配電網的組成和常識詳解

     

     配電網是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償電容以及一些附屬設施等組成的，在電力網中起重要分配電能作用的網絡。

      配電網一般采用閉環設計、開環運行,其結構呈輻射狀。配電線的線徑比輸電線的小,導致配電網的R /X 較大。由于配電線路的R /X 較大, 使得在輸電網中常用的這些算法在配電網的潮流計算中其收斂性難以保證。接下來就一一介紹配電網的各組成部分。

一、架空線路

架空線路主要指架空明線,架設在地面之上，是用絕緣子將輸電導線固定在直立于地面的桿塔上以傳輸電能的輸電線路。架設及維修比較方便，成本較低，但容易受到氣象和環境(如大風、雷擊、污穢、冰雪等)的影響而引起故障，同時整個輸電走廊占用土地面積較多，易對周邊環境造成電磁干擾。

架空線路的主要部件有: 導線和避雷線(架空地線)、桿塔、絕緣子、金具、桿塔基礎、拉線和接地裝置等。

 

二、電纜

電纜通常是由幾根或幾組導線[每組至少兩根]絞合而成的類似繩索的電纜，每組導線之間相互絕緣，并常圍繞著一根中心扭成，整個外面包有高度絕緣的覆蓋層。

電纜主要由以下4部分組成。①導電線心：用高電導率材料（銅或鋁）制成。根據敷設使用條件對電纜柔軟程度的要求，每根線心可能由單根導線或多根導線絞合而成。②絕緣層：用作電纜的絕緣材料應當具有高的絕緣電阻，高的擊穿電場強度，低的介質損耗和低的介電常數。電纜中常用的絕緣材料有油浸紙、聚氯乙烯、聚乙烯、交聯聚乙烯、橡皮等。電纜常以絕緣材料分類，例如油浸紙絕緣電纜、聚氯乙烯電纜、交聯聚乙烯電纜等。③密封護套：保護絕緣線心免受機械、水分、潮氣、化學物品、光等的損傷。對于易受潮的絕緣，一般采用鉛或鋁擠壓密封護套。④保護覆蓋層：用以保護密封護套免受機械損傷。一般采用鍍鋅鋼帶、鋼絲或銅帶、銅絲等作為鎧甲包繞在護套外（稱鎧裝電纜），鎧裝層同時起電場屏蔽和防止外界電磁波干擾的作用。為了避免鋼帶、鋼絲受周圍媒質的腐蝕，一般在它們外面涂以瀝青或包繞浸漬黃麻層或擠壓聚乙烯、聚氯乙烯套。

 

三、桿塔

桿塔是架空輸電線路中用來支撐輸電線的支撐物。桿塔多由鋼材或鋼筋混凝土制成，是架空輸電線路的主要支撐結構。

桿塔是架空配電線路中的基本設備之一，按所用材質可分為木桿、水泥桿和金屬桿三種。水泥桿具有使用壽命長，維護工作量小等優點，使用較為廣泛。水泥桿中使用最多的是撥梢桿，錐度一般均為1/75，分為普通鋼筋混泥土桿和預應力型鋼筋混泥土桿。桿塔上包括：絕緣子串、架空地線、跳線絕緣子串。

 

四、配電變壓器

配電變壓器，簡稱"配變"。指配電系統中根據電磁感應定律變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。有些地區將35千伏以下(大多數是10KV及以下)電壓等級的電力變壓器，稱為"配電變壓器"，簡稱"配變"。安裝"配變"的場所與地方，也即是變電所。

 

五、隔離開關

隔離開關(disconnector)，即在分位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志;在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規定時間內異常條件(例如短路)下的電流的開關設備。

隔離開關(俗稱"刀閘")，一般指的是高壓隔離開關，即額定電壓在1kV及其以上的隔離開關，通常簡稱為隔離開關，是高壓開關電器中使用最多的一種電器，它本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設計、建立和安全運行的影響均較大。隔離開關的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。隔離開關用于各級電壓，用作改變電路連接或使線路或設備與電源隔離，它沒有斷流能力，只能先用其它設備將線路斷開后再操作。一般帶有防止開關帶負荷時誤操作的聯鎖裝置，有時需要銷子來防止在大的故障的磁力作用下斷開開關。

隔離開關是高壓開關電器中使用最多的一種電器，顧名思義，是在電路中起隔離作用的它本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設計、建立和安全運行的影響均較大。刀閘的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。

 

六、負荷開關

負荷開關是介于斷路器和隔離開關之間的一種開關電器，具有簡單的滅弧裝置，能切斷額定負荷電流和一定的過載電流，但不能切斷短路電流。一般裝有簡單的滅弧裝置，但其結構比較簡單。圖為一種壓氣式高壓負荷開關，其工作過程是:分閘時，在分閘彈簧的作用下，主軸順時針旋轉，一方面通過曲柄滑塊機構使活塞向上移動，將氣體壓縮;另一方面通過兩套四連桿機構組成的傳動系統，使主閘刀先打開，然后推動滅弧閘刀使弧觸頭打開，氣缸中的壓縮空氣通過噴口吹滅電弧。

 

七、熔斷器

熔斷器是根據電流超過規定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。

熔斷器是一種過電流保護器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。使用時，將熔斷器串聯于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規定值，并經過一定時間后，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。以金屬導體作為熔體而分斷電路的電器，串聯于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，熔體自身將發熱而熔斷，從而對電力系統、各種電工設備以及家用電器都起到了一定的保護作用。具有反時延特性，當過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。因此，在一定過載電流范圍內至電流恢復正常，熔斷器不會熔斷，可以繼續使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座3 部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關鍵元件。

 

八、斷路器

斷路器（英文名稱：circuit-breaker，circuit breaker）是指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關合、在規定的時間內承載和開斷異?；芈窏l件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。

斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。

 

九、重合器

交流高壓自動重合器簡稱重合器，是一種自具控制(即本身具備故障電流檢測和操作順序控制與執行功能，無需提供附加繼電保護和操作裝置)及保護功能的高壓開關設備;它能夠自動檢測通過重合器主回路的電流，故障時按反時限保護自動開斷故障電流，并依照預定的延時和順序進行多次地重合。

 

十、分段器

線路自動分段器，簡稱分段器，是配電網提高可靠性和自動化程度的一個重要設備，廣泛的應用于配電線路的分支線或區段線路上用來隔離永久故障；它不具備開斷短路故障電流的能力，不能單獨作為主保護開關設備，只能與電源側前級開關設備想配合，在無電流的情況下自動分閘。

分段器(Sectionalizer)是一種與電源側前級開關配合，在失壓或無電流的情況下自動分閘的開關設備。當發生永久性故障時，分段器在預定次數的分合操作后閉鎖于分閘狀態，從而達到隔離故障線路區段的目的。若分段器未完成預定次數的分合操作，故障被其它設備切除了，則其將保持合閘狀態，并經一段延時后恢復到預先的整定狀態，為下一次故障做好準備。分段器一般不能斷開短路故障電流。

 

十一、電壓互感器

電壓互感器(Potential transformer 簡稱PT，Voltage transformer也簡稱VT)和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計算單位;而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來在線路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。

電壓互感器是一個帶鐵心的變壓器。它主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成。當在一次繞組上施加一個電壓U1時，在鐵心中就產生一個磁通φ，根據電磁感應定律，則在二次繞組中就產生一個二次電壓U2。改變一次或二次繞組的匝數，可以產生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將高電壓按比例轉換成低電壓，即100V，電壓互感器一次側接在一次系統，二次側接測量儀表、繼電保護等;主要是電磁式的(電容式電壓互感器應用廣泛)，另有非電磁式的，如電子式、光電式。

 

十二、電流互感器

電流互感器原理是依據電磁感應原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。電流互感器是把一次側大電流轉換成二次側小電流來使用，二次側不可開路。

 

十三、FTU

饋線終端設備(簡稱FTU)，具有遙控、遙信，故障檢測功能，并與配電自動化主站通信，提供配電系統運行情況和各種參數即監測控制所需信息，包括開關狀態、電能參數、相間故障、接地故障以及故障時的參數,并執行配電主站下發的命令，對配電設備進行調節和控制，實現故障定位、故障隔離和非故障區域快速恢復供電等功能。

FTU是安裝在配電室或饋線上的智能終端設備。它可以與遠方的配電子站通信，將配電設備的運行數據發送到配電子站，還可以接受配電子站的控制命令，對配電設備進行控制和調節。FTU與RTU有以下區別:FTU體積小、數量多，可安置在戶外饋線上，設有變送器，直接交流采樣，抗高溫，耐嚴寒，適應戶外惡劣的環境;而RTU安裝在戶內，對環境要求高;FTU采集的數據量小，通信速率要求較低，可靠性要求較高;而RTU采集的數據量大，通信速率較高，可靠性要求高，有專用通道。

FTU可采用高性能單片機制造，為了適應惡劣的環境，應選擇能工作在75℃的工業級芯片，并通過適當的結構設計使之防雷、防雨、防潮。

FTU是用先進的DSP數字信號處理技術、多CPU集成技術、高速工業網絡通信技術、隔離技術嵌入式實時多任務操作系統，穩定性強、可靠性高、實時性好、適應環境廣、功能強大，是一種集遙測、遙信、遙控、保護和通信等功能于一體的新一代饋線自動化遠方終端裝置。適用于城市、農村、企業配電網的自動化工程，完成環網柜、柱上開關的監視、控制和保護以及通信等自動化功能。配合配電子站、主站實現配電線路的正常監控和故障識別、隔離和非故障區段恢復供電。

 

十四、DTU

站所終端設備DTU一般安裝在常規的開閉所、戶外小型開閉所、環網柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關設備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量等數據的采集與計算，對開關進行分合閘操作，實現對饋線開關的故障識別、隔離和對非故障區間的恢復供電。部分DTU還具備保護和備用電源自動投入的功能。