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供电系统设施管理技术、方法及应用之二十三：积累应力引起的劣化: 毕鹏翔 2018-5-4 19:43; 有些形式的损坏只有当设备运行时才会发生，并且，损坏的程度与运行时间和运行水平相关，而与非工作时间无关。这种损坏主要包括以下3个过程：（1）电磁场应力。电缆或设备运行时将产生电磁场应力，这种应力可降低绝缘强度，在有些情况下，加速设备材料腐蚀。本质上，只要给设备施加电压，就会产生电磁应力，这个应力最终将击穿绝缘层，并加速某些化学反应过程（特别是当设备没有采取良好的接地或阴极保护措施时）。这种应力只取决于外加电压，与设备的电流大小无关。每个电力设备，如变压器、电缆和碟形绝缘子等，都按能够耐受一定的标称电压设计，这意味着该设备在这一电压下能够安全、可靠地运行很长时间（数十年）。但是，电压产生的电磁应力将导致各种形式的绝缘击穿，如绝缘树枝化或绝缘层内吸入不洁物质形成闪络通路等。最终，绝缘层在将历经一个世纪（柱形绝缘子）或数十年（地下电缆）后损坏。大多数情况下，电磁应力造成的损坏速率对电压非常敏感，只要将电压稍稍升高一点，就会使应力大大增加。这样，当在标称电压范围的高限运行设备时，或在误动作、开关浪涌和雷击时，较高的电压将加速绝缘损坏，而且，有些情况下，这种损坏加剧是非常大；相反，将旧设备（老电缆）的运行电压降至允许范围的低限时，往往可以大大降低应力以及损坏速率和故障率。当然，如果电压太高、超过容许范围，将导致设备立即发生故障。（2）磨损。设备内的零部件在动作时会相互摩擦，如分接开关、电容器开关、断路器和负荷开关等，天长日久，这些动作会逐渐磨损零件接合面，使零件间的配合公差加大。最常见的是光滑的支承面被磨损，这种磨损会导致运动件粘结、或不能动作、或动作缓慢。此外，从技术上说，并不相互动作的零部件也会受到“磨损”的损坏，最常见的例子是架空导线及其相关的接头、线端装置和支架等。从某种意义上说，架空导线也是运动的，它会随风摇摆、或在温度和负荷的作用下，伸长、缩短、弧垂加大、减小等。这样，几十年后，这种运动就会逐渐导致导线与线夹之间结合松弛、接头或线端装置松弛，甚至导致导线本身开裂，最终，某处断开，整条线路就不能运行。这种渐进的磨损损坏会因风力振动的作用大大加剧。风吹到导线上会引起导线共振，就像弹拨竖琴的琴弦使它发出嗡嗡声一样，这种共振作用加剧了接头、支架和电缆夹的松弛，并且，在极端情况下，仅几个月的时间就可使导线束疲劳断裂。通常，导线上加装各种形式的减振器来阻止导线振动，但这些减振器只是在估计会有强烈共振的情况下安装，而大多数架空导线经历的只是轻微振动。但即使这样，数十年的轻微共振也会降低导线及其附属配件的机械强度。（3）热应力。高温会加速材料损坏的许多物理和化学反应过程，从这一点上说，热量可以认为是电力设备最大的敌人。很多电力设备，如变压器、调压器和电机等的热量是由设备电损耗产生的，随之形成的高温会造成绝缘、衬垫和密封等材料以及变压器油的劣化，甚至有些情况下，会导致金属导线和机械零配件的损坏，同样，热量也会影响到所有电气设备，劣化各种材料和零部件的功能，例如，使绝缘构件失去绝缘强度，或者使金属零件在非常高的温度下膨胀，造成运动不畅和磨损，并且降温后使金属零件的强度降低，脆性增强，变得易碎。基本上，零部件和材料的损坏速率与温度成函数关系，通常，随温度成指数上升，直到最高允许温度，超过这一温度时，材料将立即损坏。比如，某台设备在80 oC时可运行几十年，在90 oC可运行几年，在100 oC时可运行一周，在110 oC只能运行几小时。此外，当温度达到某个程度时，会引起某些电力设备内部零部件的物理变化，并导致误动作。例如，（高负荷电损耗引起的）电力变压器绕组的极度发热使铁心局部过热，从而使绝缘油汽化或沸腾，产生的气体以气泡的形式存在于绝缘油中，破坏了它的绝缘能力，因为这些气泡形成了闪络路径，可导致灾难性事故。对于机械设备，如断路器、负荷分接开关和电机等，高温可引起机械零件膨胀，导致动作不畅（配合公差减小）、误动作和磨损率加大。对于架空导线，在它经历高温（通常是高负荷电损耗产生的热量使导线温度升高到比周围环境温度高100 oC）并冷却后，会使金属导线硬化，脆性增强，弹性和力学强度降低，加之风力引起的共振以及日常温度变化引起的自然热胀冷缩，很快，这些导线会发生细微的裂纹，并最终导致导线断裂。高温引起的损坏是积累性的，也就是说，一段时间的高温造成的损坏并不会在温度回落后消失，一台设备的零部件会逐渐劣化，就相当于高温产生的积累应力。由于热量（造成高温的原因）总是与负荷相关（负荷电流产生损耗，散发热量），因此，电力工程师总是将损坏速率与负荷联系起来，即负荷越高，损失越快。“寿命损耗”一词指的是设备在一定负荷（温度和热量）下使用期限缩短。如果设备长期保持高温（很多电力设备都是这样的），那么，前面讲到的随时间劣化的损坏过程就会加剧，因此，“随时间劣化”与“积累应力”两种老化形式并不是完全相互独立的。; 个人分类: 电力科技|1945 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之二十二：随时间劣化: 毕鹏翔 2018-5-4 19:41; 有些材料，如油漆、纤维纸、橡胶和合成材料制成的垫圈和密封件以及绝缘材料等，均会随时间逐渐劣化，时间是造成这种劣化的直接原因。例如，变压器或断路器自从制造出来以后，无论它们被安装到位并投入运行、还是被堆放在仓库里，其内的衬垫和密封都会以同样的速率硬化，油漆层也会以同样的速率粉化；同样会随时间劣化的还有用杂芬油浸渍处理过的电杆,无论电杆放在仓库里、还是栽在地上，它都将逐渐变得干燥，并且防腐剂会慢慢地化学损坏，而且，在电杆栽在地上后，特别是电杆周围土壤湿润且PH值适宜的话，电杆还会慢慢腐烂。如电杆劣化的例子，劣化速率常常因环境因素而加快或放慢。对变压器、电杆和电缆来说，当它们存放在露天条件下时，会遭受到冬冷夏热、阳光直射和周围湿润大气的影响，此时的劣化速率要快于存放在密闭的、有温度调节和除湿功能的仓库里。在有些情况下，如果将设备存放在一个可控制的环境下，则随时间劣化的速率可减少三分之二。通常所说的设备随时间劣化速率和平均寿命均指的是设备在典型工作环境下的劣化速率和平均寿命。比如，无论是否投运，变压器和电杆均指的是露天条件下的劣化速率和平均寿命。很多情况下，随时间劣化这种形式的损坏会因设备运行时产生的应力而加剧。例如，当变压器运行时，电损耗产生的热量将加剧损坏过程，使变压器内的衬垫、密封和绝缘用纤维纸的硬化速率快于变压器不工作时的硬化速率。但有些情况下，劣化速率不会受到设备运行与否的影响。如漆层粉化和有些形式的腐蚀就与设备运行与否无关，而且，少数情况下，劣化速率还会因设备运行而减缓。例如，启用备用变压器后，由于空载损失，产生少量热量，驱走变压器内的水分，从而大大降低了劣化速率。; 个人分类: 电力科技|1674 次阅读|0 个评论

供电系统设施管理技术之二十一在线与实时监测及试验: 毕鹏翔 2018-5-3 21:39; 所有试验均可以根据需要利用在现场安装的试验设备在现场进行连续测试并将现场得到的测量数据远传回来。虽然在线或实时试验是否在收益、成本和实际运行方面合适完全是另外一回事，但可以得到或根据需要制造出绝大部分试验所需的设备，因而这在技术上是可行的。“在线”的意味着是数据可以远传回来，但未必需要立刻传回：如前一天测量的24小时内的最大温度等数据。“实时”意味着数据是立刻传回，除了采集和转换所需的极短时间外几乎没有延迟就将数据传回。在线监测与试验：设备在线监测是指遥测和报告与设备功能和运行有关信息。如测量电力变压器的电流、电压和功率因数或通过计量点提供反应设备运行状况及为有效进行设备运行决策所需的数据。如常将监测变压器的温度用于确定变压器负载率的决策。同样地，对断路器和开关则一般监测确认其位置(开、合，断路器充电等待动作等)，电压调节器、变压器分接头和电容器组等一般也监测其开关的位置。设备在线试验是指遥测和报告用于诊断设备状态和运行状况的数据。例如，变压器总溶解气体(TDG)在线监测的数据除了与变压器状态有关外，与电力系统运行状况毫无关系。当然，持续监测设备将提供反映设备整体状态的良好信息。同样地，通过遥测收集断路器开、合时间将提供反映断路器状态的信息。这些信息对电力系统运行人员几乎没有什么用，但却能够用于诊断设备状况以确定设备是否需要及何时需要检修。自诊断与潜伏性故障诊断包括本地试验结果与运行监测数据的整理和分析以确定试验和诊断结果并将其传回。如对变压器的DGA数据、噪声监测的音频与无线频谱数据和温度数据进行系统分析，从而判断该变压器状态是突变，还是在接近这些数据反应的某一边界或模式。然后，发出一个可能包括所有这些数据在内的告警信息。这种本地的分析功能可以由设备本身或安装在设备上的组件完成，或者通过本地路由器，如在一座核心变电站的系统对站内4个变压器的所有监测数据进行分析。在线试验是发展方向：远程在线或实时报告TDG读数及开关动作次数在技术上是可行的而且也有可用的设备 (大部分是基于最初为军事用途研发的方法和设备)。但由于成本不合算，很少得到应用。在许多电力企业，对TDG的成本效益分析结果显示，在线TDG测量成本较高，但这样获得的收益比例行的手动测量多不了多少。通过遥测实施的断路器和其他电力设备的在线试验同样不合算。尽管如此，有三个趋势表明通过遥测实现的在线或实时试验将逐步增加： 1) 在线试验的优势将不断得到提升。正如在第一章中总结的，由于老化设备引起的问题不会显著和快速增加，但会长期缓慢而稳定的增加。理性的管理会将一批老化设备留在电力系统中继续运行。因此，从长远的观点看，从在线试验结果获得的价值将逐步增加——也许会达到现有价值的2-3倍。 2) 传感器、数据系统和集中数据接收系统、分析及跟踪软件的成本将下降。我们没有理由认为伴随各种典型电子产品价格的下降，此类应用设备及其支持软件价格的下降不会是一个渐进但稳定的趋势。 3) 自动化系统和智能系统的高应用率减少了增加在线试验的边际成本将。智能电网的发展将使数据通信网无处不在，与在现有系统新建在线试验系统相比，在智能电网中增加在线试验的成本很少。这就是说，作者预期设备试验将不断向在线试验和自诊断方向发展。这个过程将以自上而下方式发展，首先在大型自耦变压器等主设备和影响电网安全的关键环节实现在线试验数据和实时潜伏性故障诊断等功能，然后逐步覆盖重要程度相对低的设备或环节。智能电网的自动测试：智能配电网的一个主要特征是“自愈”：当配电系统中发生击穿或其他事故时，系统将通过开关操作隔离故障设备，并将系统的其他部分连接到在运电源上。通过这种方式尽可能减少用户停电。现在，绝大部分自愈系统的方案和概念仅将自愈功能作为对系统状态的一种响应——智能设备在事故发生后采取对应的动作。智能电网中可能的一个提升方向是发展主动自愈功能。这将利用关键设备的自动和遥测试验数据确定何时何地某一设备将被击穿或发生故障。通过开关重构网络结构以隔离故障设备，从而消除和避免故障对用户供电的影响。这种主动系统最终将得到应用，至少应该在增加主动系统后减少设备损坏而提高可靠性的价值高于系统成本的地区得到应用。当然，还需要在提高自动远程测试传感器的耐用性和可靠性，降低系统成本，提高集中控制系统或点对点控制系统有效处置停电事故能力等方面进行较大的改进。因此，正是自愈系对系统状态的响应统推进了智能电网自愈功能的应用。智能电网自愈功能应用的结果将降低自动远程试验和主动自愈功能应用的边际成本。作者认为自愈功能很快能够在第一世界的配电系统中得到应用，至于主动功能的应用则要晚得多、慢得多。; 个人分类: 电力科技|1839 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之二十：测试和诊断方法: 毕鹏翔 2018-5-3 21:36; 下表就设备和绝缘油的各种试验方法进行比较，表中从左到右，第一列是各试验方法；第二列比较的是试验电压的形式（交流电压 AC 、直流电压 DC 、非标准电压还是变频电压 VF ）；第三列比较了试验是在现场，还是试验室进行；第四列比较了试验期间设备可以照常运行，还是必须关停；第五列比较的是试验是否被作为“继续 / 停运试验”，这种试验可明确指出设备不适于继续运行；第六列比较了试验是否对设备的状态和损坏做出了诊断；最后一列，即第七列比较了试验产生的应力大小，表中的 X 表示试验对设备产生的应力的相对大小。电力系统电气试验方法试验方法电压形式现场 / 试验室试验时照常运行吗继续 / 停运试验吗做出状态诊断了吗应力大小热负荷试验电阻测试介电吸收试验功率因数测试极化恢复试验高压绝缘试验感应电压试验局部放电试验变压器匝比试验绝缘油酸度试验界面张力试验可燃气体总量测试溶解气体测试拆卸与检查 AC DC DC AC DC AC/DC VF AC AC - - - - - 现场现场现场现场现场现场现场现场现场现场 / 试验室试验室现场试验室现场是否否否否否否否是是是是是否否是否否否是否否可以否否否否是是可以是是是否是是可以是是是是上 - - - - x X X X - - - - - -; 个人分类: 电力科技|1691 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十九：成本: 毕鹏翔 2018-5-3 21:34; 成本：指的是为获得某个想要的产品或最终结果而必须支付或用来交换的总付出，包括资金、劳动力、材料、资源、房产、人员所做出的努力、丧失的机会以及为获得想要的最终结果所付出的其他任何东西。通常，可通过将原材料、设备、土地、劳动力、税收和许可证、维护、保险、污染及丧失的机会等方面的成本换算成美元、英镑、马克、日元或其他合适的货币，从而将要投入的资源和商品以一个共同的基础-资金来衡量。在所有这些要素可以置于一个共同的基础之上时，后续的规划就可通过单属性的方式进行。通过其中不同项目之间的权衡寻求最佳的组合从而在总成本最小化的同时实现规划目标。但在某些情况下，可能有一种或多种形式的成本无法换算成资金，如美学价值或其他无形的东西，在这些情况下，必须采用涉及更复杂评估方法的多属性规划和成本的最小化初始成本：指的是为获得资源或设施而必须首先支出的成本，它包括使设施就位所需要的一切东西。初始成本通常是单一成本，或者在一段时间内需要一系列成本来取得设施的话，可在规划研究中将初始成本作为单一成本对待。持续成本：指的是维持设施运行并按照业主要求运行所需要的成本，包括检查、维修、燃料、补给、更换零配件、税收、保险和损耗等方面的开销，只要设施仍在运行，就需要不断地投入这些费用。通常情况下，持续成本是按一定周期计算的，如每日、每月或每年。固定成本：指的是与正在进行的规划分析或工程研究中的任何变参数都无关的成本。例如，维持一台500kW分布式发电机组运行每年需要在税收、保险、检查、计划检修、试验和换发新证等方面的支出与该发电机组运行的频度和强度无关，是一笔固定的费用。相比之下，这台分布式发电机组的燃油成本与它的应用方式相关，运行得越多，燃油成本越高，可见，还有“可变成本”，它与用电负荷的大小有一定的关系，还有些形式的维护和维修成本也属于可变成本。例如，分布式发电机组运行越频繁，磨损就越严重，因而需要就需要越多的检查和修复工作。沉入成本：一旦发生了一项费用，那么，即使这项成本还没有完全支付，它已成为“沉入成本”。例如，一旦一项设施已建成并使用，那么，它就成为了沉入成本，即使10年以后公司帐薄上仍有其折旧的成本。嵌入成本、边际成本和增量成本：嵌入成本指的是存在于现行系统中与结构或使用水平有关的那部分成本。根据不同应用，嵌入成本可包括全部或部分初始固定成本和全部或部分可变成本。嵌入成本常在成本运行变化分析中被当做固定成本。边际成本是成本函数曲线在当前运行点的斜率（单位成本），该点通常（并不总是）是定义嵌入成本的点。当负荷为45MVA时，损耗的嵌入成本为1.73美元/MVA；在同一点，损耗的边际成本为3.70美元/MVA；当负荷上升到55MV时相应的损耗的增量成本为5.90/MVA。; 个人分类: 电力科技|1163 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十八：可靠性: 毕鹏翔 2018-5-2 21:10; 关可靠性的术语及其定义可用率( Availability ) 供电时间所占的比例，也可反映（在稳态下）可得到供电的概率。持续时间（ Duration ）一次停运或停电经历的总时间。失效率（ Failure rate ）在给定时间段（通常为一年）内系统中的某一组件或元件发生失效的平均次数。失效概率( Failure probability ) 系统或元件在随意给定时刻处于失效状态的可能性。频率( Frequency ) 在给定时间段（通常为一年）内发生停电或失效的频繁程度。停电( Interruption ) 对一个或多个用户供电的中断（无论用户此时是否在用电）。平均无失效时间（MTBF）一个设备单元在相邻两次失效的间隔时间的平均值或期望值。平均修复时间（MTTR）系统的一个设备或组件失效后进行修复所需要时间的平均值或期望值。停运( Outage ) 强迫停运（ Forced outage ）计划停运（ Scheduled outage ）由于出现意外或计划内的特殊情况，供电系统的一部分停止运行。由于出现意外或非计划事件（通常是发生了故障或濒临发生故障），强行中止设备运行。事先计划安排的事件（通常是维修），停止设备运行。可靠性( Reliability ) 一台设备或系统的一部分能够执行其功能的保证率、或系统在运行条件下的供电保证率（稳定状态）。报告周期( Reporting period ) 收集或计算可靠性、停电及停运的统计时间周期。恢复供电( Restoration ) 由于修复了引起停电的故障、或切换了电源、或启动了分布式发电的电源机组，而在停电后重新恢复供电恢复时间( Restoration time ) 对被停电的用户或部分系统恢复供电所需要的时间。供电( Service ) 以充足的数量和质量向用户提供电力，满足用户的用电需求。关于电力系统可靠性分析，到目前为止，已经发表和出版了数百篇论文和相当多的书籍。尽管这些方法各不相同，但大都可以分为以下两类： 1) 历史资料评估法：这种方法通过分析历史运行资料，确定以往发生可靠性问题的原因，并推断出设备的故障率和可靠性系数，如“根据历史资料分析，输电线路基本上每5年发生一次故障，需要的维修时间平均为5小时”。 2) 可靠性预测分析法：这种方法主要是对备选设计方案或系统配置的可靠性进行评估。规划者可采用这种方法确定设计变更（如对可靠性问题的“修改”）能否保证充分的电力可靠性。可靠性评价方法方法备注（发明人）简单列举法本文所用方法显式列举法 Brown et al 蒙特卡罗模拟法 Brown et al 割集分析法 Billinton 充分等效法 Zhang 和Billinon 马尔可夫链分析法 Patton 多准则分析法 Atanackovic et al; 个人分类: 电力科技|1769 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十七：电量和供电质量: 毕鹏翔 2018-5-2 21:06; 对每个用户来说，使用的电量和对供电可用度的依赖性是决定电力价值的主要因素。对大多数用户附加于电量和供电质量上的价值都是相关的，但是和附加在电力其它方面的价值是相互独立的。为了说明双Q的概念，两个普通的电器恰巧能够分别代表这两个Ｑ维度上价值的极端情况：电热水器和个人电脑。一般家用蓄水式电热水器可储存50加仑的热水，相对大多数家用电器来说，它的功率较大，达到5000瓦，其加热元件由温度调节装置控制，它对电力系统的同时尖蜂小时需量的贡献约1500瓦，在用电高峰小时段，电热水器运行约30%（1500/5000）的时间。尽管电热水器的用电量很大，但它对供电质量的要求却非常低，一般像1分钟或1分钟以下的瞬时停电，使用者是无法确切地发现的。即使长达1小时的停电通常也不会造成什么损失，这也是许多电力企业对热水器实施直接负荷控制的原因。同样，热水器也不特别依赖于供电质量的其他方面，并能容忍伴随供电发生的谐波、脉冲和其他扰动。相比之下，个人计算机的功率要小得多，约180瓦。但与电热水器不同，任何时长的停电都会使计算机瘫痪，仅仅1秒钟的断电也会计算机停止运行。为此，可利用一种叫做“不间断电源”的备用电源来避免计算机在停电时关机。但这将增加计算机的购置成本和运行成本。除了对供电可靠性敏感之外，计算机对谐波、电压骤降和其他供电质量问题也要比电热水器敏感得多。传统上，“需求”只是针对电力的数量要求，但实际上，供电的真实价值取决于质量和数量两个方面。对这一点的认识极大地推动了电力行业的电价改革，从而出现了“多重电价”、“优质优价”以及不仅按用电量和用电时间制定电价，而且在制定电价时考虑了供电可靠性因素。电力系统的任务是满足居民、商业和工业用户的用电需求。用户需求评估和电力服务规划有两种有效的方法，即最终用途分析法和供电质量和数量规划法，这两种方法都可为供电质量和数量的分析和研究提供有用的基础数据。除了对电能的需求之外，电力用户同样重视供电质量和可靠性，希望无论是电量还是供电可靠性都能达到令人满意的水平，每个用户都根据自己的具体需求确定什么是令人满意的水平。在用户不用电时发生的停电事件与他并无关系，那些对电气设备没有影响的谐波和浪涌也不会被认为是严重的事件。对用户来说，以下几点非常重要： 1) 停电是影响供电质量的最常见问题，大多数电力系统内的大部分用户在一年当中都会遇到至少一次的意外停电问题。 2) 低压和电压骤降会引起瞬时停电，这种短暂的电力潮流中断对用户需求造成的影响往往令用户察觉不到。 3) 用户对供电质量的需求分析通常通过对稍欠完美的可靠性和供电质量给用户带来的损失进行评估，来研究什么程度的可靠性和供电质量最适合于用户，而并不需要提供近乎完美的供电质量， 4) 供电质量问题引起损失大小差异很大，具体取决于用户类型、用电时间、所处地区和个例的特点。 5) 对电价的关注往往胜过对供电质量的关注。在八十年代后期和九十年代早期进行的几次独立研究指出，“大约30%～40%的商业用户和工业用户愿意为高质量的电力支付更高的电价”，从而促使相关业者致力于提高电力系统的供电可靠性和供电质量。但应该记住的是，这些研究同时指出尽管有30%～40%的用户希望在保持现有供电质量的前提下降低电价，但仍有20%～30%的用户对现状非常满意。; 个人分类: 电力科技|1592 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十六：智能电网: 毕鹏翔 2018-5-2 20:58; 智能电网是指在电力系统设备之间、电力系统及其控制中心之间使用传感器、数字和模拟控制设备、数据通信技术以增强电力系统能力和性能。尽管术语“电网(grid)”一般专指电力系统中的高压电网(wholesale transmission：趸售输电)，而术语“智能电网(Smart grid)”广泛的用于部分或全部采用上述技术的电网。除了在设备和系统中引入了大量的“高技术”和数据通信技术外，智能电网的一个关键因素是通过电力系统的设计及其运行方式的变化能够充分利用智能设备带来的功能。例如，在北美传统的配电系统设计为辐射状结构，并在线路中确定分段位置以便在发生事故时能够断开相应的分段开关，以级联系列断开或合上电路。这种方法的优势是系统设计、保护协调和运行都很简便，能够满足当时(20世纪初20～30年代)工业界的需要。仅仅需要很少的信息，通过简单的计算就能够完成电路设计和设备的选择。这种系统可以直接运行和调度，保证系统安全的方法是只需要借助带有数据库的模拟图和普通的传感方式就能够实现。由于辐射状配电系统结构在当时能够提供满意的性能，从20世纪到21世纪一直没有改变。如果采用比辐射状结构更复杂的结构，配电系统各个方面的指标都能够得到改进和提高。比如：系统成本、客户服务可靠性、电压稳定度、电能质量、网损及安全等指标都能够得到改进。在早期辐射状配电系统的主要费用支出是用于设备和系统供电能力方面，但其供电能力没有得到充分的利用。在20世纪早期，由于工程师和运行人员手头没有详细的负荷及系统测量数据，这些未知的数据只是粗略地估算，利用线性化处理非线性化过程的方法设计的系统仍然有效。不包括这些费用的系统设计可能更经济-在整体成本中最多可以降低15%，并在供电质量方面更为可靠。但为了规划和建设配电系统，工程技术人员需要更多的数据。现代智能数据采集系统能够采集到这些数据，企业的现代信息系统也能够提供这些数据，以便于工程技术人员有效地使用。另外，系统运行人员将发现与传统辐射配电系统相比，运行现代配电系统将面临新的挑战。系统运行人员需要不断调整设备设置以满足负荷及系统条件的变化，他们需要时常变换系统运行方式，及时修订一些基本的调度规程和优先级，确保某些“不安全”因素不会影响系统安全运行。通过有效的利用智能电网设备和设计，并以完全自动化的方式，能够满足上述这些功能和要求。配电系统不再是以完全辐射状结构设计和运行。系统的设计能够保证其在一年甚至在一天内自动改变系统结构(通过分段开关动作)和设备参数设置(电压分接头和电容器组开关)以满足电网运行需要。自动化设备能够做到这一点。数据通信能够提供单元设备保护和故障安全功能需要的其相邻设备状态及负荷的数据。与传统配电系统相比，智能配电系统在各个方面的性能（包括成本）均更加优越。当然，这是有代价的，从各个角度看，智能电网更为复杂，需要更先进的设计工具，规划人员、工程技术人员及运行人员需要更多的技能和培训以便能够承担智能电网的规划、设计和运行工作。; 个人分类: 电力科技|1826 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十五：配电系统的设计: 毕鹏翔 2018-5-1 22:49; 电力企业采用的配电系统结构形式大体分为辐射状、环状和网状三种，每种结构形式在不同企业的实际应用中又有所变化，其区别在于如何安排配电线路以及它们如何与变电站互相连接。大多数配电系统都设计成辐射状，在用户与变电站之间只有一条通路，电力潮流从变电站出发后沿着唯一的一条通路到达用户端，如果潮流中断的话，将导致沿线所有用户停电。辐射状设计是目前应用最为广泛的配网设计类型，占到了北美配电网的99%以上。辐射状配电网之所以能占主导地位是因为这种结构具有两大绝对优势：第一是它比另外两种设计形式经济得多；第二是其规划、设计和运行更为简单。在大多数辐射状配电网规划中，中压配电系统和低压供电系统均设计为辐射状结构，并按辐射状方式运行。每条辐射式配电线路服务于一个特定的供电区域(该区域内的所有用户都由这条线路供电。)该区域大约1000到4000用户。大多数辐射状配电系统实际上都建成网状结构，但通过断开在物理网特定点的开关使系统仍按辐射状结构运行，所以最终的结构是电气上辐射状的。规划人员需要确定网络的布局方案及网络中每段线路的尺寸，并决定开环点的位置，以便辐射状馈线能够合理运行。大部分配电系统设计中另外一个属性（但绝对不是关键要素），是使用单相分支线。在北美，大多数电力企业都采用了单相或两相分支线，将其用于近距离供电。它们是从主干线上引出的单相或两相分支线，这样，就可以以最短的供电线路实现对附近十几个零散用户的供电。这些分支线也是按辐射状布置的，但很少在其末端安装开关。另外，有很多电力企业，尤其是欧洲、非洲和亚洲的城市配电网，其辐射状配电系统的每个区域（包括分支线）都是三相的。系统中的每台配电变压器都负责为其周围的小辐射网供电。一般情况下，从配电变压器到附近的用户只有一条通道。无论是否采用单相分支线，辐射状配电系统的最大优点是成本低、分析简单、性能有保证。由于在变电站和用户间只有一条通道，因此，潮流的方向是绝对确定的；另外，同样重要的是，任何系统设备的负荷都可以通过累加该设备下游所有用户的负荷方便地计算出来。在经济性计算机分析软件普及应用之前，辐射状配电系统具有绝对优势，因为其设计直接，简单，不要求精确计算，并且，可以保证这样设计出的系统运行良好。分析简单、运行性能有保证至今仍然是辐射状配电系统的突出优点。由于负荷和潮流方向易于确定，因此，不需要借助其他计算，就可准确地确定电压分布；准确地确定设备容量；能够以一定的准确度预测故障的水平；不必进行网络分析，即可保证保护设备（断路器、继电器和熔断器）的协调运行。利用相对简单的程序(相对于潮流方向不确定的非辐射状结构设计的应用程序)，即可确定电压调节器和电容器的容量、位置和设定。从用户的角度看，由于辐射状配电系统在变电站和用户之间只有一条通路，因此其供电可靠性不如环状结构和网状结构。如果通道上的任何设备发生故障，就会导致停电。一般情况下，发生设备故障时需要派维修人员对辐射状配电网进行临时切换，将故障线路上的用户切换到另一条线路上，直到故障排除后再重新恢复原来的运行状态，这样，就可以减少停电时间。但不管怎样，由于故障的发生，停电是不可避免的。尽管辐射状布置方式存在这种明显缺陷，但如果设计和建设得当的话，一般还是可以保证它有很高的可靠性。除人口非常稠密的地区，或有非常重要的负荷（如医院、重要市政设施及电力企业的调度中心等）外，合理、完善的设计可以进一步提高辐射状配电系统的性能，没有理由为了采用可靠性更高的布置方式（环状结构或网状结构）而付出更高的成本。作为辐射状结构的替代方案，环状结构也是不错的选择。环形馈线系统在用户与电源（变压器或配电变压器）之间提供了两条通路，这种布置方式常被称为“欧式”。因为不仅很多欧洲的电力企业建立了这种环状配网，而且，许多欧洲电力承包商将这种环状馈线系统带到了世界各地。环状馈线系统的设备容量和环路设计可以保证供电可靠性，无论环路上有无开断点，都可保证不发生停电事件。出于这种要求，无论是辐射状运行（每个环路上有一个开断点），还是闭环运行，环状馈线设计对设备容量的要求不改变。欧洲和亚洲的一些城市地区建立了多级环状配电系统，即利用一条100kV以上的高压配电环网将电力输送到若干变电站。然后，再通过从变电站引出的几条环状配电线路，将电力分配给配电变压器。最后，配电变压器通过长距离的环状低压配电网将电力输送出去。就复杂性而言，环状配电系统只比辐射状结构稍微复杂些，电力潮流通常从两侧流向环路中央，但在实际运行中，潮流只能流经两条路径中的一条路径。环状配电系统的电压降、容量和保护设计仅较辐射状配电系统稍微复杂。但是，如果采用环状结构设计并按照适当的设计标准进行了保护设计（继电器、断路器和分段开关等）的话，环状配电系统的可靠性肯定高于辐射状配电系统。由于任何环路都不存在下游段，无论哪段线路发生故障，都不会出现大面积用户停电。环状配电系统的最大缺点在于它的容量和成本。当环网只能从一侧而不是两侧同时受电时，它必须能满足全部的供电需求和压降要求。这就要求在环路的每一端都要有足够的容量，并且，导线必须有足够的容量，以保证从一端供电时能满足整条线路的电力需求和电压降要求。这样就可以使环状配电系统在本质上比辐射状配电系统有更高的可靠性，但同时，使用大截面的导线和冗余容量则增加了系统的建设成本。网状结构的配电系统最为复杂，最可靠。但只是在极少数的情况下，它才是最经济的布置方式。网状配电系统在所有节点之间提供了多条通道，任何两个节点间的潮流都常常被分配到几条通道传输。如果一条通道发生故障，故障线路上的潮流将立刻自动改道传输。在中压配电网中很少将连接变电站的线路间的所有或大多数开关闭合。在实际应用中，很少采用这种网状布置方式，因为实践证明这种布置方式非常昂贵，而且，也常常不能正常运行。作为替代，用含有“交错”的辐射状馈线的中压网络系统构成了一个电气上坚强的“配电网络”（即当各项功能正常时，该网络比刚刚能供电给就近地区用户所必需的供电能力要更大），其线路将所有用户连接起来。在人口稠密的地区，不可能在空中架设架空线，因此大多数配电系统采用地下结构。在这种设计形式中，由辐射状线路形成环状系统，再经配电变压器向低压电网供电。中压配电线路是辐射状的，但以交叉的方式布置，没有一条配电线路只有一个单独的供电区域，它们是互相重叠的，两条或以上更多的配电线路交叉供电给低压电网的变压器。为了获得一个冗余系数2，可将两条配电线路沿着每条街道布线，每条配电线路交替为配电变压器供电。尽管在网状配电系统的任何区域中，任何配电线路的两个线段都是并行分布的，但这两条配电线路并不是全程并行的。重叠布置（实际规划和设计中的一个难点）的核心是将配电线路混合排布，使每条线路都与其他几条线路局部并行。这样一来，一旦一条线路发生故障，就可以将它的负荷分配到其他几条线路上去，并保证每条线路都不会出现严重过负荷。配电网络的冗余系数最小为2，也就是说，在任意的一个供电区域内都有两条配电线路供电，即每条配电线路互为备用地为不同的配电变压器供电。但当供电区域内的两条线路都出现故障停电时，系统将发生断电。冗余系数最高为5（即由5条重叠配电线路供电，每条线路为4台不同的配电变压器供电）。网状配电系统的成本和可靠性比辐射状配电系统高。在高负荷密度的城区，配电系统必须采取地下结构，而且，由于交通拥挤等问题，系统的维修和维护非常困难，在这种情况下，网状系统的建设和运行费用可能和其他类型的地下系统差不多。最好的网状系统就可以承受任意3条线路同时发生故障停电（其余的两条线路能够承载起剩下的负荷，尽管常常会发生较严重的过负荷现象），而不会导致用户停电。对此，网状配电系统要求的导线容量略大于环状配电系统而已，而环状配电系统各个环节的容量需要增加一倍，才能达到同等的可靠性。网状配电系统有两个缺点。首先，其结构比其他配电形式复杂得多，对其结构的分析困难而且运行费用高。与辐射状和环状配电系统不同，在网状配电系统中任何一台设备都不存在“下游侧”，因此，设备的负荷不能通过简单地累加该设备下游侧的用户负荷来得到，也不能确定流过设备的潮流方向。设备的负荷、潮流、故障电流和保护必须通过输电系统规划人员使用的网络分析技术来确定。大型网状配电系统可能会有50,000个以上的节点（相当于超大型输电网的规模），因此，有时可能需要比输电系统的计算方法更为复杂的算法。网状配电系统负荷潮流问题常常比输电系统更加难以求解，因为其模拟电路阻抗范围的数量级更大。含分布电源及网状配电系统与其他结构的配电系统相比，其第二缺点是系统保护及现场人员的保护程序复杂。通常，在箱式变压器及地下配电系统中故障水平可能非常高。作者曾经在一个大城市中心区的分布式配电网变压器低压侧观察到高达160kA的故障电流。通过合理的利用保护设备、开关和精心的施工，能够消除这种工作环境对员工的危害，但与低故障电流水平的系统相比，这种精心的准备增加了成本支出并降低了维护与服务的速度。这已经迫使几家电力企业决定将原有的分布网状结构改建为其他结构的系统，如主干线开关分段的结构。; 个人分类: 电力科技|850 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十四：输配电系统的费用: 毕鹏翔 2018-5-1 22:48; 输配电系统的设计、建设和运行费用是非常高的。每一层级的设备都包括两种类型的费用，即建设成本和运行成本，建设成本包括设备费、土地占用费、场地准备、施工和安装方面的人工费及其他一切相关费用；运行成本包括运行人员人工费、维护维修费、税费和各种管理费以及电能损耗费用。通常，建设成本是一次性费用（系统建成后，资金已全部投入），运行成本则是持续或周期性的费用。电能损耗的大小取决于负荷和系统运行条件。虽然电能损耗只占总供电量的很小一部分（一般不会超过总供电量的8%）；但它对电力企业还是构成了一笔实实在在的费用，像配电线路、变压器这样的主要系统设备，它们在寿命期内的总电能损耗现值是影响其设计和规格选择的一个重要因素，这一数字常常超过了设备本身的购置成本。在很多情况下，可能需要选用价格较高的变压器，这是因为这种特殊设计的变压器具有很低的损耗，从而降低了总体费用。另外，也可能选用比实际需要传输的容量大（大截面）的导线，仅仅是因为较大截面积的导线其损耗费用更低。将各种费用累计计算，可以看到，输配电系统是非常昂贵的。一方面，输电线路和超高压变电站安装了大型、昂贵和专门设计的设备，但它们只是电力系统的一小部分，另一方面，占电力系统大部分的高压配电、变电和配电系统则是由一个个小设备组成的，它们都是按照相关标准制造的商品化设备，可以直接从市场上购买到，从个体上看，它们的价格并不昂贵，但将所有设备费用累加起来，就是一个非常大的数目了。; 个人分类: 电力科技|1546 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十三：公用配电设备: 毕鹏翔 2018-5-1 22:46; 输配电系统是一个非常复杂的系统，它由成千上万、甚至百万的设备组成，这些设备共同作用形成了一个输配电系统。每台设备在整个系统中仅起一个很小的作用，它的成本只占系统总成本的很小一部分。然而，每台设备对用户的可靠供电都起着举足轻重的作用，否则，它就不会在系统中存在了。输配电系统的规划非常复杂，因为每台设备都影响着相邻设备的电气性能，无论是负荷模式发生了改变，还是邻近设备的运行状态发生了变化，都必须保证每台设备在各种条件下与系统的其他部分协同运行。从整体上进行输配电系统的建模和分析是非常复杂的，可能会面临严峻的挑战，但分别地去了解、设计和规划系统的各个组成部分则是相对简单的。实质上，只有如下两种主要设备在执行供电功能：（1）输电线路和配电线路：负责将电力从一个地点输送到另一个地点；（2）变压器：负责转换电力的电压等级。除以上两种最基本的设备外，还要增加下列三种类型的设备：（1）保护设备：负责提供安全和“无故障”运行；（2）电压调节设备：在负荷发生变化时，负责将电压保持在一个可接受的范围内；（3）监控设备：用于测量设备和系统的运行状态，并将这些信息反馈到控制系统，以便运行人员了解系统的运行情况，做到安全可控。; 个人分类: 电力科技|1253 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十二：输电与配电的划分: 毕鹏翔 2018-4-30 07:53; 关于输电和配电的定义和命名，在不同国家、不同企业和不同电力系统存在很大的差异，总的来说，两者之间存在四个方面的差异，但在本书中只涉及其中三个方面的差异：（1）按经济社会功能：正如在第一章所述，按照联邦政府规定，美国输电网或电网层的定义及其运行与地区配电系统是不同的。本书将不讨论这方面的差异。（2）按电压等级：高于34.5kV的系统称为输电系统，低于34.5kV而高于用户电压的系统是配电系统。（3）按功能：配电系统包括了所有低压设备及为配电变压器供电的所有线路。（4）按结构：输电系统为一个互联或复杂的环状电网；而配电系统为辐射状结构或简单的环网。一般说来，后三个定义是同时存在的，因为在大多数电力系统中，电压等级高于34.5 kV的输电系统是按照网状结构设计的，不直接为配电变压器供电，而所有配电系统都是按辐射状设计的，它的电压等级在34.5kV及以下，直接向配电变压器供电。作为输电线路（进线）和配电线路（出线）的联结点，变电站有时被视为输电系统的一部分，有时被视为配电系统的一部分，还有时被作为两者的分水岭。; 个人分类: 电力科技|1361 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十一：配电变压器: 毕鹏翔 2018-4-30 07:48; 配电变压配电变压器的任务是将中压配电电压降低到供电电压或是用户端的受电电压。在北美，大多数电力系统采用120V/240V电压等级供电。架空式配电变压器通常为柱上变压器，单相，容量在5kVA～166kVA之间。一条主干线及其分支线上可能分布着几百台配电变压器。由于供电电压等级（低压）的线路只有200英尺的有效输电距离，必须保证每个用户的附近至少有一台配电变压器。在地下电缆供电的区域，配电变压器可以安装在地面平台上或地下小室中。经过配电变压器后，电压等级将被降低到最终的低压电压（美国为120V/240V），电力进入低压配电系统或直接到达用户。当向大型工商业用户供电或为需要三相电能的用户供电时，可将两到三台变压器连接到一起，组成一个变压器组，以向用户提供多相电能。根据不同情况，可相应地采用不同的连接方式。与架空杆上供电方式相对应，地下供电方式采用箱式变压器或拱顶式变压器。其设计思想与架空供电方式的设计思想一致，只不过将变压器及其相关设备做了适当调整，以适应地下进、出线。低压配电层低压配电线路由配电变压器供电，并以低压为附近用户供电。通常设计为每台配电变压器为一个小型低压辐射电网供电，低压线路直接连接到附近用户的电表。大多数供电企业对低压配电系统的布局和设计都遵循一系列标准化的准则和图表，工程技术人员和工作人员按照这些准则和图表产生工单。在美国，绝大多数低压配电系统是单相的，而在欧洲，低压配电系统大多是三相的，尤其是在城区和郊区。; 个人分类: 电力科技|1168 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之十：分支线层: 毕鹏翔 2018-4-30 07:44; 分支线是从主干线分支出来的短线段，它是从变电站到用户之间的电力通道上中压电压的最后部分。分支线直接与主干线相连，运行电压与主干线的额定运行电压相等。主干线穿过某供电区域时，沿途分接出一系列分支线，每条分支线为几十个用户供电。一般情况下，分支线不再有支线分出，许多分支只是单相或两相线路，只有用电量较大或必须为某些用户提供三相电时，才会采用三相分支线。通常，单相或两相分支线交替取自主干线的不同相。如下所述，配电规划工程师总是尽可能地保持三相负荷的平衡。通常，一条单相分支线的输电能力为10 kVA～2 MVA。一般说来，即使是最大的分支线，它的截面积也小于主干线的截面积。当需要分支线输送大量电力时，规划人员通常会采用导线截面积较小的三相分支线，而不会采用截面较大的单相分支线。这样就可以防止在分支线和主干线的分接点出现严重的负荷不平衡。采用三相分支线向大用户供电有利于保持潮流、负荷和电压的平衡。分支线既可以架设在木杆上成为架空线路，也可以敷设在地下。与主干线和输电线路不同，单相分支线有时可以直接埋在地下。在这种情况下，需要将电缆装在塑料护套（表面看起来像真空吸尘器的软管）中。敷设时，先开挖一条电缆沟，然后，将装在塑料护套里的电缆展开，埋到事先挖好的电缆沟里。在很多时候，直埋方式比敷设在地下管道中更节约成本。; 个人分类: 电力科技|1297 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之九：中压配电层: 毕鹏翔 2018-4-30 07:42; 中压配电线路一般是架设在木杆上的架空线路或是敷设在地下电缆沟或管道中的电缆线路，其作用是将电能从变电站输送到整个供电区。中压配电线路运行于中压电压。在北美，广泛采用的中压电压为4.2kV～34.5kV，其中，最常用的电压等级是12.47kV；在世界范围内，中压配电电压为1.1kV到66kV。有些配电系统使用几种中压电压等级，如23.9kV、13.8kV、4.16kV等。每条中压配电线路本身实际上也是一个小的输电系统，其配电能力从2MVA到30MVA不等，具体取决于导线截面积和电压等级。通常，一座变电站有2～12条中压配电线路，呈树形结构分布，它们从变电站引出后，不断分出更多、更小的分支线，最终到达用户端。电力系统的所有中压配电线路组合起来构成了中压配电层。一般一个配电站有1～40条馈线，平均一个站有配电线路2～8条。变电站出口的三相配电线路称为主干线，主干线又会分出若干条分支线。这些大的分支线的末端与其他馈线的末端连接在一个开环点上（开环点是指在两条馈线间装配常开开关作为紧急情况下的连接点）。另外，每条配电线路都由几个常闭开关分割为若干可开断的小段。在发生紧急情况时，可以通过开关的倒闸操作隔离故障段，使电能绕过故障设备向用户供电，以便这些用户不用等到故障清除就能恢复供电。从定义可知，中压配电线路包括了介于变电站与开断点之间的中压部分。任何一段配电线路，无论是三相、两相线路，还是单相线路，凡是可以用开关切换的，都可以认为是中压配电线路的一部分。主干线以及这些可切换的分段线路通常是三相的。使用最大截面的导线并不是因为最大容量（比如事故时的应急切换）（典型的导线截面积大约为500～600MCM（英制单位，1MCM＝1 komil，约为0.5067mm2），超过1000MCM的导线也比较常见，作者设计和建设的一条馈电线路截面积达到2000MCM）。通常一条配电线路具有冗余容量，因为它需要在紧急情况下为其他配电线路提供备用。在世界上，绝大多数配电线路都是架空线路，用横木或柱形绝缘子将馈线搭接在木杆上，美国也不例外。只有在人口稠密的城市或是非常注重景观的情况下，才采用成本较高的地埋方式。在这种情况下，主干线采用绝缘电缆，敷设在事先埋于地下的混凝土管道中，地下埋设的成本是架空线路的3～10倍。不过，在许多实际应用中，尽管配电系统采用架空出线方式，但配电线路的最初几百码仍是敷设在地下的，这部分地下配电线路被用作引出线（feeder get-away）。特别是大型变电站，采用这种地埋式引出线不仅是实际的需要，也考虑到了可靠性和美观的因素。如果一座拥有10～12条三相架空馈电线路的大型变电站，每条线路都要有一定的空间，以满足电气绝缘、安全性和维护的需要，则意味着在变电站周围有40～48条导线悬挂在半空中。基础设施老化的一个重要问题是许多大型变电站位于土地资源紧张的地区，在这些变电站没有足够的空间架设变电站的出线。即使有足够的空间，如此多的导线混杂在一起，看上去也不美观，更重的是还可能存在潜在的不可靠隐患。如果有一条导线断落在不合适的地方，就可能导致变电站丧失大量的供电能力。解决这一难题的最好办法就是采用地埋式引出线，通常的做法是将最初几百码的配电线路敷设在地下管道中，并将它引至竖立在地面的电线杆上，接至架空线。这段地下连接线往往限制了整条配电线的极限输电容量，所以地下电缆的载流量是配电线输电能力的限制因素。; 个人分类: 电力科技|1661 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之八：变电站层: 毕鹏翔 2018-4-30 07:38; 变电站是输电网与配电系统之间的连接点，在这里，大部分输配电系统的结构发生了根本的变化。如上所述，变电站层之上的输电系统和高压配电系统通常形成一个网状结构，任何两个节点之间都有一条以上的电力潮流通道。然而，在变电站至用户层之间建立网络结构成本太高，不宜采用。因此，大部分配电系统在这一层级采用了辐射状结构，即只有一条通道与系统其他层级相连。一般情况下，一座变电站的占地面积为一英亩或以上，在其上配置所有必要的变电站设备，如高压架构、低压架构、母线、输电层和配电层断路器、测量设备及用于放置继电保护装置、计量设备和控制设备的控制室等。其中，最重要的设备当属变压器，它决定了变电站的容量，其任务是将电能从输电层的电压等级降低到配电层的电压等级。变电站变压器的额定容量从不足10MVA到高达150 MVA不等。它们通常装配有分接头自动调节装置和控制设备，用来调节变压器的变比。这样，即使输电侧出现较大的电压波动，变压器也可保持配电电压在很小的波动范围之内。例如，输电侧的电压波动高达5%，而变压器低压侧的配电电压波动可能只有±0.5%。一座变电站中常常安装有多台变压器。安装两台变压器情况最为普遍，安装四台变压器的情况也比较常见，偶尔还有安装六台或六台以上的变压器的情况。在变电站中安装多台变压器可提高运行可靠性，在紧急情况下，变压器可短时过负荷运行（例如，以140%的负载率运行4小时）。因此，输配电系统有能力在事故和短时维护期间承载故障部分的负荷。变电站安装的变压器从一台到六台不等，因此，不同变电站在规模和容量上可能差别很大。一些为人口稀少的农村地区供电的小型变电站，可能仅安装一台容量为5 MVA的变压器。而那些为人口稠密的大城市供电的大型变电站，可能装配有六台变压器，其总容量可能超过400 MVA。输配电规划人员常常会提到“变压器单元”这个概念，它包括了变压器及其所有必要的配套设备。在一座安装了四台变压器的变电站里，一个变压器单元的设备数量占变电站所有设备的四分之一。在输配电系统规划中，可以利用这一概念更好地估算和考虑设备费用。变压器是比较昂贵的（大约在50,000～1,000,000美元）；母线、控制设备、断路器及其他用以支持变压器运行的设备的费用可能是变压器费用的两至三倍。由于这些配套设备直接与变压器的容量和电压有关，而且，这些辅助设备是为变压器配套安装的。因此，通常将这些辅助设备和变压器作为一个设计单元考虑，每增加一台变压器，就会相应地增加配套的辅助设备。除电气设备外，变电站包括其他许多设施和投资费用，如征地和场地准备等。场地准备不是一件小事，它包括场地挖填、敷设接地网（在变电站敷设地下金属线，用于防止事故情况下故障电流的涌入）、地基处理及铺设控制管道等，另外，还必须修建输电线路终端塔，以及配电系统的馈线出线。; 个人分类: 电力科技|1327 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之七：输电层与高压配电层: 毕鹏翔 2018-4-30 07:34; 输电层输电系统是由运行电压在115kV～765kV之间的三相输电线构成的网络。每条输电线的输电容量在50MVA～2000MVA之间。所谓“网络”指的是在输电系统中任意两个节点之间都有一条以上的输电通道。这种布局是从系统可靠性和潮流控制的角度出发的，即使系统中任一元件（线路）发生故障，仍可以通过其他线路输电，确保电力潮流不中断。除传输电能的功能外，输电系统中最大的元件——即输电线路，至少部分功能是为了满足系统的稳定性而设计的。输电网为各台发电机之间提供了坚强的电气连接，保证每台发电机组与整个电力系统及其他发电机组保持同步运行。通过这种坚强连接，电力系统能够在负荷发生波动时保持平稳运行，并且，能够在任一台发电机组退出运行时平稳地转移负荷，这就是所谓的“运行稳定性”。输电系统设计中配置的大量设备及其高额费用都是为了保证系统运行的稳定性，而不仅仅是为了传输电能。高压配电层电力系统高压配电线路从超高压变电站或发电厂获取电力，然后，将电力输送到沿线的变电站。一条高压配电线路可以为三座及以上的变电站供电。通常，以输电线路为主体的输电系统，其线路设计不仅要满足电力传输的要求，还要考虑运行稳定的需要，这一点使得输电线路和高压配电线路之间的差别非常模糊。一般情况下，高压配电线路的输电容量在30MVA～250MVA之间，运行电压在34.5kV～230kV之间。正常情况下，高压配电线路是电力网络的一部分，系统任意两个节点间都有一条以上的电力通道，并且，任何一座变电站通常有至少两条高压配电线路为其提供电力。这样，如果有一条线路发生故障，其余的线路仍能保证电力供应。; 个人分类: 电力科技|1385 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之六：不同层级: 毕鹏翔 2018-4-29 23:13; 由于采用了分层结构，一个供电系统可以将几个不同电压等级的设备很方便地连接在一起。每个电压等级都由许多基本相似的设备组成，这些设备都做相同的工作，只是位于系统中的不同位置。例如，所有配电站都以同样的方法规划和设计，并做相同的工作；同样，所有配电线路的型号、布置和任务也都基本一致，所有配电变压器的基本任务一样，规划目标和设计标准相同。这样，可以形象地理解为电能逐层从发电厂“流向”用户。在这一过程中，电能首先通过输电层从发电厂层流向高压配电层，然后，到达变电站层，再通过中压馈线层流向低压配电层，最终到达用户端。系统的每一层级都是从上一层级接受电能，然后，再将电能传输到下一层级。虽然每一层级的设备型式、特性、任务及设计和规划方式不同，但都具有以下几个共同特点： (1) 每一层级都由上一层级提供电能，也就是说，上一层级在电气距离上总是比下一层级更接近于电源。 (2) 随着电能从发电机传输到用户，电压等级和设备平均容量逐层降低。输电线路的运行电压在69kV～1100kV，容量在50MW～2000MW；相对而言，配电线路的运行电压在2.2kV～34.5kV，容量只有2MW～35MW。 (3) 每一层级的设备数量总是比上一层级的设备数量多得多。以一个拥有几十万用户的输配电系统为例，它可能有50条输电线路、100座变电站、600条配电线路和40,000台配电变压器。 (4) 随着电能流向用户，每一层级的净容量（设备数量乘以平均容量）也逐渐增加。一个电力系统中可能拥有变电容量4500MVA，但馈电容量为6200MVA，而安装的配变容量则高达9000MVA。 (5) 离用户越近，供电可靠性越低。大多数的停电事故都是由距用户较近的变压器、连接设备或导线故障（如设备老化或恶劣天气等因素造成的）引起的。系统中每一层级的设备容量和数量变化直接导致了该层级的总容量比上一层级大。在任何一个电力系统中，配电变压器的容量（设备数量乘以平均容量）都远远大于馈线系统或变电站系统的容量。越靠近用户，设备总容量越大，其原因在于峰荷的非同时性和供电可靠性的要求。; 个人分类: 电力科技|1297 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之二：设施老化的5个因素: 毕鹏翔 2017-10-28 09:40; 美国及世界上许多国家和地区的供电系统存在老化问题，部分系统设备的平均年龄已经超过了它们的设计寿命。图1.2显示的是作者统计出的全美电力行业配电站电力变压器的平均年龄分布。根据统计，运行中的变压器没有超过75年的，约25％变压器的运行时间超过47年，约50％变压器的运行时间超过35年。这些配电变压器的平均年龄为31岁，约为其设计寿命的3/4，其中，有多台变压器的运行时间超过了60年。事实上，变压器、断路器及其它电气设备出现老化并不意味着它们不能再继续使用。尽管老设备的工作效率低于现代新型设备，但它们仍能正常工作，并完成各自的任务，但与同容量和同型号的新设备相比，老化设备的确更有可能在未来几年内发生故障，因此，由老设备构成的电力系统的设备故障率要高得多，设备事故常常导致供电中断，因此，系统提供的服务质量相对较差，至少不如由新设备构成的电力系统。表 1.2 影响供电基础设施的 5 个因素因素对设施老化的贡献率(%) 说明设备老化 20% ～40% 老设备的失效率较高，会引起更高的客户停电率。由于需要进行更多的维护、检修和恢复工作，增加了供电企业检查维护成本以及计划外的运行和维护成本。增加了供电系统运行和供电企业绩效的不确定性和不可预测性。系统布置过时 25% ～30% 老系统往往急需在变电站站址和输电走廊方面有更大的扩建空间，而现在却无法取得需要的土地，为此，供电企业只好在数十年前获得的站址和走廊上勉强扩建。其结果是扩建后的系统在用电高峰期的负荷和可靠性需求超越了基础设施设计支持的能力。工程方法陈旧 12% ～25% 在认识和修正由于设备老化、系统布置落后和放松管制后的负荷水平等带来的问题时，传统的供电系统规划和设计工具显得落后、低效。配电系统并非最优 5% ～15% 许多电力系统设计数十年后，供电行业现场设备及其维护技术以及在办公室的工程及后勤支持技术已经得到了发展。但是即使电力系统的设计不再受过时的系统布局条件的约束，电力系统仍然延续原有的布置和设计理念 (上面的因素2)。修改布局和使用智能设备可以为老化设备不利影响增加一些“免疫力”。文化价值观过时 5% ～50% 将垂直一体化时期运作良好的规划、设计和运行规程、理念等应用于放松管制后的电力工业加剧了供电服务质量问题。这种观点提供了最简单的只通过设备运行时间定义和认识老化供电设施的方法。但这种方法对供电设施老化问题的认识是片面的，如果设备状态管理试图将老旧设备保持在良好状态 ( 即设备虽然老但其状态良好 ) ，则这与设备状态管理方法不相符。认为运行时间是关键因素的观点忽略了这样一点，其他 4 个在老化供电基础设施中常见的因素与设备运行时间相互作用，从而加剧了客户供电可靠性问题，并增加了供电系统运行成本。表 1.2 总结了这 5 个相互关联的老化因素，它们相互作用，共同加剧了供电设施的老化，降低了老电力系统的运行效率和可靠性。; 个人分类: 电力科技|2647 次阅读|0 个评论

《供电系统设施管理技术、方法及应用》之一：供电系统: 毕鹏翔 2017-10-28 09:23; 作者在本书中特别使用了“供电 (Power Delivery) ”而不是“输配电 (Transmission and Distribution) ”这个词，就是为了明确一点，即正确区分两者对有效解决设施老化问题至关重要，但这一点又经常被人忽视。这里讨论的供电设施涵盖了输配电系统中的大部分，但又不是全部，为了充分理解并以尽可能低的成本有效解决这个问题，必须从功能，即设备起什么作用这个角度，审视供电设施老化问题及其解决方案。根据放松管制条件下电力系统各部分的不同功能，现代电力输配电系统可分为两个部分或是两个层面，即批发层和零售层。作为影响供电服务可靠性的设施老化问题，本章和本书的重点基本上仅限于零售层面。但这并不是说，电力输送这个批发层面不重要，可以肯定地说，它同样很重要，该层面的问题会引起供电服务的中断，但最重要的是它关系到系统安全，即维持系统持续“运行”的能力。这与 FERC( 联邦能源监管委员会 ) 和 NERC( 北美电力可靠性公司 ) 要求很好处理的可靠性指标略有不同。本书主要涉及符合这些要求的由相同的测试，跟踪监测，评估分析和规划技术构成的项目和方法。不过，批发层面的重点问题由监管机构和区域电网公司考虑。在此不处理这些内容。作者认为，消费者并不关心他家的灯是因为输电网不能够提供整个区域的电力需求而停电还是由于本地供电网故障而停电，消费者只关心停电的事实。但是本书是理解和解决有关供电基础设施老化引发的问题，消除供电基础设施老化给客户供电服务质量、地区供电企业运营带来的问题。在这种背景下，批发电网和零售电网的区别影响很大。记录表明，从整个电力行业看，绝大多数的客户供电服务质量问题是在本地的供电网产生的，这些问题也只能在本地的供电网解决。输电网的问题主要是发电容量短缺以及输电网阻塞。这些都是输电网中非常严重的问题，但与供电网中的问题完全不同，在此没有涉及。表 1.1 美国联邦能源监管委员会确定的配电 ( 供电 ) 系统与输电网不同的 7 个特征 1.通常，本地配电系统与零售用户相连。 2.本地配电系统主要为辐射状结构网。 3.电力流入本地配电系统，很少会出现供出电力的情况。 4.本地配电系统中的电力不再重新分配或输送到其他地区。 5.本地配电系统中的电力在相对固定的区域内使用。 6. 利用位于输、配电之间的关口表测量流入配电系统的电量。 7. 本地配电系统的额定电压低于输电网的额定电压。图 1.1 显示了一个从发电厂到客户家 ( 瓦特太太家 ) 的典型电力系统。本周瓦特太太家用于取暖的电力可能来自批发电网中任意几家发电厂而且不一定总是来自相同的几家发电厂。但这些电力总会流入相同的本地配电系统。除了在事故或紧急情况下，这些电力总是沿相同的路径流到瓦特太太家。这类“供电系统”由本地供电企业所有并负责运营。与输电层相比，供电层或供电层存在的唯一功能是为客户供电。表 1.1 列出了 FERC( 联邦能源监管委员会 ) 建立的识别本地供电层的标准。在讨论中最重要的是前面提到的一点：除了紧急情况，一个具体消费者的电力总是流过供电系统中同一部分电网。每天瓦特太太要使用的电力总是通过相同的一组下户线、通过相同的配电变压器、分支线、馈线主干线、变电站开关设备、配电变压器、高压侧开关装置、变电站输电层进线。只有当其中一个设备失效时才会通过供电系统的其他部分供电。供电基础设施是电力系统的组成部分，其唯一的功能是为终端客户提供电力，因而其中不包括与批发电网有关的设备。尽管供电系统肯定包括本地配电系统，但其中不仅仅是本地配电系统。供电系统中还包括输电层中通常被称为高压配电线路的那一部分输电线路——这些线路将电力输送到配电变电站。图 1.1 显示了电力系统中属于供电系统的那一部分输电系统。这部分电网通常属于输电网，尽管这部分电网的电压在 FERC 规定的配电系统电压范围内，不属于批发电网 ( 见表 1.1) 。; 个人分类: 电力科技|1806 次阅读|0 个评论

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标签: 配电网

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