配电系统自动化及其新技术

配电系统自动化及其新技术太原电力高等专科学校电力工程系武晓冬6/3/2024主要内容配电网、配电系统自动化基本概念配电网通讯技术馈线自动化地理信息系统（GIS）在配电网中的应用配电网无功补偿的相关问题6/3/2024第一章配电网、配电系统自动化的基本概念和基本理论6/3/20241.1配电网及其特点

定义：把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络，成为配电网（DistributionNetwork）。组成：由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接输入用户构成。6/3/2024配电网的分类按电压等级分高压配电网（220kV、110kV、35kV）中压配电网（10kV、6kV、3kV）低压配电网（380V、220V）个别企业电压等级不同：如电气化铁路为55kV，煤矿井下为1140V，其它个别企业有660V（600V）6/3/2024配电网的分类按所在地域或服务对象分：城市配电网和农村配电网按配电线路形式分：架空配电网和电缆配电网按体系结构分：辐射状网、树状网、环状网6/3/2024图1－1辐射状网图1－2树状网图1－3环状网6/3/2024配电网的特点

深入城市中心和居民密集点；传输功率和距离一般不大（中压供电半径，市中心不大于2公里，中心区外不超过3～4公里）；供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求千差万别，各有不同；我国配电网为中性点不接地系统，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间（国外有些直接拿来不能用，需结合配电网实际情况，逐步加以改进）。6/3/20241.2配电网现状及当前存在的主要问题

与世界发达国家相比，我国的配电系统发展起步较晚，发展水平较低，建设相对落后。城市配电网，特别是老城网，已或多或少滞后于城市的经济发展，成为制约城市发展的瓶颈。配电网结构不合理，电力设备数量多但性能落后、免维护水平低且不适合自动化要求等，导致停电事故频繁发生，可靠性较低，严重影响了人民的生活水平和经济建设的发展6/3/2024各国发电、输电、配电投资比例

发达国家：电网（包括输电与配电）投资大于电源投资，配电网投资又明显大于输电网投资我国：电网投资不到电源投资的一半，且配电网投资又小于输电网投资。国别发电投资：输电投资：配电投资美国1：0.43：0.70英国1：0.45：0.78中国1：0.23：0.126/3/2024当前配电网存在的问题

中压配电网的网架结构薄弱

城市中压配电网发展处于一种无序状态，网络结构极不合理，突出表现在网架结构薄弱，主次网架不清晰，多分段多互联的网络连结未形成。近年来，配电网负荷增长迅速，给城乡配电网带来了很大的压力，相当多的一些设备因为过负荷而发生故障，用户电压不稳定，网络损耗过大，故障发生频繁等问题。

6/3/2024当前配电网存在的问题城市配电网技术落后，网络自动化水平低

我国配电网自动化技术水平普遍较低，虽然近年来也引进和开发了一些新的技术，同国外相比差距仍很大。配电网设备落后陈旧，安全性差，能耗大，故障频繁。同时，网络自动化水平低，在城市电网中，中压配电网的自动化是一块空白。

6/3/2024当前配电网存在的问题线路损耗率较高，电压合格率普遍较低目前，配电网普遍存在线损较高的问题。我国输配电线路的线路损耗率在10%以上，农村电网的线损率高达20%以上。同时，电压合格率也普遍较低。根据统计，我国10kV(6kV)的配电网功率因数在0.65～0.8，低压农网在0.6～0.7，这些主要与城市配电网结构、原建设标准低以及负荷发展的特点有关。早期建设的配网线路已经不适合当前的城市发展需要和电力体制改革的要求。6/3/2024当前配电网存在的问题电网供电可靠性低，电网规划不科学

据2000年对我国286座城市统计，中压配电网的平均供电可靠性为99.887％。而1998年，英国的供电可靠性己达99.988％，美国达99.984％，法国达99.991％，日本东京电力公司达99.999％。我国的配电网规划和设计，主要是由规划人员依据个人经验和局部计算来进行，在有限的条件下解决负荷增加、线路过载、电压偏低等不断出现的新问题。对于规模日益扩大的配电网，这种规划方法将越来越难以进行配电网的合理建设和经济运行。6/3/2024配电网优化的意义

降低配电网线损，提高系统经济性

长期以来，电力部门不断的降低电力系统的能耗和线损，提高电力系统的运行经济可靠性。西方主要工业国家的线损率大致在5％～8％，我国为10％，与发达国家相比尚有差距。35～110kV配网线损是地区线损的重要组成部分，1995年全国城网110kV以下配网线损占总线损的60％，可见降低配网线损是降损工作的关键问题之一，在正常运行时，通过网络优化改善电网运行方式从而达到降低配网网损的目的。6/3/2024配电网优化的意义均衡负荷，消除过载，提高供电电压质量

在配网中，每条馈线均有不同类型的负荷如：商业类、民用类和工业类。由于不同类型负荷的日负荷曲线是不同的，在变电站的变压器及每条馈线上峰值负荷出现的时间是不同的，通过网络优化，可以将负荷从重负载或是过负载馈线（或变压器）转移到轻负载（或变压器）上，这种转移不仅调节了运行馈线的负荷水平，消除馈线过载，还能改善电压质量，同时也可以有效地减小整个系统的网损。6/3/2024配电网优化的意义提高供电可靠性

在配电系统发生故障时，可以打开配电系统中的某些分段开关隔离故障，同时合上某些联络开关把故障线路上的部分或全部负荷转移到其它线路上去，从而起到快速隔离故障和恢复供电的目的。此外，从我国配电网的发展状态来看，配电网仍需要大量建设，随着我国1000kV电压等级线路的建设，220kV电网将由主干网变为配电网，这些都为配电网的发展创造了良好的条件。6/3/2024配电网优化的意义我国的配电网的运行中存在的突出问题表现为资金投入不足，网损较高和可靠性较低，而配电网优化能够解决我国配电网现存的问题。但是，这三者之间存在着一定的抵制关系，要想降低网络损耗和提高供电可靠性，就势必会增加资金投入，但过多的资金投入会给供电企业造成投资压力。所以需在资金投入，网络损耗和可靠性这三者之间寻求一条最优途径，以满足配电网改造的实际要求。

6/3/20241.2配电系统自动化的概念

“配电系统自动化”这一术语是20世纪90年代由美国提出，但迄今为止，对配电自动化及其相关的一系列技术，国际上尚无同一的定义和规范。配电系统自动化：是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。——不仅是定义，还给出了配电系统自动户的内容及功能。6/3/2024配电网管理系统（DistributionManagementSystem，DMS）：把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统。6/3/2024DMS和EMS的关系

发电厂输电线高压变电站配电网用户EMSDMSAGC调度自动化配电SCADA需方管理图1－4EMS和DMS在电力系统中的关系6/3/2024配电自动化的内容

网络分析和优化DMS工作管理系统调度员培训模拟系统10kV开闭所、变电站自动化配电SCADA系统（进线监视）馈线自动化配电自动化变压器巡检和无功补偿地理信息系统需方管理负荷监控与管理远方抄表与计费自动化6/3/20241.4配电系统自动化的意义和目的

意义：

在正常运行方式下，通过监视配电网运行工况，优化网络运行方式；当发生故障或异常时，迅速查出故障区段及异常情况，快速隔离非故障区域用户的供电、缩短对用户的停电时间，减少停电次数。根据配电电压合理控制无功负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行目的。合理控制用电负荷，从而提高设备利用率。自动抄表，保证抄表计费的及时和准确。（提高了企业的经济效益和工作效率，并可为用户提供自动化的用电信息服务等）

6/3/2024配电系统自动化的目的

提高电网供电的可靠性——最根本和最首要的目的提高配电网的供电质量和降低线损。提高用户满意程度——最终目标提高供电部门的劳动生产率6/3/20241.5配电自动化的基本功能

配电网运行和管理功能

安全监护、控制功能、保护功能、故障诊断分析与恢复供电、运行情况统计及报告

运行计划模拟和优化功能配电网运行模拟、倒闸操作计划的编写、入网关口电量的计划和优化——优化潮流

运行分析和维护管理功能对配电网故障和供电质量反馈的信息进行分析，以及根据设备状况进行维修计划的编写。

用户负荷监控和故障报修功能

用户端负荷和电能质量的遥测、用户端负荷和表计的控制——DSM、用户故障报修处理系统6/3/20241.6配电自动化的发展及现状

第一阶段：主要特征：基于自动化开关设备相互配合主要功能：故障隔离和向健全区护恢复供电主要设备：重合器、分段器其自动化水平较低，其具体表现为：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优化运行方式。调整运行方式后，需要到现场修改定值。通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和恢复健全区域供电时，无法采用安全和最佳措施。故障隔离时需要经过多次重合，对设备的冲击大等。6/3/2024配电自动化的发展第二阶段

主要特征：基于FTU和通信网络主要功能：远方监控主要设备：FTU、通信网络、配电自动化计算机系统其具体表现为：在配电网正常运行时，也能起到监视运行状况和遥控改变运行方式的作用。故障时，能及时察觉，并有调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。6/3/2024配电自动化的发展第三阶段主要特征：在第二阶段的基础上，增加了闭环自动控制功能，由计算机自动完成故障处理等。主要功能：配电管理系统和人工智能主要设备：FTU、通信网络、配电自动化计算机系统、高级应用软机6/3/2024实现配电自动化的难点分析

测控对象多（进线变电站、10kV开闭所、小区变电所、配电所、分段开关、串连电容器、用户电表和重要负荷）计算机要求高（软、硬件）；站端设备的可靠性、可维护性要高；每台设备的成本要低站端设备大多在户外（工作环境恶劣–25～75℃，湿度95％；需采用工业级芯片；防雨、散热、防雷等）通信系统建设复杂（没有统一通信手段、通信规约能单独满足）控制电源和工作电源提取困难目前配电网现状，为实现配电自动化，必须把对传统配网的改造纳入工程中，增加了实现困难。6/3/2024第二章配电自动化的通信系统

————配电自动化系统需要借助于有效的通信手段，将控制中心的控制命令准确的传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。6/3/2024配电自动化通信系统

数据通信系统的传输方式（按信息传输的方向和时间）单工通信——信息只能由A站向B站发送半双工通信——可以切换方向的单工方式全双工通信——可同时进行双方向的信息发送发送设备接受设备AB数据流（a）单工通信发送设备接受设备AB数据流（b）半双工通信发送设备接受设备发送设备发送设备AB数据流（c）全双工通信接受设备接受设备6/3/2024配电自动化通信系统的组成及作用

数据终端设备：采集电网中的一些信息，如各种电气量、开关量等，并把这些信息转变成数字信号以便于传输。RTU、TTU、FTU

数据传输设备：将数据终端设备送来的基带数字信号变成适用于远距离传送的数字载波信号，Modem）、复接分接器、光端机数据传输通道：完成信号的传输任务，是信号远距离传送的载体DCE和DTE之间的接口：RS－232、RS－485

数据终端设备DTE数据传输设备DCE数据传输通道数据传输设备DCE数据终端设备DTERTURS－232RS－232SCADA6/3/2024配电系统自动户的通信方式及特点

6/3/20241、光纤通信

——一种玻璃丝，主要材料为二氧化硅

优点：①传输频带很宽，通信容量大（最大可在140MB以上）②传输衰耗小，适合长距离传输（最长为1000km以上）③体积小，总量轻，可绕性强，敷设方便④输入与输出间电隔离，不怕电磁干扰⑤保密性好，无漏信号和串音干扰⑥抗腐蚀，抗酸碱，可直埋地下缺点：①强度低，不如金属线②连接困难③分路和耦合不方便④弯曲半径不宜太小6/3/2024光纤通信的组成

中继器：将经过长距离传输后被衰减和畸变的光信号放大、整形和再生成一定强度后，继续送向远方。电端机光端机中继器光端机电端机发送接受6/3/20242、载波通信——利用某一载波频率经非通信线路传输信息的通信方式

结合滤波器配电线路载波机配电线路载波机结合滤波器结合滤波器结合滤波器结合滤波器阻波器配电线载波机配电线载波机馈线RTU（FTU）馈线RTU（FTU）配电自动化调度中心高速数据通道耦合电容馈线分段开关主变电站阻波器：防止区内信号泄漏，同时也避免区外信号及噪声进入本区段。对于配电网线路，由于线路多台配电变压器以及线路由于柱上开关的断点，还有配电线路本身存在的高噪声，阻抗变化大，衰耗大等因素，使载波通信在配电线路中的使用得到了较大影响。6/3/20243、专线

——采用一点对多点的通信方式“挂灯笼”方式，专线一般采用双绞线或音频电缆，架设在现有电线杆上或敷设在电缆沟、地沟中。监控中心开关设备开关设备6/3/20244、电信本地网

利用电信通信网（市内电话网）组成配电网通信系统，特点是不需要投资建设专用通信网，开通费低，但运行费用高。

6/3/20245、无线通信

调幅广播（AM）：用于地形复杂的区域甚高频无线电（VHF）：30～300MHz超高频无线电（UHF）：300～1000MHz

800MHz，易失真和阴影微波通信

1GHz以上

建设一套微波通信系统技术复杂，造价高，不宜普遍应用。卫星通信：GPS对时6/3/2024通讯规约

指在计算机上的软机通信，即计算机内部连接的通信规约问题通信规约（Protocol）：是调度端和执行端通信时共同使用的人工语言的语法规则及应答关系6/3/20241.应答式规约

又称为polling规约，它以主站为主，依次向各RTU发出查询命令，各RTU依查询命令进行问答。特点：一是RTU有问必答，当RTU收到主机查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败；二是RTU不问不答，当RTU未收到主机查询命令时，绝对不允许主动上报信息。6/3/2024循环式规约CDT（CyclicDataTransission）

RTU自发的不断循环上报现场数据特点：①数据传输以现场端为主，主站被动接受；②数据格式在发送端与接受端事先约定好，按时间顺序首先发送起始同步字，然后依次发送控制字和信号字，周而复始，连续循环发送。③重要数据发送周期短，实时性强，一般数据发送周期长，实时性差6/3/2024第三章馈线自动化

FA：FeederAutomation6/3/2024馈线自动化的作用正常运行时监测线路状态，如：I，U、开关状态及进行相关操作；当线路发生故障时，能准确确定故障所在线路，跳开故障线路开关，使故障线路被隔离，并恢复非故障线路的供电；通过网络重构实现负荷控制和降低网络损耗。6/3/2024馈线自动化的基本功能

数据采集：站内馈线开关—站内RTU完成；线路上各环网开关、负荷开关、柱上开关等等状态监视与故障处理：正常状态的监控：U、I、P、Q、，谐波电压、电流。一般只配置在线路开关、电容器、调压器、配电变压器上。故障状态监测主要用于快速查找故障点。无功控制功能：对安装在线路上的无功补偿电容器组的自动投切，以改善配网的。控制操作功能：正常运行过程中投、切馈线开关，并能带负荷遥控投、切馈线环网开关和负荷开关，以及遥控调整变压器的分接头装置；故障时，通过指控开关动作，自动隔离故障区域，恢复对非故障区域的供电。事故告警功能报表功能对时功能6/3/2024实现馈线自动化的优点

减少停电时间，提高供电可靠性。——“手拉手”提高供电质量——变压器输出电压和投切无功补偿电容器节省总体投资——改变了原有的双电源或多电源供电方式减少电网运行与检测费用——能及时确定线路故障点及原因，缩短故障恢复时间，节省修复费用6/3/2024馈线自动化的模式

简易模式——装设故障指示器，寻找人员需到现场查看并判断故障区段基于重合器模式基于FTU模式6/3/20243.1基于重合器的馈线自动化

重合器（Reclose）：具有多次重合功能和自具功能的断路器，能够检测故障电流，并能在给定时间的遮断故障电流，并进行给定次数重合的控制装置。特点:重合功能：重合--多次3～4次，若永久性故障，则闭锁；断路器--一次自具功能：自带控制和操作电源（如锂电池）；其操作不受外界继电器控制，而由微处理器控制6/3/2024自动重合器的主要技术参数

额定电流额定电压

最小脱扣电流被保护线路出现最小的故障电流时间－电流（t－I）特性：通常由一条快速（瞬时）动作特性曲线和多条慢性（即延时）特性曲线组成，均具有反时限特性。重合器的第一次操作一般情况下都按快速动作曲线整定，目的在于消除瞬时性故障；当按慢速动作曲线操作时，分闸时延时较长，以便与线路上其它保护设备（熔断器）相配合。“快”——按快速动作时间－电流特性跳闸“慢”——按某一条慢速动作特性跳闸若发生线路永久故障时，当分合闸顺序完成后，如果重合失败，则重合器将闭锁在分闸状态，需要手动复位才能解除；若发生瞬时故障时，循环动作中无论哪一次重合成功，则终止后续的分、合动作，经一定的延时后又恢复到预先整定的状态。6/3/2024分段器

线路自动分段器（AutomaticLineSectionalizer）简称分段器，是一种与电源侧前级开关设备相配合，在无电压或电流的情况下自动分闸的开关设备。其作用：隔离永久性故障。位置：串联于重合器或断路器的负荷侧当线路发生故障时，电源侧保护装置切除故障线路，分段器的计数装置进行计数，当达到预先整定的动作次数之后，在重合器跳开故障线路的瞬间，分段器自动断开，使故障线路与系统绝缘开来。若未达到预先整定的次数，重合器再次重合，分段器不分段，如此可恢复线路的供电。6/3/2024分段器种类按介质分：、真空、少油、空气按控制功能分：电子控制、液压控制按识别故障原理不同：过流脉冲计数型、“电压－时间”型6/3/2024分段器与重合器的区别

分段器没有短路开断能力，也没有t－I特性，只根据“记忆”的过电流脉动次数动作（或“感觉”到的“电压－时间”状态动作）分段器只需承受短路电流；重合器还需能关合短路电流6/3/2024过流脉冲计数型分段器

tttI主干线中电流状态重合闸工作装态分段器工作装态负荷故障分闸（1）（2）（1）（2）分段器分闸并闭锁重合器（断路器）QF分段器分段器故障点主干分支分支发生永久性故障时tttI主干线中电流状态重合闸工作装态分段器工作装态负荷故障分闸（1）（1）记忆消失发生瞬时性故障时①重合器为“一快二慢”②分段器为2次计数的分段器③在永久性故障情况下，分段器达到整定计数次数后，自动分闸将分支线隔离6/3/2024电压－时间型重合式分段器

工作原理：凭借加压、失压的时间长短来控制其动作，失压后分闸，加压后合闸或闭锁参数：X时限（延时合闸时限）：（10s）指从分段器电源侧加电压至该分段器合闸的时间Y时限（延时分闸时限）：（5s）故障检测时间，若分段器合闸后在未超过该时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动重合。Z时限（闭锁合闸时限）：（0.5s）为分段器从失压到自动跳闸之间得短暂延时为了使分段器可靠工作，设重合器得保护动作时间为t，则必须满足t+Z<y<x6/3/2024假如故障发生在第五区段，这使位于变电站的断路器或重合闸在保护动作时间t后跳闸，使所有重合式分段器都因断电而分闸，所有区段停电。断路器经0.5s后第一次重合，Q1～Q4按预先定的合闸顺序延时差（10s）合闸送电，Q1=10s，Q2=20s，Q3=30s，Q4=40s，若第五区段故障仍在，则Q4再跳，所有断路器又再跳，所有区段再度停电，所有分段器又都分闸。不过这时Q4在检测时间内（5s）检测到又失去电压，因而Q4闭锁在分闸状态，不再自动重合。第二次重合器重合后，Q4闭锁，则第五区段与电网隔离。QF第一区段第二区段第三区段第四区段第五区段Q1Q2Q3Q46/3/20243.2基于FTU的馈线自动化

通过在变电站出口断路器及户外馈线分段开关处安装柱上FTU，以及在配电变压器处安装TTU，并建设可靠的通信网络将它们和配电网控制中心的SCADA系统连接，再配合相关的处理软件所构成高性能系统。组成：一次设备，控制箱（FTU）、通信子系统、FA控制主站及SCADA/DMS主站五个层次6/3/2024典型基于FTU的馈线自动化的组成配电自动化控制系统SCADAFTUFTU配电自动化通信网络：FTU：分段开关：联络开关：断路器6/3/2024两种馈线自动化方式的比较

基于重合器的馈线自动化基于FTU的馈线自动化通信网络无有远方控制中心的干预无有结构简单复杂建设投资费用低高对开关断开能力的要求高相对低设备冲击大小修改定值到现场通过通信系统6/3/20243.3故障区段的判断和隔离

—基于FTU模式下的判别和隔离原理当线路发生故障时，各开关的信息由各自的FTU经配电系统通信网络上传到上级控制中（SCADA），由控制中心根据各开关的信息，判断出故障点所在区段之后，下发命令至相应的FTU，由FTU跳开故障段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。缺点：①对通信网依赖性大②依赖上级站机，要求通信网和上级站绝对可靠③故障处理时间长，几十秒6/3/2024采用面保护技术进行故障处理

根据保护自身检测到的状态和相邻保护传来的信息组成异或关系，当本身状态与相邻保护传来的信息相同时，则说明故障不在本区段，开关不跳；相反，则可以判断故障就在两个相异开关之间。

012345我过流0过流我过流2过流1过流我过流3不过流2过流我不过流4不过流3不过流我不过流4不过流判据图5－6故障区段自动识别及隔离的面保护原理6/3/2024优点：①涵盖了集中式处理的优点②动作速度快（几秒）缺点：①成本高②理论上简单，但要在“保护级”的水平上实现故障信息交流，还存在大量的技术难题。6/3/2024第四章配电自动化地理

信息系统

——在构建配电自动化地理信息系统时，必须根据电力系统运行的特点要求，选择合适GIS开发平台，并与其他管理系统集成。因此，在构建电力地理信息系统前，必须系统地掌握信息系统的基本理论和现状及发展趋势。6/3/2024GIS系统基本概念和基本功能

地理信息系统（GeographicInformationSystem,简称GIS）是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表面（包括大气层）空间中与地理分布有关的数据进采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的综合技术系统。地理信息系统（GIS）是集计算机科学、地理学、测绘学、环境科学、经济学、城市学、空间科学、信息和管理科学于一体的一门跨学科的新兴边缘学科，它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，适时提供空间和动态的地理信息，为决策服务的一类信息系统。GIS=CAD（计算机辅助制图）+DATABASE（数据库）+SPATIALOPERATION（空间操作）6/3/2024与一般的MIS系统相比，GIS系统具有以下特征

MIS系统在分析处理问题中只有属性数据库的管理，虽然存储了图形,但往往以文件形式等机械形式存储，不能进行有关空间数据的操作；GIS系统在分析处理问题时，不仅使用了空间数据与属性数据，而且通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析与应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法。MIS系统只是从局部业务出发的为自动化管理服务的管理系统，不需要空间信息分析，而只是将数据集中统一，对信息进行收集、传输、处理和使用；GIS系统的成功应用依赖于空间信息分析模型的研究与设计，强调空间分析并通过利用空间解析式模型来分析空间数据。

6/3/2024与一般的MIS系统相比，GIS系统具有以下特征GIS系统的成功应用不仅取决于技术体系，而且依靠实施组成、系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等一定的组织体系。MIS系统依赖于计算机和现代通信技术，形成预测和决策功能，面向的是管理人员和决策人员；虽然信息技术对GIS系统的发展起着重要的作用，但是，人的因素在GIS系统的发展过程中越来越具有重要的影响作用。事实上，GIS系统许多应用问题已经超出技术领域的范畴。6/3/2024GIS在配电自动化中的应用

电业各部门具有极为紧密的联系，这些部门都必须了解当前设备的参数状况、运行状况、用户类型、用电量等实时信息，而且电网日趋复杂，馈线间的相互关系随着城网改造而变得错综复杂。一个立体式的馈线结构即将摆在我们面前，面对如此复杂的拓扑关系、密集的电网、浩繁的设备、变迁的城区，以及对用户的承诺，这就要求电力部门寻求现代化的技术手段来满足其强烈的要求，正是在这种需求下，基于GIS（地理图形系统）的电力综合管理系统在电力生产的多方面逐渐得到了应用。6/3/2024一、GIS系统实现配电网管理的设备台帐管理

一个电力设备有两种属性，一是当它被生产出来的时候所获得的，诸如生产厂家、出厂日期、变压器铭牌、杆高、杆重、杆型、线型等，称之为物理属性。二是设备在投运以后的投运状态、运行数据、维护记录等，称之为逻辑属性。通常物理属性与逻辑属性是分开的，但GIS可以将之统一起来。例如：在1：500的精确城市地形图背景上精确地建立配电网络的线路长度、线路走向、配变属性、电杆属性等设备台帐资料，如在某一街道某一建筑物的门口有一电杆，杆上有配电变压器为之供电，只要在GIS系统中找到该建筑物就可以找到为之供电的变压器属性及电杆属性、线路属性的相关资料，反之，找到配电变压器即可知道它在哪条街、哪条巷的哪个点以及该配电变压器的供电范围、用户情况，同时可以知道它在××线路的××电杆上和该线路、电杆的物理属性、逻辑属性。

通过GIS系统的应用，配电系统管理中的设备台帐管理功能得到了加强和细化。

6/3/2024GIS系统的台帐管理及查询包括以下内容变电站：精确的地理位置、一次接线图、平面图、设备属性资料及相互连接关系配电室：开闭所及小区配电室的地理位置及其数据库资料、室内一次接线图、平面图、设备资料及相互连接关系；用户室：用户室一次接线图、室内设备数据库资料；架空线：架空线路的地理位置走向、线路的属性资料、连接资料及电杆的类型、位置、属性资料；杆上设备：地理位置、杆上配电变压器、开关的属性资料及实时信息；电缆、电缆沟：电缆地理位置走向和属性资料、电缆沟任意位置剖面图和地理信息。6/3/2024二、GIS系统为配电网理论线损提供便利

GIS系统建立以后，理论线损计算功能通过与调度自动化系统（SCADA）、馈线自动化系统（FA）的接口取得相关的实时数据，在结合GIS系统中的设备台帐管理模块的数据及拓扑化的配电网图形数据计算理论线损，只要保证设备台帐的完整和实时，轻点鼠标即刻完成理论线损计算工作，同时还可分析理论线损与实际线损的差别，以图形方式直观的表示线损、线损率，即提高了工作效率、减轻劳动强度又保证了计算数据的准确。6/3/2024三、GIS系统使快速故障处理、抢修成为可能当配电线路发生故障时，馈线自动化系统快速将该段线路进行隔离并进行电网重构以后，故障线路的处理、抢修就提到了生产日程上来，在成百上千的线路中查找该段线路的运行资料、台帐资料以非易事，要找到该段线路的详细地理位置就更难，若道路情况不熟悉，抢修人员赶到故障地点的时间就会延长。6/3/2024GIS系统使快速故障处理、抢修成为可能GIS系统由于有精确的电子城市地理图作为背景，有架空线路在电子地理图的走向及属性资料，有线路上的配电变压器的属性资料，有该段线路的用户使用情况等资料，通过与馈线自动化系统的接口实时收集馈线的运行状态，就能在电子地理图上准确的标记故障线路的位置，并运用强大的图形分析功能提供从抢修班到故障地点的最短路径——最佳路径选择，同时为处理、抢修人员提供该段线路上的用户情况、配电变压器情况、电杆金具情况及相连接线路的情况等，辅助抢修人员对故障原因的分析及判断，准备相应的抢修备件，更快、更高效的完成故障处理任务，为提高供电可靠性提供了一个技术手段。

6/3/2024四、GIS系统为用户业扩申请提供快速反映在用户提出用电申请时，工作人员由于不了解该用户周围的用电情况以及周围的线路情况、配电变压器情况，更不了解周围的道路情况、建筑物情况；通常要亲自到用户的用电申请点去进行初勘，即费时又费力，而GIS系统在用户提出用电申请时就能立即找到该用户申请点的准确地理位置，并根据数据库中的相关的数据很快给出满足用户用电申请要求的距离该点最近的电杆、配电变压器、配电线路情况，同时可以快速将此生成与道路情况符合的架线方案、用电申请预算，大大减轻了工作人员的工作强度，使此项用电服务快捷、省力。6/3/2024五、GIS系统的深化应用

可以实现配电网管理系统中的短路电流计算、最大阻抗计算、各条配电线路的负荷预测、系统负荷的负荷预测、配电网络安全性分析等功能，同时通过GIS系统具有的强大拓扑结构自动分析、生成功能计算出断电的影响范围、动态阻抗以及辅助给出配电网负荷转移方案，GIS系统还可以同GPS卫星定位系统结合，在电子地图上实时反映出抢修车辆或抢修人员所在的具体位置，在故障抢修时能通知距离故障点最近的人员或车辆及时赶到现场进行抢修，这就为用电优质服务提供了一个技术手段。6/3/2024第五章配电网无功补偿的相关问题6/3/2024供电电压偏差供电系统在正常运行方式下，某一节点的世纪电压与系统标称电压之差对系统标称电压的百分数，称为该节点的电压偏差。供电系统正常运行方式是指系统中所有电气元件均按预定工矿运行。电压的均方根值偏离额定值的现象称为电压变动，电压偏差属于电压变动范围。6/3/2024限值1、35kV及以上

正负偏差之和10％2、10kV及以下

3、220V单相

＋7％～－10％6/3/2024产生原因系统无功功率不平衡是系统电压偏离标称值的根本原因。6/3/2024无功功率不足的危害1、对电气设备的危害 用电设备是按照设备的额定电压进行设计和制造的，当电压偏离额定电压较大时，用电设备的运行性能就会恶化，不仅运行效率低，很可能会由于过电压或过电流而损坏。

2．对电网的危害

6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（1）对照明设备的影响

照明常用的白炽灯、荧光灯，其发光效率、光通量和使用寿命均与电压有关。 当电压较额定电压降低5％时，白炽灯的光通量减少18％；当电压降低10％时，光通量减少30％，使照度显著降低； 当电压较额定电压升高5％时，白炽灯的寿命减少30％；当电压升高10％时，寿命减少一半。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（2）对交流电动机的影响转矩滑差和转矩有功损耗无功损耗电流例如，异步电动机端电压从额定电压降至额定电压的90％，则其最大转矩和启动转矩将分别降至额定转矩的81％，6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（2）对交流电动机的影响转矩滑差和转矩有功损耗无功损耗电流例如，当机端电压比额定电压降低10％时，对b＝2，SN＝2％的电动机，即Ku＝0.9，KT＝1，得：s＝2.6％，滑差增大0.6％，相应的转矩和功率减小了0.6％6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（2）对交流电动机的影响转矩滑差和转矩有功损耗无功损耗电流与电机的负荷率有关，当负荷率比较高时，机端电压下降引起电流增大，在定子绕组和转子中的损耗增大，电机总的损耗增大，反之降低。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（2）对交流电动机的影响转矩滑差和转矩有功损耗无功损耗电流异步电动机的无功电压特性在机端电压大于某一临界值时，无功功率也将随电压的升高而增大，电压越高，负荷率越低，其变化率越大，但电压低于临界值时，电压降低反而会使无功增加，原因是电机漏抗上的无功损耗占了主要部分。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（2）对交流电动机的影响转矩滑差和转矩有功损耗无功损耗电流6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（3）对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响对电力电容器的影响对家用电器的影响变压器空载损耗包括铁心损耗和附加损耗，铁心损耗又称为空载损耗，与铁心中的磁感应强度有关，一般只占额定容量的千分之几。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（3）对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响对电力电容器的影响对家用电器的影响在传输同样功率的条件下，变压器电压降低，会使变压器绕组电流增大，绕组的损耗增大，损耗大小与通过变压器的电流的平方成正比。其损耗是空载损耗的几～几十倍，不能忽视。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（3）对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响对电力电容器的影响对家用电器的影响变压器内绝缘主要有变压器油和绝缘纸。变压器油分为热老化和电老化。变压器温度升高会产生热老化，电压升高会加快电老化。绝缘的环境温度越高、绕组中的电流越大，温升越大，会使绝缘纸干燥发脆，机械强度产生破坏。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（3）对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响对电力电容器的影响对家用电器的影响若一般使用年限为20年，长期运行在1.1倍额定电压下，使用寿命将减少到44.48％，即仅为8～9年。6/3/20241、电压偏差对电气设备的影响（3）对电力变压器的影响对空载损耗的影响对绕组损耗的影响对绝缘的影响对电力电容器的影响对家用电器的影响家用电器中85％为单相异步电动机，其工作原理类似于三相异步电动机，电压过低会影响电动机启动，电压过高会使绝缘损坏或由于励磁过大而过电流。6/3/20242、电压偏差对电力系统稳定和经济运行的影响（1）对功角稳定的影响

同步发电机的转矩决定于作用在其轴上的转矩，但转矩变化时转速也将相应的发生变化。正常运行时，原动机的功率与发电机的输出功率是平衡的，因此发