电力设备基础概念解析

设备

配变终端

配电主站

位于城市调度中心，负责全面监控和管理整个配网的运行状况。

配电子站

常常设立在 110kV/35kV 变电站内，它们像是一个个“分中心”，负责各自辖区内的监控任务。子站与所辖区域内的DTU/TTU/FTU等电力终端设备保持紧密的通信联系，确保每一个细节、每一个数据都能准确无误地传输到主站。

配电远方终端

包括FTU、DTU、TTU等。这些终端设备就像是配网系统的“神经末梢”，分布在各个角落，时刻收集着电网的实时数据，包括电压、电流、功率等关键信息。

DTU（开闭锁终端设备）

DTU：（Distribution Terminal Unit）配电终端单元，用于开闭所，环网柜，变电所的多回路数据采集、通讯、管理。具有更多回路，更多参数监控管理的能力，并上传至上层主站。一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，执行主站遥控命令，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。

DTU一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电，部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。

馈线隔离开关

隔离开关（俗称“刀闸”），一般指的是高压隔离开关,即额定电压在1kv及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。
一般在断路器前后二面各安装一组隔离开关，目的均是要将断路器与电源隔离，形成明显断开点；因为原来的断路器采用的是油断路器，油断路器需要经常检修，故二侧就要有明显断开点，以利于检修；一般情况下，出线柜是从上面母线通过开关柜向下供电，在断路器前面需要一组隔离开关是要与电源隔离，但有时，断路器的后面也有来电的可能，如通过其它环路的反送，电容器等装置的反送，故断路器的后面也需要一组隔离开关
隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能再用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关。隔离开关在低压设备中主要适用于民宅、建筑等低压终端配电系统。

FTU（馈线终端设备）

FTU 是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。一般来说，1台FTU要求能监控1台柱上开关，主要原因是柱上开关大多分散安装，若遇同杆架设情况，这时可以1台FTU监控两台柱上开关。

TTU（配变终端设备）

TTU监测并记录配电变压器运行工况，根据低压侧三相电压、电流采样值，每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数，记录并保存一段时间（一周或一个月）和典型日上述数组的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间，记录数据保存在装置的不挥发内存中，在装置断电时记录内容不丢失。

配网主站通过通信系统定时读取TTU测量值及历史记录，及时发现变压器过负荷及停电等运行问题，根据记录数据，统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性，并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。

计量自动化主站

计量自动化主站是指接入各类计量自动化终端的计算机系统，它是整个计量自动化系统的信息采集与控制中心，通过远程通信通道对计量自动化终端的信息进行采集和控制，并进行分析、综合处理和电能量数据发布。

低压智能配电箱

进线室

进线室

计量配电室

计量配电室

补偿室

补偿室

台区拓扑识别

‌台区拓扑识别的原理‌主要涉及通过特定的技术手段，对配电台区的拓扑结构进行识别和确认。这包括但不限于通过电流信号、电压数据、时间同步等技术，对配电台区的设备进行组网，获取各设备的设备地址，并进行时间同步。随后，通过特定的命令或信号，如2DPSK调制的电流信号，由头端设备逐个点名末端设备与中段设备，中段设备实时检测识别电流信号，记录检测到信号的时间戳。头端设备根据时间戳对比，并根据各设备检测到的拓扑识别命令的设备地址，逐级形成配电台区拓扑。此外，还有通过采集待测单相表的电压数据和三相表每相的电压数据，确定每个待测单相表的相位，进而确定台区低压拓扑关系的方法。这些方法共同构成了台区拓扑识别的原理‌。

具体来说，台区拓扑识别的方法可以包括以下几个步骤：

‌设备组网与地址获取‌：首先，需要对配电台区的设备进行组网，并获取每个设备的设备地址。
时间同步‌：确保所有设备的时间同步，以便于后续的数据对比和分析。‌
信号检测与记录‌：头端设备发送特定的识别命令或信号（如2DPSK调制的电流信号），中段设备实时检测这些信号，并记录检测到信号的时间戳。‌
数据分析与拓扑形成‌：头端设备根据接收到的时间戳和数据，对比分析，并根据各设备检测到的拓扑识别命令的设备地址，逐级形成配电台区的拓扑结构。
这些步骤共同构成了台区拓扑识别的基本原理，通过技术手段实现对配电台区拓扑结构的准确识别‌。

三相不平衡

三相电压不平衡，指的是三相电压在幅值上不同或相位差不是120°；不平衡度则是指三相电力系统中三相不平衡的程度。
电力系统中三相电压不平衡主要是由负荷不平衡和系统三相阻抗不对称引起的。负荷不平衡是系统三相不平衡的最主要因素。产生三相负荷不平衡的主要原因是单相大容量负荷在三相系统中的电气位置分布不合理。系统三相阻抗不对称主要来自供电线路的不对称。系统三相阻抗不对称而引起的电压不平衡度一般很少超过0.5%，但在高峰负荷时，或高压线停电时，不平衡度有时会超过1%。
针对同步电动机，不对称运行时负序电流在气隙中产生逆转的旋转磁场，增加了转子损耗，造成转子温升的提高，严重时可能出现局部温升过高而损坏设备

电能

有功电能和无功电能

有功电能是直接转化为有用功率的电能，譬如转化为用电设备的热能或光能，无功电能是指存储在电路中未被直接使用的能电能，无功电能是由电感和电容元件引起的，它们再电路中存储和释放能量，但并不对电路中的有用功率产生影响。

正向有功和反向有功

当电流从电源流向负载时，电能被消耗，电路中就会产生正向有功，这种电能的消耗会被转化为热能、光能、机械能等形式，从而推动负载工作；
而当电流从负载流向电源时，电能会被回馈，电路中就会产生反向有功。这种电能的回馈会使电源承受负担，从而影响电源的性能和寿命，反向有功指的是电流从负载流向电源的过程中所回馈的电能所产生的功率，它是电路中虚拟的功率，不会真正消耗电能，但会对电源产生负担。

电能量

电能量是指单位时间内使用的电能值，譬如平时所说的1度电（1000kWh）的概念即为电能量，用于计费使用。

需量

需量，也称为电能需量，是指在指定的时间周期内（在电力行业中通常取15分钟为一个周期），测得的平均功率值。而在这一时间周期内测得的平均功率最大值，则被称为电能的最大需量。最大需量是指计量在一定结算期内（一般为一个月），某一段时间内客户用电的平均功率，保留其最大一次指示值作为这一结算期的最大需量。按最大需量计收基本电费时，客户必须安装最大需量表。约定需量则是按协议约定的用户可使用的最大需量，采用按最大需量计费方式时，关键在于选择合适的约定最大需量，以避免因约定最大需量选择过小而不能满足生产生活的需要。

视在功率

视在功率是表示交流电器设备容量的量。等于电压有效值和电流有效值的乘积。它乘以功率因数等于有功功率。单位为伏安、千伏安。如设计一台单相变压器时，额定电压220伏、电流10安，则该值为2200伏安。它相当于在给定电压和电流下所能获得的最大有功功率。

由于视在功率等于网络端钮处电流、电压有效值的乘积，而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作，外电路需传给网络的能量或该网络的容量。
由于网络中既存在电阻这样的耗能元件，又存在电感、电容这样的储能元件，所以，外电路必须提供其正常工作所需的功率，即平均功率或有功功率，同时应有一部分能量被贮存在电感、电容等元件中。这就是视在功率大于平均功率的原因。只有这样网络或设备才能正常工作。若按平均功率给网络提供电能是不能保证其正常工作的。
因此，在实际中，通常是用额定电压和额定电流来设计和使用用电设备的，用视在功率来标示它的容量。
另外，由于电感、电容等元件在一段时间之内储存的能量将分别在其它时间段内释放掉，这部分能量可能会被电阻所吸收，也可能会提供给外电路。所以，我们看到单口网络的瞬时功率有时为正有时为负。
在交流电路中，我们将正弦交流电电路中电压有效值与电流有效值的乘积称为视在功率，即S=UI视在功率不表示交流电路实际消耗的功率，只表示电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率。

功率因数

功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值。用户电器设备在一定电压和功率下，该值越高效益越好，发电设备越能充分利用。常用cosΦ表示。

功率因数（Power Factor）的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。