案例目录 1.分布式能源与智能电网技术应用教学案例.1 2.电力开关装备绿色环保技术教学案例21 3.特高压交直流输电技术支撑智能电网建设工程案例.40 4.高压同塔双回输电线路防雷设计实践教学.70 5.六氟化硫气体特性及其在电力设备中的应用与发展案例 分析.90
案 例 目 录 1. 分布式能源与智能电网技术应用教学案例......................... 1 2. 电力开关装备绿色环保技术教学案例............................... 21 3. 特高压交直流输电技术支撑智能电网建设工程案例....... 40 4. 高压同塔双回输电线路防雷设计实践教学....................... 70 5. 六氟化硫气体特性及其在电力设备中的应用与发展案例 分析............................................................................................. 90
案例正文： 分布式能源与智能配电网技术应用教学实例 摘要：本案例主要讲解智能配电网的重要性、组成、建设目标和功能特征，智能 配电网面临的新的发展需求，智能配电网中的关键技术，智能配电网的智能装备 应用以及分布式能源接入智能配电网的关键性问题等。通过讲解分布式能源与智 能配电网工程案例，阐明智能配电网在坚强智能电网发展中的重要作用，通过讲 解智能配电装备应用引导学生建立工程思维以及工程创新思维。本次教学实例目 的在于通过讲解分布式能源和智能配电网技术在我国坚强智能电网发展中的重 要作用，提升研究生的工程思维和创新精神，提高研究生的工程素养与自主创新 能力。 关键词：分布式能源、智能配电网关键技术、教学实例 一、建设智能配电网的重要性 配电网是在电网中起分配电能作用的网络，是电力系统中直接与用户相连并 向用户分配电能的环节，是电力系统中的重要环节，和人们生活密切相关。配电 网是电力系统中二次降压变电所低压侧直接或者降压后向用户供电的网络，由馈 线、配电变压器、断路器、补偿电容器、各种开关等配电设备构成。我国1IOkV 电压等级以下电网称为配电网，其中，大于等于35kV属于高压配电网：小于35kV 大于等于1kV属于中压配电网：380/220V属于低压配电网，如66kV、35kV是 高压配电网，10kV、6kV是中压配电网。 配电网是电力系统建设的基础，是电力资源输配的重要载体，配电网的建设 质量会直接影响电力资源输配的稳定性和用户的用电安全。国际上发电、输电、 配电投资比例一般在1：0.45：0.7左右，中国在2000年前的投资比例是1：021： 0.12。我国配电网投资相对不足，自动化、智能化程度远低于输电网，已成为制 约电力系统发展的瓶颈。在现代电力企业发展中，加强配电网的智能设计与应用 是企业发展的基本任务，对新时期社会的产业发展及用户日常生活的电力应用有 重要意义。配电网的重要性主要体现在以下三个方面： (1)配网直接面向用户，作用举足轻重。 (2)对供电质量有着决定性的影响。 1/116
案例正文： 分布式能源与智能配电网技术应用教学实例 摘要：本案例主要讲解智能配电网的重要性、组成、建设目标和功能特征，智能 配电网面临的新的发展需求，智能配电网中的关键技术，智能配电网的智能装备 应用以及分布式能源接入智能配电网的关键性问题等。通过讲解分布式能源与智 能配电网工程案例，阐明智能配电网在坚强智能电网发展中的重要作用，通过讲 解智能配电装备应用引导学生建立工程思维以及工程创新思维。本次教学实例目 的在于通过讲解分布式能源和智能配电网技术在我国坚强智能电网发展中的重 要作用，提升研究生的工程思维和创新精神，提高研究生的工程素养与自主创新 能力。 关键词：分布式能源、智能配电网关键技术、教学实例 一、建设智能配电网的重要性 配电网是在电网中起分配电能作用的网络，是电力系统中直接与用户相连并 向用户分配电能的环节，是电力系统中的重要环节，和人们生活密切相关。配电 网是电力系统中二次降压变电所低压侧直接或者降压后向用户供电的网络，由馈 线、配电变压器、断路器、补偿电容器、各种开关等配电设备构成。我国 110kV 电压等级以下电网称为配电网，其中，大于等于 35kV 属于高压配电网；小于 35kV， 大于等于 1kV 属于中压配电网；380/220V 属于低压配电网，如 66kV、35kV 是 高压配电网，10kV、6kV 是中压配电网。 配电网是电力系统建设的基础，是电力资源输配的重要载体，配电网的建设 质量会直接影响电力资源输配的稳定性和用户的用电安全。国际上发电、输电、 配电投资比例一般在 1：0.45：0.7 左右，中国在 2000 年前的投资比例是 1：0.21： 0.12。我国配电网投资相对不足，自动化、智能化程度远低于输电网，已成为制 约电力系统发展的瓶颈。在现代电力企业发展中，加强配电网的智能设计与应用 是企业发展的基本任务，对新时期社会的产业发展及用户日常生活的电力应用有 重要意义。配电网的重要性主要体现在以下三个方面： （1）配网直接面向用户，作用举足轻重。 （2）对供电质量有着决定性的影响。 1／116
(3)损耗、投资（合理情况下）、运营成本远大于输电网。 建设智能配电网的价值主要有： (1)安全价值。电力能源的输配安全是电力企业工作开展的核心保障，相 较于其他产业体系，一旦在电力产业的配电网日常维护、电力能源输配与用户使 用过程中发生故障，很容易导致安全事故。加强配电网的运行安全建设，是电力 企业一切工作开展的重要前提。智能配电网设计以现代智能技术和自动化技术为 核心，可以对配电网系统进行全面升级，能够全面提升配电网运行的安全性。一 旦出现故障问题，系统能在第一时间切断线路，避免电力事故的发生，保障用户 的用电安全及运维技术人员的生命财产安全。 (2)经济价值。在电力产业运营发展中，针对电力系统的运维成本投入是 电力企业成本投入的主要内容，也是影响电力企业经济效益的重要因素。在现代 电力企业发展中，需要高度重视对电力系统运维成本的节约与控制。配电网作为 电力系统运维工作的主要内容，在其运维过程中往往需要投入大量时间进行故障 问题的排查。在对配电网的维护管理中，由于其规模较大，维护成本投入较高， 会影响电力企业的经济效益。通过智能配电网设计，可以应用传感系统及自动化 监管系统实时监管配电网，一旦配电网发生故障，监管系统能够采集故障数据信 息，并将故障数据反馈给运维管理人员，以此降低配电网运维管理中的故障排查 时间，提升配电网运维管理的整体效率，降低运维工作的人力成本和时间成本。 二、智能配电网的组成、建设目标与功能 (1)智能配电网的组成。 智能配电网的组成主要包括：1)能量与通讯系统集成。它是开放式的、基 于标准的架构，集成了数据通讯网络和智能设备，用于支持未来的电力交换系统： 2)分布式电源。分布式电源的建设可以提高效率和降低成本；分布式电源的辅助 服务是对电网的支持；3)传感、检测和支持智能配电网的高级量测系统。包括 智能化变电站监视：配电系统的高级（下一代）传感器：支持智能配电网的高级量测 系统。4)用户入口。电网、用户双向交流的大门：包括为用户提供更多的选择、 服务和增值：通过自动读表、电能质量检测、远程控制和诊断方面的技术苹新， 帮助电力公司管理需求增长：在新一代的智能设备和高级服务之间实现信息共享： 负荷控制：全系统性能监视和状态估计的负荷监视：能量管理：分布式电源的界 2/116
（3）损耗、投资（合理情况下）、运营成本远大于输电网。 建设智能配电网的价值主要有： （1）安全价值。电力能源的输配安全是电力企业工作开展的核心保障，相 较于其他产业体系，一旦在电力产业的配电网日常维护、电力能源输配与用户使 用过程中发生故障，很容易导致安全事故。加强配电网的运行安全建设，是电力 企业一切工作开展的重要前提。智能配电网设计以现代智能技术和自动化技术为 核心，可以对配电网系统进行全面升级，能够全面提升配电网运行的安全性。一 旦出现故障问题，系统能在第一时间切断线路，避免电力事故的发生，保障用户 的用电安全及运维技术人员的生命财产安全。 （2）经济价值。在电力产业运营发展中，针对电力系统的运维成本投入是 电力企业成本投入的主要内容，也是影响电力企业经济效益的重要因素。在现代 电力企业发展中，需要高度重视对电力系统运维成本的节约与控制。配电网作为 电力系统运维工作的主要内容，在其运维过程中往往需要投入大量时间进行故障 问题的排查。在对配电网的维护管理中，由于其规模较大，维护成本投入较高， 会影响电力企业的经济效益。通过智能配电网设计，可以应用传感系统及自动化 监管系统实时监管配电网，一旦配电网发生故障，监管系统能够采集故障数据信 息，并将故障数据反馈给运维管理人员，以此降低配电网运维管理中的故障排查 时间，提升配电网运维管理的整体效率，降低运维工作的人力成本和时间成本。 二、智能配电网的组成、建设目标与功能 （1）智能配电网的组成。 智能配电网的组成主要包括：1）能量与通讯系统集成。它是开放式的、基 于标准的架构，集成了数据通讯网络和智能设备，用于支持未来的电力交换系统； 2）分布式电源。分布式电源的建设可以提高效率和降低成本;分布式电源的辅助 服务是对电网的支持；3）传感、检测和支持智能配电网的高级量测系统。包括 智能化变电站监视;配电系统的高级(下一代)传感器;支持智能配电网的高级量测 系统。4）用户入口。电网、用户双向交流的大门：包括为用户提供更多的选择、 服务和增值；通过自动读表、电能质量检测、远程控制和诊断方面的技术革新， 帮助电力公司管理需求增长；在新一代的智能设备和高级服务之间实现信息共享； 负荷控制；全系统性能监视和状态估计的负荷监视；能量管理：分布式电源的界 2／116
面和控制：电能质量/功率因数/电压控制：维修管理。 (2)智能配电网建设目标 智能配电网的建设目标主要有：1)建设可靠的配电网架。建设结构坚强合 理，运行灵活，电压层次简化，供电安全可靠的主网架。2)配电设备性能先进 适用、安全可靠。通过引进或研发先进设备及先进适用技术，促进城网技术升级， 推广可靠、先进、智能化程度高、占地少、维护量小的设备和装置。3)支持可 再生、分布式能源的接入。 (3)智能配电网的功能特征 与传统的配电网相比，智能配电网(Smart Distribution Grid,SDG)具有以下功 能特征。 1)自愈能力。 指SDG能够及时检测出已发生或正在发生的故障并进行相应的纠正性操作， 使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小.自愈主要是解决“供电不间 断”的问题，是对供电可靠性概念的发展，其内涵要大于供电可靠性。例如目前 的供电可靠性管理不计及一些持续时间较短的断电，但这些供电短时中断往往都 会使一些敏感的高科技设备损坏或长时问停运。 2)具有更高的安全性。 SDG能够很好地抵御战争攻击、恐怖袭击与自然灾害的破坏，避免出现大 面积停电：能够将外部破坏限制在一定范围内，保障重要用户的正常供电。 3)提供更高的电能质量。 SDG实时监测并控制电能质量，使电压有效值和波形符合用户的要求，即 能够保证用户设备的正常运行并且不影响其使用寿命。 4)支持分布式电源的大量接入。 这是SDG区别于传统配电网的重要特征在SDG里，不再像传统电网那样， 被动地硬性限制分布式电源接人点与容量，而是从有利于可再生能源足额上网 节省整体投资出发，积极地接人分布式电源并发挥其作用通过保护控制的自适 应以及系统接口的标准化，支持分布式电源的“即插即用”通过分布式电源的优 化调度，实现对各种能源的优化利用。 5)支持与用户互动。 3/116
面和控制；电能质量/功率因数/电压控制；维修管理。 （2）智能配电网建设目标 智能配电网的建设目标主要有：1）建设可靠的配电网架。建设结构坚强合 理，运行灵活，电压层次简化，供电安全可靠的主网架。2）配电设备性能先进 适用、安全可靠。通过引进或研发先进设备及先进适用技术，促进城网技术升级， 推广可靠、先进、智能化程度高、占地少、维护量小的设备和装置。3）支持可 再生、分布式能源的接入。 （3）智能配电网的功能特征 与传统的配电网相比，智能配电网(Smart Distribution Grid, SDG)具有以下功 能特征。 1）自愈能力。 指 SDG 能够及时检测出已发生或正在发生的故障并进行相应的纠正性操作， 使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小.自愈主要是解决“供电不间 断”的问题，是对供电可靠性概念的发展，其内涵要大于供电可靠性。例如目前 的供电可靠性管理不计及一些持续时间较短的断电，但这些供电短时中断往往都 会使一些敏感的高科技设备损坏或长时问停运。 2）具有更高的安全性。 SDG 能够很好地抵御战争攻击、恐怖袭击与自然灾害的破坏，避免出现大 面积停电;能够将外部破坏限制在一定范围内，保障重要用户的正常供电。 3）提供更高的电能质量。 SDG 实时监测并控制电能质量，使电压有效值和波形符合用户的要求，即 能够保证用户设备的正常运行并且不影响其使用寿命。 4）支持分布式电源的大量接入。 这是 SDG 区别于传统配电网的重要特征.在 SDG 里，不再像传统电网那样， 被动地硬性限制分布式电源接人点与容量，而是从有利于可再生能源足额上网、 节省整体投资出发，积极地接人分布式电源并发挥其作用.通过保护控制的自适 应以及系统接口的标准化，支持分布式电源的“即插即用”.通过分布式电源的优 化调度，实现对各种能源的优化利用。 5）支持与用户互动。 3／116
与用户互动也是SDG区别于传统配电网的重要特征之一主要体现在两个方 面：一是应用智能电能表，实行分时电价、动态实时电价，让用户自行选择用电时 段，在节省电费的同时，为降低电网高峰负荷作贡献，二是允许并积极创造条件 让拥有分布式电源（包括电动车）的用户在用电高峰时向电网送电： 6)对配电网及其设备进行可视化管理。 SDG全面采集配电网及其设备的实时运行数据以及电能质量扰动、故障停 电等数据，为运行人员提供高级的图形界面，使其能够全面学握电网及其设备的 运行状态，克服目前配电网因“盲管”造成的反应速度慢、效率低下问题对电网运 行状态进行在线诊断与风险分析，为运行人员进行调度决策提供技术支持。 7)更高的资产利用率。 SDG实时监测电网设备温度、绝缘水平、安全裕度等，在保证安全的前提下 增加传输功率，提高系统容量利用率：通过对潮流分布的优化，减少线损，进 步提高运行效率：在线监测并诊断设计的运行状态，实施状态检修，以延长设备 使用寿命。 8)配电管理与用电管理的信息化。 SDG将配电网实时运行与离线管理数据高度融合、深度集成，实现设备管理、检 修管理、停电管理以及用电管理的信息化。 三、配电网所面临新的发展需求 智能配电网面临的新的发展需求主要包括分布式能源接入、低碳经济、供电 可靠性、高电能质量、经济发展、防灾减灾等多个方面。 (1)分布式能源接入的需要 面对短时的电力负荷高峰和人们对供电质量和可靠性的高要求，建设远离负 荷中心的大电厂，就应付电力负荷高峰而言相当不经济，而对可靠性和供电质量 来说，也无优势可言。分布式发电以其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特 点与大电网联合运行，给现代电力系统运行与控制带来巨大的变化 随着大量太阳能、风能等分布式能源接入配电网，对配电网潮流、拓扑分析、 电能质量产生了重大影响，给配电网的安全运行带来了极大的挑战。传统的配电 自动化模型、控制策略己不能满足对大量分布式能源的接入和管理，而作为智能 配电网重要组成部分的微网技术可以很好地解决分布式电源的灵活接入，实现配 4/116
与用户互动也是 SDG 区别于传统配电网的重要特征之一主要体现在两个方 面:一是应用智能电能表，实行分时电价、动态实时电价，让用户自行选择用电时 段，在节省电费的同时，为降低电网高峰负荷作贡献;二是允许并积极创造条件 让拥有分布式电源(包括电动车)的用户在用电高峰时向电网送电。 6）对配电网及其设备进行可视化管理。 SDG 全面采集配电网及其设备的实时运行数据以及电能质量扰动、故障停 电等数据，为运行人员提供高级的图形界面，使其能够全面掌握电网及其设备的 运行状态，克服目前配电网因“盲管”造成的反应速度慢、效率低下问题.对电网运 行状态进行在线诊断与风险分析，为运行人员进行调度决策提供技术支持。 7）更高的资产利用率。 SDG 实时监测电网设备温度、绝缘水平、安全裕度等，在保证安全的前提下 增加传输功率，提高系统容量利用率；通过对潮流分布的优化，减少线损，进一 步提高运行效率;在线监测并诊断设计的运行状态，实施状态检修，以延长设备 使用寿命。 8）配电管理与用电管理的信息化。 SDG 将配电网实时运行与离线管理数据高度融合、深度集成，实现设备管理、检 修管理、停电管理以及用电管理的信息化。 三、配电网所面临新的发展需求 智能配电网面临的新的发展需求主要包括分布式能源接入、低碳经济、供电 可靠性、高电能质量、经济发展、防灾减灾等多个方面。 （1）分布式能源接入的需要 面对短时的电力负荷高峰和人们对供电质量和可靠性的高要求，建设远离负 荷中心的大电厂，就应付电力负荷高峰而言相当不经济，而对可靠性和供电质量 来说，也无优势可言。分布式发电以其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特 点与大电网联合运行，给现代电力系统运行与控制带来巨大的变化. 随着大量太阳能、风能等分布式能源接入配电网，对配电网潮流、拓扑分析、 电能质量产生了重大影响，给配电网的安全运行带来了极大的挑战。传统的配电 自动化模型、控制策略已不能满足对大量分布式能源的接入和管理，而作为智能 配电网重要组成部分的微网技术可以很好地解决分布式电源的灵活接入，实现配 4／116