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PW-C5 · 输配电·标幺值

配电方式: 用电线买可靠性

即使给同样的用户分配电能,电网怎样组织,一次故障切断的范围就大不一样。本课用选项卡在只朝一个方向延伸的放射式、连成环的环式和网状的网络式之间切换,学习用导线和开关的成本换取可靠性这笔交易。

切换配电网,看停电范围

针对同一个故障点(红色标记)切换配电网。放射式下故障下游全部变暗;环式从另一侧反向供电,只断开一个故障区段;网络式自动迂回,谁也不停电。亮点表示正在受电的用户。

用选项卡切换配电方式。8 个用户中,放射式停电 4 个,环式 1 个,网络式 0 个。
单一故障下停电的用户
4 / 8
只朝一个方向延伸,故障下游全部停电。最便宜,但可靠性低。
停电范围大

放射式 · 简单而便宜

从变电站只朝一个方向伸出分支到达用户的方式。导线用得最少,便宜,保护配合也简单;但任何一点故障,其下游连接的用户就全部停电。广泛用于负荷密度低的农村或可靠性要求不高的地方。

环式 · 开第二条路

把放射式线路的两端连成环,每个用户就有了左右两个方向的通路。平时让一点常开,故障时只从两侧断开故障区段,再合上开环点,从反方向送电,于是停电被限制在故障区段内,其余用户很快恢复。导线和开关要多花一些,但可靠性大大提高,城市配电中很常用。

观察radial: out = Ndown
放射式下,故障下游全部停电。
选择loop: out = ?
环式靠反向供电,只断开故障区段。
填空mesh: out = ?
网络式自动迂回,不停电。
自己来paths ↑ → cost ?
提高可靠性,设备费就增加。

网络 · 以网无停电

从多个变电站经多条路径把用户像网一样连起来的方式。任何一条路径故障,其余路径都会立即承担负荷,几乎不停电;但导线、保护、运行最复杂也最贵,所以用于大城市中心区,以及医院、数据中心之类难以承受停电的重要负荷。另外,接入用户的方式分为单相 2 线制(家庭照明、插座)、三相 3 线制(动力)和三相 4 线制(同时使用单相和三相的建筑);韩国的三相 4 线制 380/220 V,线与线之间提供 380 V 三相电,线与中性线之间同时提供 220 V 单相电。

回到第一屏

故障是同一个点,可放射式下下游一半变暗,环式下只有一个区段,网络式下谁也没有停电。变的不是故障,而是电能有没有另一条路可走。每多开一条路,单一故障的损害就减小,导线和开关的费用却增加;所以配电设计归根结底是决定:这个地区需要多高的可靠性,愿意花多少成本去换取。

配电方式:网络结构决定单一故障的停电范围。放射式(单方向)便宜,但故障下游全部停电;环式(环形)靠反向供电只断开故障区段;网络式(网状)自动迂回不停电,但最贵。路径越多,可靠性↑、成本↑;用户接入分为单相 2 线制、三相 3 线制、三相 4 线制。
下一步

到这里我们看了输电和配电,也就是送出和分配电能的路径。下一部分 D 讨论电能在这些路径上实际怎样流动,出了问题时又怎样保护。第一个单元(PW-D1)是 潮流(功率流动):各母线的电压幅值和相位一旦确定,每条线路上流动的有功、无功功率也随之确定,我们来追踪这种流动怎样被相位差推动。