高校配电网现状及优化

1、1 绪论1.1 本课题研究的目的和意义 随着校园高速发展及扩大，电力的供应和消耗己渗透到校园生产、师生生活的各个角落，学校对电力的需求量越来越大，对电网的经济性和可靠性提出了新的要求。1.1.1配电网发展现状 学校的配电系统建设较早，建设相对落后。校园配电网，己或多或少滞后于校园的发展壮大，成为制约校园发展的瓶颈。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，导致可靠性不高，影响了师生的生活学习。 从现有配电网的状况进行分析，根据需要和可能进行改造，提高供电质量、可靠性和安全性，降低损耗，以适应校园的发展和扩建的需要。1.1.2当前配电网存在的问题 目前，学校配

2、电网的发展还存在一些普遍性问题，如网架结构薄弱;电力设备陈旧、事故率高、线路过载、可靠性差、电压质量低等。具体可归纳为以下几点: 1、中压配电网的网架结构薄弱 长期以来，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。配电网负荷增长迅速。生活用电量增长给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故障发生频繁等问题，用户电压不稳定，网络损耗过大。 2、配电网技术落后，网络自动化水平低 目前，学校配电网自动化技术水平较低，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，在学校电网中，中压配电网的自动化是一块空白。 3、

3、线路损耗率较高，电压合格率普遍较低 目前，校园配电网普遍存在线损较高的问题。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到0.8,这些主要与校园配电网结构、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发展需要和要求。 4、电网供电可靠性低，电网规划不科学 学校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。1.1.3配电网优化的意义 一、降低配电网线损，提高系统经

4、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。35-11 0kV配网线损是地区线损的重要组成部分，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。 二、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、生活类和生产类。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

5、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。 三、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。 综上所述，学校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学校配电网现存的问题。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学校造成投资压力。所以本论文将在资金投入，网络损耗和可靠性这三者之间寻求一条最优途

6、径，以满足配电网改造的实际要求。1.2国内外研究动态1.2.1配电网可靠性研究的现状 配电系统可靠性的研究始于上世纪中后期，其起步晚于发电和输电系统可靠性的研究。现代电力系统的供电能力强大，并且涉及面广泛，任何停电事故的发生都会造成巨大的经济损失和社会影响。由于缺乏对可靠性的研究和管理，以及人们开始并未意识到配电网可靠性的重要性，一些国家的电力系统曾发生过大面积停电事故。其中，尤其是美国东北部电力系统(包括纽约市)发生的大停电，引起了社会秩序的极大混乱，造成的损失惊人，成为国际史上的一次重大事故。自此以后，各国都大大加强了对电力系统可靠性的研究工作。自1965年大量该领域的学术论文问世以来，到

7、目前为止，无论是在数据统计方面，还是在可靠性的模型和算法方面，都进行了大量的研究，在发达国家，可靠性评估正逐步成为配电网决策中的常规性工作。 国内配电网可靠性评估中的工程应用研究起步较晚，八十年代初期才开始这方面的研究工作。由于缺乏必要的统计数据和行之有效的计算方法，初期发展缓慢。此后，随着国民经济的飞速发展，城市用电负荷迅速一嘈长，供需矛盾日益突出，迫切需要对配电网进行科学合理的规划，这就促进了配电网可靠性评估的发展。 配电系统可靠性评估虽然起步较晚，但在模型和算法上仍取得了很大的进展。目前，用于定量评估配电系统可靠性的方法有三类:一类是解析法、一类是模拟法、另一类是人工智能方法。 一、解析

8、法解析法的基本思想是根据系统的结构、系统和元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立系统的可靠性概率模型，通过递推和迭代等过程精确求解此模型，从而计算用户和系统可靠性指标。1、概率分布法 这种方法利用可靠度来计算系统在各种容量状态的稳态概率指标，具有使用灵活方便，计算速度快等优点，可用于小型配电系统的可靠性评估，但它没有较强的系统性，建立元件故障和系统处于各种容量状态之间的概率关系十分繁琐，且难以处理状态之间的随机转移和多重故障等因素的影响。上述缺点使其应用范围受到了限制。 2、表格法 它是前苏联科学家塔里维尔季耶夫在1970年提出的。该方法简单直观，在理论上不存在其他模型因元件状态不独立而带来的

9、建模困难问题。但表格法仅适用于手工计算，不利于计算机编程实现，难于对大型配电系统进行可靠性评估计算。国内学者对其进行了有益的探索和分析，取得了一定的研究成果。 3、故障模式与后果分析法(Failure Mode and Effect Analysis method简称FEMA法) 这种方法通过对系统中各元件的状态的搜索，列出全部可能的系统状态，然后根据所规定的可靠性判据对系统的所有状态进行检验分析，找出系统的故障模式集合，最后在此集合的基础上求得系统的可靠性指标。该方法原理简单、清晰，模型准确，已广泛用于小型配电系统的可靠性评估中。但是，由于它的计算量随着元件的增长成指数增加。故在系统结构复杂

10、、元件数目及操作方式增多时，系统的故障模式急剧增加，计算将变的冗长繁琐。直接采用FEMA法对一个复杂的辐射形配电系统进行可靠性评估是十分困难的。 4、最小路法 对配电系统中的每一个负荷点，求取其最小路模型，将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性指标的影响，根据网络的实际情况，折算到相应的最小路节点上，从而对于每个负荷点，仅对其最小路L的元件进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标。该算法可以结合系统的实际配置，找出网络的薄弱环节，计算效率较FEMA法有了很大的提高，但是对于由主馈线和分支馈线组成的相对复杂的系统，其最小路的求解和简化工作非常复杂。此外，它对我们不很关心的负荷点的指标也做了大量的计算

11、，耗费了不必要的时间。 二、模拟法模拟法是通过模拟元件寿命过程的实际情况，并对此模拟过程进行若干时间观察，评估所求系统的可靠性指标。适合于复杂系统计算，在有些特定场合，该方法甚至是唯一可行的求解方法，但这种方法耗时多而且精度不高。 1,蒙特卡罗模拟法(Monte Cario Method)在己知配电系统各元件的可靠性原始数据的前提下，通过计算机模拟随机出现的各种系统运行状态，从大量的模拟实验结果中统计出系统的可靠性指标。模拟法所要求的随机模拟次数与系统的规模无关，收敛速度与问题的维数无关，算法与程序结构都较为简单，可以求解出可靠性指标的概率分布，适用于复杂大系统的可靠性评估。但模拟法计算量大，

12、需要较长的模拟时间。在同样的样本容量下，系统可靠性水平越高，则模拟估计量的精度越差。基于降低方差，提高收敛速度的考虑，提出了分层抽样、重要抽样、对偶变量、控制变量及基于状态分析的Monte Carlo模拟等方法，取得了相当的成效。 2,混合法 模拟法可随机模拟系统运行的实际方式，考虑的情况更加全面，且不需要做过多的假设，而解析法概念清晰，逻辑关系明确，在两者的基础上建立了混合法。混合法是Monte Carlo模拟法与解析法的有机结合，其基本思想是:用Monte Carlo模拟法随机模拟系统的状态转移过程，而用解析法确定系统在所模拟到的各种状态中的平均持续时间，并以此代替持续时间的抽样值。混合法

13、提高了模拟效率，减少模拟统计量的方差，已成为近年来可靠性评估研究的热点。 三、人工智能算法人工智能算法是通过仿效生物处理模式，获取智能信息处理功能，以便简化处理一些复杂现象，快速有效的解决各种难题。它是在1956年由美国的McCarthy和Vinsky等人提出的，经过多年努力己经有了很大发展。目前包括人工神经网络算法、模糊算法和遗传算法等多种算法。 1、人工神经网络算法 人工神经网络是进行配电系统可靠性评估的新方法，研究中建立了三层前馈人工神经网络，采用了误差反向传播(BP)算法。在利用历史数据对神经网络进行训练后，即可用于计算配电系统的可靠性指标。该算法计算速度快、精度高，可以考虑网络结构变

14、化等多种实际运行条件的影响。但神经网络的设计比较困难，隐含层中的节点数的选取问题仍需要作进一步的研究。 2、模糊可靠性评估法 在同时考虑随机性不确定事件和模糊性不确定事件对系统可靠性影响的基础上，综合应用概率论和模糊集合论，提出了模糊可靠性评估方法。该方法应用概率统计理论描述和处理设备与电网运行状态的变化及负荷状态变化的随机性，应用模糊集合论描述设备故障率、修复率、设备状态概率、电网状态概率及某负荷水平发生的概率和负荷水平预测等数值上的模糊不确定性，并利用相应的模糊集合运算得出电网的模糊可靠性指标。该方法可以较好的计入可靠性计算中的许多模糊性不确定因素的影响。但在隶属函数的选取、模型建立等方面

15、仍存在一些困难。1.2.2配电网优化研究的现状 配电网重构是近年来电力系统领域一个引人注目的研究方向。通过网络重构来实现负荷转移以达到均衡负荷、消除过载、降低网损 、提高供电电压质量和系统可靠性的效果。其中降低配电网线损一直是电力企业努力的方向。 配电网络优化技术最早是由Merlin和Back于1975年提出来的，之后不断有研究成果发表。事实上配电网优化是一个多目标非线性混合优化问题，处理多目标优化问题的方法之一是降维优化方法，即选择一个主要的目标函数，把其他的目标作为约束处理。 近几十年来，电力工作者己经在可靠性规划及网络重构方面作了大量的工作，提出了许多实用的可靠性评估方法及重构算法，尽管

16、采用了不同的方法，借鉴不同的理论，但都是从配电网某一指标或某两项指标达到最优为目标函数进行研究，在收敛性、寻优效果及运算速度上仍存在一个寻找更为实用更为优化及更加系统的综合解的问题。因此，寻求一个收敛性好、计算速度快的配电网优化途径具有重要的现实意义。1.3本论文进行的研究围绕配电网优化这一主题，首先介绍了配网优化的基本思路、用户可靠性和线损的基本理论及计算方法，通过配电网设备优化，利用配电自动化系统实现管理优化和技术优化，配电网络重构以及网络结构优化等。其中网络结构优化又分为：多发段，多连接的方式；对低压供电区采用两台较小容量变压器分路供电并互为联络备用和电源点的优化。使配电网绝缘化、电缆化

17、达到配电网更经济更可靠。1.3.1学校配电网络存在的问题 近年来，随着学校招生规模扩大以及学校加大对科研、教学仪器设备的投入，高等学校用电负荷在不断增长，大部分高校配电网络存在着以下几方面的问题：(1) 用电负荷增长，供电容量不足。近年来，随着学校加大对科研、教学仪器设备的投入，科研与教学用电负荷不断增长，同时，随着生活水平的提高，家用电器的普及，学生宿舍公寓化进程加快，办公场所与宿舍的空调、热水器等大功率用电设备增长迅猛，生活用电负荷猛增，然而，由于学校建设资金紧张等原因，配电网络建设发展较为缓慢，导致用电供需矛盾突出。(2)供电可靠性低。目前高校供电电压等级为10kv，影响教学、科研工作的

18、开展和师生员工的正常生活(3) 设备陈旧、技术落后。目前许多高校设备档次普遍较低，有的设备已使用多年，维护困难。如福州大学GG一1A高压开关柜配置SNl0油断路器，已运行18年，断路器漏油现象时有发生，需要经常检修，部分变电所还使用BSL型低压开关柜，维护困难。(4) 学校电网电能质量低，线路损耗大。由于高校用电负荷高速增长，现有配电网因导线线径小、供电半径大、配变布点不合理、无功补偿容量欠缺等原因，学校电网电压合格率普遍较低。(5) 学校配网自动化水平低。随着社会信息化和电气化的高度发展，高校对供电可靠性的要求也越来越高，甚至连电源的瞬时中断也不允许，配电系统采用原有的运行、控制管理模式已无

19、法适应新形势的要求2 配电网优化的基本理论2.1配电网优化基本思路2.1.1配电网优化的总体原则 配电网规划是在学校发展规划及扩大规划的基础上进行的。通过对学校发展和建设的调查、研究，提出电力需求预测，结合学校发展的总体设想，安排学校规划建设改造项目。其中，要坚持以下原则: 1、配电网规划以电力需求为导向，将配电网建设的效益与配电网建设的经济效益兼顾考虑。 2、配电网所安排的建设项目必须有利于电力市场的开拓，有利于电网的安全稳定运行，有利于供售电量的增长。 3、配电网规划建设，要贯彻电力与生活学习、生产、环境协调发展和适度超前的方针。 4、配电网规划坚持电力工业的可持续发展战略，提高能源利用率

20、，加快技术创新，确保配电网的安全经济运行。2.1.2配电网优化的技术原则 1、为符合国家电压标准和尽量简化电压层次的原则，高压配电网为110千伏，中压配电网电压为10千伏，低压配电网电压为380/220伏。 2、中压配电网依据高压变电站的分布和供电能力在满足电能质量及安全经济运行指标的范围内，结合经营配合管理上的方便性和城市功能分区划分成相对独立的分区配电网。 3、中压配电网应有一定的容量裕度，当负荷转移时不致使载流元件过载。当任何一个中压馈电柜因故停电时，通过倒闸操作，能继续向用户供电，当发生线路故障时，通过倒闸操作，能继续向非故障线路路段用户供电，配电线路不过负荷，不限电。 4、中、低压电

21、网规划、建设与改造要积极采用新技术、新设备、新工艺、新材料。设备选择注意小型化、自动化、免维护或少维护。 5、随着学校建设与改造的不断进行，学校中压配电网应逐步提高绝缘化水平，在有条件的情况下要逐步发展电缆网络和架空绝缘导线，使规划区内的电缆化率和绝缘化率稳步提高。新建的教学楼、住宅区应采用电缆网供电。 6、分区配电网应有明确的供电范围，营业区不交错，分区配电网的供电范围以新的高压变电站投产，负荷的增长程度进行调整。 7、中心区公用架空配电网采用环网结构，开环运行。 8、分区配电网以高压变电站不同两段10千伏母线为供电电源。重要地区的分区配电网应有两个及两个以上高压变电站向其供电。 9、架空线

22、路的主干网导线截面应按配电网中长期规划一次建成，主干线平均负荷电流一般应控制在其安全电流的1/2左右，当负荷转移时不致使配电网的各元件过载;电缆线路的负荷电流一般应控制在安全电流的1/2以下，超过时应采取分路措施。 10、开闭所电源电缆，每回路选用300MMz铜芯，双电源开闭所应设备自投。 11、中性点可采取不接地，经消弧线圈接地，经小电阻接地三种接地方式。 12、中压配电线路供电半径，校区中心不大于2公里，中心区外不超过3-4公里。 13、学校道路网是学校配电网建设的依托，每条道路至少应留一条线路路径。校内主、次干道均应留有电缆敷设位置，重要主干道还应留有电缆隧道或排管位置。道路交叉处可按规

23、划线路敷设足够数量的电缆排管，变电站进出线通道应按最终规模一次建成。2.2用电系统用户供电可靠性的基本理论供电系统用户供电可靠性(reliability of utilitys power supply systemcustomer)是指供电系统对用户持续供电的能力。2.2.1用户统计 低压用户统计单位以380/220V电压受电的用户，一个接受电业部门计量收费的用电单位，作为一个低压用户统计单位。 中压用户统计单位以10 (20, 6) kV电压受电的用户，一个用电单位接在同一条或分别接在两条(多条)电力线路上的几台用户配电变压器及中压用电设备，应以一个电能计量点作为一个中压用户统计单位。(在

24、低压用户供电可靠性统计工作普及之前，以10 (6, 20) kV供电系统中的公用配电变压器作为用户统计单位，即一台公用配电变压器作为一个中压用户统计单位。)2.2.2停电性质分类 故障停电供电系统无论何种原因未能按规定程序向调度提出申请，并在6h(或按供电合同要求的时间)前得到批准且通知主要用户的停电。 内部故障停电凡属本企业管辖范围以内的电网或设施等故障引起的停电。 外部故障停电凡属本企业管辖范围以外的电网或设施等故障引起的停电。 预安排停电凡预先己作出安排，或在6h前得到调度批准(或按供用电合同要求的时间)并通知主要用户的停电。 计划停电有正式计划安排的停电。 检修停电按检修计划要求安排的

25、检修停电。 施工停电系统扩建、改造及迁移等施工引起的有计划安排的停电。 注:检修停电及施工停电，按管辖范围的界限，分别有内部和外部两种情况。 用户申请停电由于用户本身的要求得到批准，且影响其他用户的停电。 临时停电事先无正式计划安排，但在6h(或按供电合同要求的时间)以前按规定程序经过批准并通知主要用户的停电。 临时检修停电系统在运行中发现危及安全运行、必须处理的缺陷而临时安排的停电。 临时施工停电事先未安排计划而又必须尽早安排的施工停电。 注:检修停电及施工停电，按管辖范围的界限，分别有内部和外部两种情况。 用户临时申请停电由于用户本身的特殊要求而得到批准，且影响其他用户的停电。 限电在电力

26、系统计划的运行方式下，根据电力的供求关系，对于求大于供的部分进行限量的供应。 系统电源不足限甩由于电力系统电源容量不足，由调度命令对用户以拉闸或不拉闸的方式限电。 供电网限电由于供电系统本身设备容量不足，或供电系统异常，不能完成预定的计划供电而对用户的拉闸限电，或不拉闸限电。 停电持续时间供电系统由停止对用户供电到恢复供电的时间段，以小时表示。 停电容量供电系统停电时，停止供电的各用户的装见容量之和。单位为kVAo 停电缺供电量供电系统停电期间，对用户少供的电量。单位为:kW -h. 停电缺供电量按下列公式计算: W=KxS1xT式中:W一停电缺供电量，kWh;S1一停电容量，即停止供电的各用

27、户的装见容量之和(kVA) T一停电持续时间，或等效停电时间，h;K一载容比系数， K=P/s该值应根据上一年度的具体情况于每年年初修正一次。式中:P一供电系统(或某条线路)上年度的年平均负荷kW; S一供电系统(或某条线路)上年度的用户装见容量总和(kVA);尸及S系指同一电压等级的供电系统年平均负荷及其用户装见总容量。P=上年度售电量(KW. h)/8760(h)注:闰年为8784 ho2.2.3可靠性主要指标及计算公式1、用户平均停电时间:用户在统计期间内的平均停电小时数用户平均停电时间=E(每户每次停电时间)/总用户数 =E(每次停电持续时间x每次停电用户数)/总用数若不计外部影响时:

28、用户平均停电时间(不计外部影响)=用户平均停电时间一用户平均受外部影响停电时间h/户用户平均受外部影响停电时间=(每次外部影响停电持续时间x每次受其影响的停电户数)/总用数若不计系统电源不足限电时:用户平均停电时间(不计系统电源不足限电)=(用户平均停电时间一用户平均限电停电时间)/用户平均限电停时间=E(每次限电停电持续时间X每次限电停电户数)/总用户数2、供电可靠率: 在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值供电可靠率=(1-(用户平均停电时间/统计期间时间)X 100%若不计外部影响时: 供电可靠率(不计外部影响)=(1-(用户平均停电时间一用户平均受外部影响停电时

29、间)/统计期间时间)X 100%若不计系统电源不足限电时: 供电可靠率(不计系统电源不足限电)(1-(用户平均停电时间一用户平均限电停电时间)/统计期间时间)X 100%3、用户平均停电次数:供电用户在统计期间内的平均停电次数用户平均停电次数=E(每次停电用户数)/总用户数若不计外部影响时: 用户平均停电次数(不计外部影响)=(E(每次停电用户数)一E(每次受外部影响的停电用户数)/总用户数若不计系统电源不足限电时: 用户平均停电次数(不计系统电源不足限电)=(E(每次停电用户数)一E(每次限电停电用户数)/总用户数4、用户平均故障停电次数:供电用户在统计期间内的平均故障停电次数 用户平均故障

30、停电次数=.E(每次故障停电用户数）/总用户数5、用户平均预安排停电次数:供电用户在统计期间内的平均预安排停电次数用户平均预安排停电次数=E(每次预安排停电用户数)/总用户数若不计系统电源不足限电时: 用户平均预安排停电次数(不计系统电源不足限电)=(E(每次预安排停电用户数)一E(每次限电停电用户数)/总用户数6、系统停电等效小时数:在统计期间内，因系统对用户停电的影响折(等效)成全系统(全部用户)停电的等效小时数。未统停电等效小时数=(E（每次停电容量X每次停电时间）/系统供电总容量3 配电网优化的基本内容3.1 配电网网络结构的优化3.1.1 配电网的结线原则（1）高压变电站的10千伏母

31、线结线由两台主变压器供电的10千伏母线结线推荐采用单母线分段；3台主变压器的10千伏母线结线按照变压器的容量推荐采用单母线四分段或六分段。（2）中压配电网应根据高压变电站布点、负荷分布和运行管理的需要分成若干个相对独立的分区，每个分区应有较明确的供电范围，一般不应交错重叠。分区的供电范围要随着新增高压变电站的布点和负荷的增长而进行调整。（3）10千伏架空配电线路根据线路长度、负荷密度等因素进行适当分段连接，宜采用三分段四连接方式。线路的正常运行负荷电流一般控制在其回路额定电流的2/3以下，以增强互供转移负荷的能力。（4）10千伏电缆线路网络一般采用开环运行的单环网、双环网和混合环网；一次设备允

32、许、经计算可行、保护配置完善，可采用闭环运行。（5）低压线路应有明确的供电范围，同杆架设的低压架空线路不应穿越10千伏架空线路的分段开关和联络开关。（6）低压配电网络采用杆上变压器、预装式变电站（箱变）和配电所配电变压器为电源的树枝状或放射式结构；相邻变压器低压干线之间可装设联络开关或跨接线，以提高运行的灵活性。3.1.2 配电网的工程设计优化（1）10千伏架空配电线和电缆主干线的导线截面宜按远期（20年）规划供电能力考虑，主干线导线截面不宜超过两种。（2）在化工、污秽地区，树线矛盾突出和人口密集的地区，10千伏架空配电线路宜优先采用绝缘导线。使用绝缘导线应完善绝缘化设施、防雷设施，并注意采取

33、防止绝缘导线进水腐蚀导线的措施。（3）繁华地区、重要地段、主要道路、高层建筑以及有特殊要求的地段，根据资金的可能宜采用电缆线路。（4）尽量延伸中压线路，深入负荷中心，配电变压器采用小容量、多布点，缩短低压供电半径。低压供电半径一般应控制在100至150米（或经过验算后确定），最大不宜超过200米。（5）中、低压架空配电线路宜同杆架设，做到同杆并架的中、低压线路为同一电源。 （6）10千伏开闭所1）建设开闭所建设开闭所的目的是提高变电站中压出线间隔的利用率、扩大配送的线路数量和解决出线走廊所受到的限制。2）设置地点高层建筑相对集中的街区，规模较大的住宅小区以及负荷中心区都是建设开闭所的合适地点。

34、开闭所如建在高层建筑内，宜建在高层建筑的0米层上，如建在高层建筑的地下室，应满足电气布置和安全运行所需要的层高、消防、通风、防水、排水、防潮、设备检修和运输通道等技术要求。单独建开闭所一般应结合配电所一并进行。3）电气结线开闭所的结线力求简化，采用单母线分段结线，设分段开关，两回进线，610回出线。4）开闭所的保护及自动装置10kv开闭所，出线回路多、可靠性要求高，宜采用断路器，配置定时限或反时限过流保护，分段开关设置备用电源自动投入装置。一般开闭所，考虑保护上下级级差配合困难，开闭所的出线采用负荷开关和熔断器组合装置，作为出线保护，分段开关不设备用电源自动投入装置。（7）10千伏配电所1）一

35、般为两回10千伏进线，装2台配电变压器；容量按6301250千伏安容量设计。10千伏配电装置可采用环网供电单元，变压器高压侧采用负荷开关熔断器组合装置（若单台变压器容量大于1250千伏安应采用断路器），变压器接线组别一般采用Dynll，但应注意与原有变压器接线组别的一致性。低压侧为单母线分段，并装设按电压和无功功率自动投切的无功补偿装置。2）对供电可靠性有特殊要求的地区，可采用3回10千伏进线，装3台配电变压器，低压侧为三段母线。（8）电缆通道沿道路（一般为人行道或慢车道）或穿越道路敷设电缆管孔时，应根据配电网中长期发展规划，适当预埋一定数量的电力电缆管道，避免今后多次开挖。3.2 配电网技术

36、的优化3.2.1 10千伏系统中性点接地方式根据交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定，10千伏系统母线接地电容电流10安培时，应采用经消弧线圈或电阻接地方式。确定中性点接地方式时，必须全面研究以下要求：（1）保证供电可靠性要求。（2）单相接地时，健全相最大的工频电压升高尽可能低。（3）单相接地时的短路故障电流应限制在对通讯线路干扰影响的容许范围之内。（4）单相接地时故障线路继电保护应有足够的灵敏度和选择性。（5）10千伏网络结构。（6）人身安全的接触电压和跨步电压3.2.2 无功和电压的调整（1）预置型的调整方式按母线电压合格为目标，当电压过高或过低时或者按负荷的轻与重先切或先投无功补偿装置

37、，仍不满足时，再调整主变压器的有载调压装置。（2）VQC软件的调整方式：按纵座标为无功功率和横坐标为电压组成的九域图或十七域图进行调整。当电压处于上限，无功功率处于上限或电压处于下限，无功功率处于下限时以切或投电容器为主：当电压处于下限，无功功率处于上限或电压处于上限，无功功率处于下限时，以调整主变压器有载调压装置为主，这种调整方式不仅电压质量合格，而且功率因数也满足要求。（3）网络级的无功电压优化：即地区电网无功电压优化运行集中控制系统，它是通过地区调度自动化SCADA系统采集全网各节点运行电压、无功功率、有功功率等实时数据，以地区电网电能损耗最少为目标，以各节点电压合格为约束条件，进行综合

38、优化计算，形成有载调压变压器分接开关调节、无功补偿设备投切控制指令、借助调度自动。化系统的“四遥”功能、利用计算机技术和网络技术，通过调度控制中心自动执行，实现对电网内各变电站的有载调压装置和无功补偿设备的集中控制，达到主变分接开关调节次数最少和电容器投切最合理。3.2.3 10千伏系统的短路容量短路容量一般宜采用城市电力网规划设计导则规定的数值（10千伏、16千安），经济技术论证也可略超过该导则规定的数值。3.2.4 配电自动化（1）实施配电自动化坚持总体规划、分步实施、因地制宜、以点带面的原则。（2）配电自动化的试点工程要选在对供电可靠性要求高和配电网架相对稳定的地区。工程要以达到实用化验

39、收标准为目标。（3）配电网的建设与改造要为实施配电自动化规划创造条件。1）配电网上使用的设备，如柱上开关、环网柜、开闭所的开关应预留实现配电自动化技术要求所需要的驱动操作的功能，并预留实现就地取得交流电源的条件和在失去交流电源后的电源维持的设施。2）在敷设电力电缆的同时，要预埋通讯电缆的管孔，避免以后实施配电自动化时产生多次开挖。3.2.5 架空配电线路的不停电作业（1）架空配电线路的建设与改造要从设计（横担长度、排列方式等）施215（包括杆上配电设备的安装）等方面为实施配电网的不停电作业创造条件。（2）为扩大不停电作业的规模效应，应大力推广下述不停电作业的三种方式：1）作业人员站在高架车的绝

40、缘斗上，戴绝缘帽、穿绝缘服、利用绝缘手套及相关的绝缘遮蔽进行直接作业。2）采用引流短接线把检修段线路进行带电切换旁路短接，检修段外的线路通过旁路线继续供电，使检修段设备及线路脱离电源后进行停电检修。3）将需要作业的线路上的用户由发电机或备用配电变压器供电，再将需要停电的部分线路和设备进行停电检修。3.3 配电网设备的优化3.3.1 设备优化的原则应选用小型化、标准化、无油化、集成化、微机化、低能耗、少维护、免检修或少检修的设备，噪音满足环保要求，并为实施配电自动化创造条件。3.3.2 设备优化的内容（1）柱上变压器1）应采用全密封低损耗、低噪音的变压器，目前卷铁芯和非晶合金变压器都是典型的节能

41、型变压器。对于负荷特性平稳且变化不大的地区宜选用铜损比较小的变压器：对负荷特性昼夜变化大而一年中大部分时间负荷比较低的地区宜选用卷铁芯变压器或非晶合金变压器。单台变压器容量宜限制在315（400）千伏安及以下。2）为提高柱上变压器安全运行水平，变压器的高低压引出线宜采用绝缘导线，引线与变压器高低压套管的连接部分宜加装绝缘护套。（2）预装式变电站（箱变）1）应用场所校区的主次干道旁边、广场绿地、个别有困难以及临时施工用电都是安装预装式变电站（箱变）的合适场所。2）容量选择容量一般以315500千伏安为宜。3）安装要求预装式变电站（箱变）：应安装在离地面0.20.3米的砼基础上，基础下面应有便于高

42、低压电缆接入的管孔，且满足防水通风和防小动物进入预装式变电站（箱变）的密封要求。4）美式箱变串入10千伏主干电缆线路时应进行热稳定较验。采用四位置开关的美式箱变，带电切换电源方便，由于在切换过程中有短时停电，故不宜把四位置开关串入10千伏主干电缆线路当作环网开关使用。（3）柱上开关作为架空配电线路分段用的开关宜选用负荷开关；而对于较长线路可采用断路器作为重合器，其开断短路电流值应大于等于16千安，但应通过短路电流的校验。无论是负荷开关还是断路器，其操作机构应预留实现电动分合闸功能。（4）开闭所的开关对负荷密度较大、负荷输配较重、出线回路较多的开闭所宜采用断路器方式；对负荷密度小、地处受端的开闭

43、所宜采用负荷开关及负荷开关一熔断器组合装置方式；对于不直接开断短路电流的开闭所进线开关视运行方式、保护配置、输送负荷量等综合平衡后可以选用负荷开关。（5）重合器重合器按灭弧介质分类有SF6气体绝缘和真空两种。10千伏架空配电线路较长或有支接线路，采用重合器作分段或支接开关，提高保护的选择性。现有变电站馈线开关一时得不到改造，采用在馈线开关出口处加装重合器代替馈线开关提高配电可靠性。（6）环网柜（环网供电单元）1）环网柜按其安装地点可分为户内式和户外式两种，户外式环网柜应满足环境温度、防水、防潮和耐腐蚀的要求。环网柜内应具备固定电缆的支架。2）应用场所：10千伏主干电缆线路的分段或联络应采用环网

44、柜，环网柜内的开关为负荷开关，负荷开关应具备可手动和电动的操作机构。10千伏开闭所和10千伏配电所（单台变压器容量1250千伏安）内的高压配电装置可采用可扩展式的环网柜，柜内开关为负荷开关。开闭所出线间隔和配电所内变压器高压侧采用负荷开关熔断器组合装置作为变压器高压侧保护，应注意组合装置中负荷开关开断转移电流的能力。负荷开关应具备可手动和电动的操作机构。（7）电缆分支箱1）电缆分支箱分中压和低压电缆分支箱，根据进线的导线截面和出线的需要确定中低压电缆分支箱的出线回路数。中压电缆分支箱一般按一进三出配置，低压电缆分支箱一般不超过八回出线。中压电缆分支箱进线应加装带电显示装置，进出线电缆应加装抗干

45、扰型的短路故障指示器。2）应用场所中压电缆分支箱不宜当作环网柜，串入电缆的主干线路。中压电缆分支箱的进线来自主干电缆的环网柜的出线。分支箱可安装于广场、校园的绿地或主次干道的旁边，分支箱应安装在离地面0.20.3米的砼基础上，基础下面应有便于电缆接入的管孔。低压电缆分支箱一般用于住宅小区的配电，其进线来自附近10千伏配电所或预装式变电站（箱变）的低压出线。分支箱一般应靠近受电端，可安装于住宅小区的绿化带或建筑物的周边场地。（8）户外跌落式熔断器作为杆上配电变压器的主保护和中压用户的支接保护或线路的分段保护，要求正常运行时，触头压力大，压嘴和熔丝具的接触良好，温升低，且不会自落；要求开断短路电流

46、值为12.5千安以上，推荐采用带负荷分断能力的跌落式熔断器。（9）线路故障指示器为了缩短架空线路发生故障后寻找故障区段的时间，宜在线路的分段开关处和线路的分支处装设机械式架空线故障指示器。在电缆的环网柜内宜装电缆故障传感器，其短路或接地故障的电信号转变为发光信号或经光缆将动作信号传送到远方的监控系统，可判明故障发生的区段。（10）计量装置计量装置应满足高精度、高稳定、多变比、能远传、防窃电等多种功能的要求。3.4 配电网管理的优化3.4.1 用计算机软件对配网规划的优化计算机规划软件包应包括负荷的预测、站点布置、配电网架结构、理论线损计算、可靠性分析计算等内容。3.4.2 地理信息系统平台上的

47、配电管理系统建立这一系统是优化配电管理、不断提高配电现代管理水平的重要手段和发展方向。系统的功能开发和应用以安全、降耗、提高供电质量、为客户服务和提高劳动管理效率为目标，推进与客户服务中心、营销管理、负荷管理等系统相连接，实现配电、用电信息的交换和共享。目前应做好配电网地理信息系统与配电SCADA系统和客户服务中心的故障管理系统的安全集成，提高配电网运行、检修和管理的水平。3.5 配电网终端优化 照明设备是学校中最为广泛的一种用电设备。照明设备虽然单体功率不大，但由于使用数量多，据相关资料统计，高校照明耗电量约占学校耗电量的30。可见，照明节能是高校电气节能的一个重要环节。照明节能是一项系统工

48、程。主要是提高光源、灯具、启动装置、照明控制的总效率。需从照明方式及其控制、天然光利用和加强维护管理等方面综合考虑节能。3.5.1推广使用高光效光源 各种照明光源电能转换以高压钠灯效率最高。荧光灯和金属卤化物灯次之，高压汞灯不高，而白炽灯为最低。从节能考虑，选用光源应尽量少用白炽灯，优先使用三基色细管荧光灯和紧凑型荧光灯；逐步减少高压汞灯的使用量。特别是不应随意使用自镇汞灯；积极推广高效、长寿高压钠灯和金属卤化物灯。采用荧光灯照明是高校教学楼、实验科研中心和综合办公楼常用的光源。该灯配高效能电子镇流器。可使光效率提高25，功率因数达到09以上，节电达30。3.5.2智能化控制照明节能 对教学楼

49、和图书馆等场所照明安装智能化控制装置，装置可对照明电压优化处理，馈送给灯光负荷的电压为最优值，可消除高次谐波对灯光的影响并调整三相负荷平衡，减少中性线电流。通过调压、移相、平衡等技术达到切除过剩电压、抑制谐波，改善功率因数、降低线损，实现照明节能；另外，该装置还具有识别自然光在室内照度的功能。当自然光满足室内亮度要求时，可自动切断室内照明电源，杜绝白天开长明灯现象装置节电率达到1530。3.5.3提高校园路灯节能效率。 高校校园面积大校园道路照明灯长时间在供电电压偏高状态下使用，消耗电能约占校园用电的5。对校园路灯可进行集中控制，在控制柜内装设智能式路灯控制器，控制路灯稳压器输出电压在190V

50、220V范围。通过测试路灯在190V时工作消耗的功率与在220V时消耗的功率相比较减少341。智能式路灯集中控制柜既能调节灯电压。又能定时自动开启和关闭路灯使用后可节电30。延长灯泡使用寿命58倍。3.6 无功补偿优化电力系统无功补偿优化的目的是保证系统安全可靠性及良好的电能质量的前提下，使系统运行的经济性最好。研究无功补偿优化配置，必须把电能损失费用和补偿设备的投资费用综合起来，作为评价经济性的指标，才能准确合理符合实际情况，即在满足系统的负荷需求及各点电压约束和有功无功潮流约束等前提条件下，确定新增补偿设备的安装位置及容量，使系统的全年电能损失费用与无功补偿设备的投资费用之和最小。配电网无

51、功补偿优化配置的数学模型采用年电能损失费用与折合为等年值的新增无功补偿设备的投资费用之和最小为目标函数。在约束条件中，考虑了最大负荷，一般负荷和最小负荷三种运行方式下相应的等式约束和不等式约束。在求解方法上，把这一复杂的规划问题分解为最大负荷方式，一般负荷方式和最小负荷方式三个子模型。其投资费用在最大负荷方式下考虑，对于三个子模型用最大负荷损耗时间来协调统一。在潮流计算方法上，配电网采用逐段推算的方法。3.6.1 配电网无功补偿优化的数学模型 建立适合电力系统配电网实际情况的数学模型是解决无功优化问题的关键。我国城乡电网电压质量低劣的根本原因是无功电源不足或过剩以及无功的不合理分配和流动。无功

52、补偿优化模型是一个含有大量约束的非线性规划问题。在满足电网的运行约束条件和控制约束条件下，通过优化无功补偿电容器的补偿位置和补偿容量以及变压器的分接头的位置，使无功补偿后的线损减少，电压合格率升高，综合经济效益最大。无功优化的目标包含技术性能目标和经济目标，可以是:1）有功网损最小。2）电压质量最好。3）补偿电容量最小。4）综合经济效益最大。综合考虑以上各项指标及配网实际情况，优化模型采用年运行费用最小为目标函数。年总运行费用包括由于网损所引起的电能损失费用和设备的投资费用。3.6.2 实际分析 以某高校配电网380v配电网为例，运用所学无功补偿方法进行计算和分析确定补偿方案，并对其效果进行分

53、析：其配电结构图及负荷分布情况如下 主楼照明 P1=88KW Q1=152.42 630kva 16#18#19#宿舍楼 P2=40.32KW10kv Q2=69.8kvar配电网 21#22#223#24#宿舍楼 P3=53.76KW Q3=93.11kvar 10.5/380 食堂 P4=77.5KW Q4=53.48kvar 主楼动力 P5=143.5KW Q5=146.4kvar 锅炉房 P6=56.5KW Q6=57.6kvar 图1某高校配电网接线图各条线路负荷及其补偿容量计算情况如下：线路一 主楼照明：日光灯（40W）2200盏 功率因数0.5照明电路功率因数一般比较高，但是由于

54、镇流器的作用其功率因数只有0.5左右很难达到要求。 镇流器是与日光灯管相串联的一个元件，实际上是绕在硅钢片铁心上的电感线圈，其感抗值很大。镇流器的作用是：限制灯管的电流；产生足够的自感电动势（启动时），使灯管容易放电起燃。其作用很容易与启辉器混淆。因此有必要在加载并联电容器提高功率因数，降低能耗。由于负荷较分散逐个补偿时产生的无功补偿费用很高，与无功补偿意图矛盾，所以易在380v母线加载并联电容器实现无功补偿，其补偿容量算法如下：补偿后可节省有功：线路二：16#18#19#宿舍楼 照明电路 日光灯1008盏其补偿容量算法同上： 线路三：21#22#223#24#宿舍楼照明电路 日光灯1344盏其补偿容量计算如下： 线路四：食堂 7.5kw电机5台 5.5kw电机3台 5kw电机2台