跳闸发信息给B和D，故障被隔离了，但我下游也没电了，请求支援。D：合闸。这样就完成了故障定位、隔离和转供电。 基本原理是每次通信都是在自己、左邻右里三者之间，通信快速，逻辑处理简单，线路开关在变电站出口开关还没动作前完成。 --------------- （2）用正规的文字说明智能终端的逻辑原理 ①故障定位 满足最少通信数量，线路上的每个开关只需与左右相邻的开关通信，就可以判断故障区段。通过开关之间的通信，自己有故障电流+相邻两侧也有故障电流-->故障不在本开关的保护区段，保护不动作，仅启动后备模式。自己有故障电流+相邻两侧开关仅有一侧有故障电流-->故障在本开关的保护区段；自己没有故障电流+相邻两侧开关仅有一侧有故障电流-->故障在本开关的隔离区段。 ②故障隔离 故障定位后，由故障点两侧的开关分别启动故障切除程序和隔离程序，故障点上游开关跳闸--发出故障切除成功标志；故障点下游开关跳闸--发出转供电请求。 ③转供电 联络开关收到转供电请求，启动转供电程序-开关合闸，转供电完成。 以图1为例，4#开关与2#开关、S1开关通信，S1与4#开关、S2开关通信。假如电源来自1#开关，6#环网柜的S1开关是联络开关(常开)，4#-S1线路发生故障时，线路上的1#、2#、4#开关均检测到故障电流，S1及右侧的开关均检测不到故障电流。开关之间相互通信判断出故障点在4#开关的下游，在S1的上游，4#及S1分别跳闸，S1跳闸后发出转供电信号，联络开关合闸。故障的定位、隔离和转供电程序完成。 开关与左右相邻开关的通信解决了就地分布式的故障定位和隔离，通信时间+智能终端程序计算时间+断路器的分闸时间构成了整个程序的总时长，目前的设备基本能在200毫秒以内完成，如果变电站出口开关速断整定时间在300毫秒，则变电站出口开关还没动作线路故障已经隔离，线路故障点上游区域可以不停电，下游区域在几百毫秒内恢复供电，除了故障区段，其他用户几乎没有感觉，故障已经切除、隔离。因此，供电可靠性非常高，达到毫秒级。这种馈线自动化通常叫智能分布式速动型。如果线路的分段开关采用负荷开关，以上的逻辑需要等待变电站出口断路器跳闸后再执行策略，开关检测无压后进行网络重构，重构时间与速动型没有差别，变电站出口断路器等待几秒后重合闸，恢复线路供电。这种策略通常叫智能分布式缓动型(配合型)，以及“基于对等通信一次重合闸”等，其基本原理一致。这种自动化策略的供电可靠性也很高，算是秒级。 ----------------------------- 3）通信协议 有采用TCP/IP传输方式的，也有在链路层直接通信的，借鉴IEC61850智能变电站的GOOSE over MAC，将报文直接映射到MAC的传输方式，延时只有几毫秒。 但其配置是基于MAC地址，通信需要在同一网段内，不能跨越路由，对光纤的要求也较高，即一个智能分布式的域内通信要用同一组纤芯。根据配电网及其分布式控制的特点，比较适合采用GOOSE over UDP的传输方式，由于UDP协议没有TCP/IP的三次握手机制，所以传输服务是不可靠的，需要采用GOOSE重发机制来保证。 ----------------------------- 4）思考 统一规范，实现“即插即用”；如无必要，勿增实体的“奥卡姆剃刀原则”。 -------------------------------------------------------- 2、智能集中式馈线自动化
1）全自动方式 配电主站通过快速收集区域内配电终端的信息，判断配电网运行状态，集中进行故障识别、定位，自动完成故障隔离和非故障区域恢复供电。 ----------------------------- 2）半自动方式 此处故障隔离与上不同，是通过遥控或人工完成故障隔离和非故障区域恢复供电。 -------------------------------------------------------- 3、泛在电力物联网 就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统，包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。
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