智能配电网技术及应用丛书智能配电设备_陈勇_9787519866341

本书为智能配电网技术及应用丛书中的一个分册。
近年来，随着智能电网建设的深入推进，智能配电设备水平得到了快速发展。本书聚焦中压配电设备智能化关键技术，以配电网站、线、变、用为主线，分别介绍了变电站馈线开关、中压开关站、配电柱上开关、配电环网柜（箱）、配电变压器台区相关设备的智能化和场景应用，智能配电设备规模化应用案例，概述了技术发展给智能配电设备带来的变化。
本书适合从事电力系统配电网自动化领域科研、设计、生产、运行和管理的工程技术人员阅读，也可以作为高校及科研院所人员学习和研究的参考书籍。

前言
在碳达峰、碳中和背景下，我国非化石能源消费占比持续提高。随着分布式电源大规模接入电网，配电网突破了传统的方式，从不可控的传统配电网向可控的现代配电网演变。未来，新型配电系统将向着多能互联互济、源网荷储深度融合的综合智慧能源系统发展。智能配电设备作为配电系统最重要的基础节点设备，不仅能够完成传统配电设备所具有的基础功能，还担负了智能感知、边缘计算、智能响应、新能源柔性接入等就地智能化功能。
回顾配电网技术发展历程，早期的电网被称为重发轻供不管用，薄弱的配电网经常造成用户大面积停电。2000 年我国开启了第一轮农网改造，大量配电自动化技术尤其是配电自动化设备的应用探索，为后续配电网智能化发展奠定了基础。
随着世界范围内智能电网热潮的兴起，2009 年我国开展了智能电网的全面建设，配电网架结构的逐步完善、配电自动化设备的规模化使用、配电自动化技术的应用推广，使得我国的配电网建设和管理水平有了质的提升。
近两年，配电物联网技术推动了配电设备的智能化发展，应用传感、定位、通信和边缘计算等技术，智能配电设备将成为配电网站点设备全要素数据采集、连接的基础节点，通过感知现实物理世界信息，支持实现数字化配电网的精准映射。
本书重点聚焦量大面广、运行环境多样的中压智能配电设备，并简要介绍面向用户的低压智能配电设备。编写中，着重选取近年来配电设备智能化过程的关键技术，介绍典型智能配电设备功能原理和应用场景，力图突出技术先进性、前瞻性和实用性，关注新技术为配电设备智能化带来的新变化。
本书第1 章为概论，介绍配电网与配电设备，重点介绍配电设备智能化的主要特征和智能配电设备的发展历程。第2 章为智能配电设备关键技术，介绍了实现配电设备智能化的关键技术，包括智能感知技术、智能配电设备电源技术、智能组件集成技术、配电一二次设备接口技术、智能配电设备通信及协同控制技术。第3 章为中压变电站馈线智能设备及开关站智能化，介绍了变电站馈线开关、选线设备及中压开关站的智能化方案。第4 章为智能配电柱上开关设备，介绍了几款典型的智能配电柱上开关设备，描述了智能配电柱上开关不同应用场景的配置和自动化功能实现过程，简述了智能配电柱上开关在试验和检验上的一些要求和面临的问题。第5 章为智能配电环网柜设备，介绍了环网柜的基本柜型、不同类型环网柜的柜型特点、标准化环网柜（箱）的智能化配置及站所终端DTU，描述了不同功能需求下环网柜组柜应用场景，对比了不同类型环网柜并总结了智能化环网柜应用特点。第6章为配电台区智能化设备，介绍了以配电变压器智能化为核心的配电台区智能化技术，分别介绍了柱上变压器台、预装式箱式变电站、配电室及其智能化应用场景。第7 章为智能配电设备应用案例，选取了近年来不同类型智能配电设备的规模化应用案例。第8 章为智能配电设备发展展望，介绍了配电设备技术发展和国外配电设备智能化应用，选取介绍了一些在配网形态变化下、针对业务功能提升需求设计的新型智能配电设备及其应用展望。
本书由河海大学沈兵兵教授、陕西电力科学研究院刘健博士指导审阅，由珠海许继电气有限公司陈勇博士主编并统稿。山东省电力科学研究院孙勇高工撰写了1.2 节中智能配电设备的特征部分及2.3 节，并审核了第2 章的主要内容；珠海许继电气有限公司海涛博士、钱远弛高工组织撰写了第4、5 章的主要内容，陈奎阳工程师撰写了7.1 节并负责第7 章的部分合稿，张维博士撰写了2.1 节、3.2 节和8.3 节的主要内容；浙江华电器材检测研究所有限公司李志工程师、郑志曜工程师撰写了第6 章的变压器有关主要内容；陕西电力科学研究院张志华博士撰写了3.3 节，西安兴汇电力科技有限公司郭琳云博士组织撰写了2.4 节、4.2.2、7.3.1 部分内容，国电南瑞南京控制系统有限公司孙建东高工撰写了1.3 节、2.2.3、2.6 节部分内容，许继集团吴小钊高工、张文凯高工撰写3.1 节、3.4 节和8.2.1 部分内容；平高集团配网技术中心王海燕高工组织撰写了2.5 节和4.2.3 的部分内容，四川大学电气工程学院赵莉华副教授撰写8.1 节和8.2 节的部分内容。
特别感谢中国电力科学研究院王承玉博士团队提供了8.3.1 中最新研发的一二次融合断路器主要技术资料，珠海一多监测科技有限公司杨志强高工提供了2.3 节部分传感器资料，上海宏力达信息技术股份有限公司李史杰工程师提供了7.3.2 案例资料。
珠海许继电气有限公司研发工程团队多名工程师为本书内容提供素材并协助审核，他们是王焕文、陈向东、周斌、李斐刚、秦卫东、钟子华、刘红伟、田巍巍、周荣乐、魏浩铭、苏宏勋、杨绍军、谭卫斌、万孝鹏、刘雄华、封连平、许光、田宇、黄伟军、赵凯、王兴念、詹植振等及其下属团队的工程师们，魏玉燕工程师协助了本书稿的组织和图表绘制等工作。在此一并致谢。
由于时间仓促且编写人员水平有限，加之近两年智能电网技术的飞速发展和变化，书中难免有疏漏之处，恳请同行专家和读者批评指正。
陈勇
2022 年6 月

目录
丛书序用配电网新技术的知识盛宴以飨读者
序一
序二
前言
第1 章概论 1
1.1 配电网与配电设备 1
1.1.1 配电网 2
1.1.2 配电设备 5
1.2 配电设备智能化 7
1.2.1 智能配电网对配电设备的要求 7
1.2.2 智能配电设备的特征 8
1.2.3 智能配电设备的应用要求 9
1.3 智能配电设备的发展过程 11
第2 章智能配电设备关键技术 15
2.1 智能配电设备的技术演进 15
2.1.1 常用智能配电设备 15
2.1.2 配电设备智能化技术演进 16
2.2 智能配电设备基础技术 18
2.2.1 配电开关基础技术 18
2.2.2 配电变压器基础技术 26
2.2.3 配电终端基础技术 28
2.3 智能感知技术 33
2.3.1 电气量感知技术 34
2.3.2 状态量感知技术 43
2.4 智能配电设备电源技术 50
2.4.1 取能技术 50
2.4.2 后备电源技术 58
2.5 智能组件集成技术 65
2.5.1 电压/电流传感器集成技术 65
2.5.2 电磁兼容设计技术 66
2.5.3 电场仿真设计技术 67
2.5.4 三维产品虚拟设计技术 74
2.6 一二次设备接口技术 74
2.6.1 一二次设备接口要求 75
2.6.2 结构工艺标准化 76
2.6.3 电气设计标准化 78
2.7 设备通信及协同控制技术 81
2.7.1 通信设备 81
2.7.2 通信规约 88
2.7.3 协同控制 96
第3 章中压变电站馈线智能设备及开关站智能化 104
3.1 中压变电站馈线智能开关设备 104
3.1.1 中压变电站馈线开关设备智能化需求 105
3.1.2 中压开关柜的智能化 106
3.2 配电网选线设备 110
3.2.1 集中式智能选线设备 112
3.2.2 就地型智能选线设备 113
3.3 故障相接地型熄弧选线装置 113
3.3.1 基本原理 114
3.3.2 关键技术 115
3.3.3 与线路沿线单相接地选线及保护终端的配合 117
3.3.4 现场应用案例及测试情况 119
3.4 开关站智能化 121
3.4.1 开关站典型技术方案 122
3.4.2 开关站智能化配置 123
第4 章智能配电柱上开关设备 125
4.1 配电柱上开关设备智能化技术发展 125
4.1.1 配电柱上开关设备基础技术发展 125
4.1.2 智能配电柱上开关设备应用技术发展 126
4.1.3 一二次融合智能配电柱上开关设备要求 127
4.2 典型智能配电柱上开关设备 128
4.2.1 共箱式柱上真空断路器 128
4.2.2 支柱式柱上真空断路器 133
4.2.3 柱上SF6 断路器 141
4.2.4 柱上真空负荷开关 143
4.2.5 馈线终端FTU 及连接电缆 148
4.2.6 柱上开关设备配套电源 153
4.3 智能配电柱上开关设备的应用 154
4.3.1 配电线路智能开关配置原则 154
4.3.2 主要设备技术参数 156
4.3.3 不同馈线自动化模式下主干线智能配电柱上开关设备的配置 160
4.3.4 用户分支分界开关设备的应用 161
4.3.5 重合器和分段器的应用 163
4.3.6 智能配电柱上开关设备应用场景综述 164
4.4 智能配电柱上开关设备的试验和检验 172
4.4.1 配电设备常见的试验类型 172
4.4.2 试验和检验面临的问题 172
4.4.3 一二次成套设备检验要求 173
4.5 智能配电柱上开关设备与普通开关设备的比较 176
第5 章智能配电环网柜设备 178
5.1 环网柜智能化技术发展需求 178
5.1.1 环网柜技术的发展 178
5.1.2 环网柜的基本组成 179
5.1.3 环网柜智能化需求 182
5.2 典型智能环网柜 183
5.2.1 SF6 环网柜 184
5.2.2 SF6 绝缘真空环网柜 189
5.2.3 固体绝缘真空环网柜 191
5.2.4 环保气体绝缘真空环网柜 197
5.2.5 电缆分接箱 199
5.2.6 环网柜智能化配置 202
5.3 智能配电环网柜（箱） 202
5.3.1 标准化环网柜（箱） 202
5.3.2 站所终端DTU 204
5.3.3 主要设备技术参数 208
5.4 智能环网柜（箱）典型应用 211
5.4.1 智能环网柜（箱）的状态评估 211
5.4.2 实现馈线自动化应用场景的环网柜组柜示例 214
5.5 环网柜技术对比及智能化特点 217
5.5.1 不同绝缘方式环网柜技术特点对比 217
5.5.2 智能环网柜技术特点 219
第6 章配电台区智能化设备 221
6.1 配电台区设备智能化技术 221
6.1.1 配电台区设备智能化技术的发展 221
6.1.2 配电台区变压器智能技术 223
6.1.3 配电台区低压侧智能技术 230
6.2 配电台区设备智能化产品 234
6.2.1 有载调容调压变压器 234
6.2.2 智能跌落式熔断器 235
6.2.3 配电台区低压侧智能产品 236
6.3 配电台区智能化应用场景 241
6.3.1 智能柱上变压器台 241
6.3.2 智能箱式变电站 245
6.3.3 智能配电室 249
第7 章智能配电设备应用案例 255
7.1 智能配电设备的规模化应用 255
7.1.1 应用模式 255
7.1.2 布点分析 256
7.1.3 规模化应用意义 257
7.2 智能配电设备一线一案规模化应用 261
7.2.1 配置方案 261
7.2.2 智能配电柱上开关设备 262
7.2.3 馈线自动化应用和技术要点 263
7.3 电容取能型智能配电开关设备的应用 269
7.3.1 山区环境下智能配电开关设备的应用 269
7.3.2 台风环境下智能配电开关设备的应用 271
7.4 电缆网智能配电设备规模化应用 272
7.4.1 设计思路 272
7.4.2 智能环网箱/室 275
7.4.3 技术特点及应用 277
7.5 规模化智能配电设备在省域配电网自动化建设中的应用 278
7.5.1 建设方案和配置 278
7.5.2 智能配电设备 283
7.5.3 应用成效 285
7.6 配电台区的智能化应用 285
7.6.1 技术方案 286
7.6.2 关键技术与设备 287
7.6.3 高级应用App 功能 288
第8 章智能配电设备发展展望 290
8.1 国内外配电设备发展及智能化 290
8.1.1 国内外配电设备的发展 290
8.1.2 国外配电设备及其智能化 298
8.2 配电网形态变化下的配电设备 302
8.2.1 电力电子开关设备 303
8.2.2 分布式电源与网源分界开关 306
8.3 业务功能提升需求下的智能配电设备 308
8.3.1 满足一二次融合需求的全绝缘柱上断路器 308
8.3.2 快速低功耗轻量化的智能配电开关设备 309
8.3.3 数字式一二次融合智能配电开关 311
8.3.4 满足新能源柔性接入的低压塑壳磁控断路器 312
8.3.5 具备故障防御功能的智能配电开关解决方案 315
8.3.6 配电设备的全生命周期管理 319
参考文献 324

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