交流电源交流变配电系统.docx

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交流电源交流变配电系统

第一章

通信电源系统

1通信电源设备和交流供电系统的发展

20世纪60年代，我国通信局（站）建筑规模和通信设备容量不大，交流用电功率一般不超过600kVA，故大都采用市电低压供电。

只有省会级以上通信枢纽楼采用高压供电，设立高压柜、变压器、低压柜的交流变配电设备。

这些设备均采用原机械工业部各厂的成套设备，供电系统也是按照原电力部和当地供电局的规定而设计的。

20世纪80年代后，随着电子式程控交换设备和数字传输设备的引入，特别是上世纪后期大量的数据设备和计算机设备的采用，设备功率密度急剧增加，同时为保证上述设备的安全运行，机房内同时安装了大量的空调机设备。

进而造成通信局（站）交流用电功率成倍增长，更多地采用了高压供电方式。

同时，为保证供电安全和便于检修，交流供电系统中的配电和馈电采用双回路馈电模式。

2新型通信电源系统的构成

通信局（站）的电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成，其结构与组成如图1－1所示。

图1-1通信电源系统组成示意图（10kV市电）

3市电电源分类

通信所需的交流电源一般采用市电作为主用电源。

根据通信局（站）所在地区的市电供电条件、线路引入方式及运行状态，可将市电分为四类。

根据通信电源安装设计规范，不同类型的通信局（站）对市电供电的要求有所不同。

1.一类市电供电

从两个稳定可靠的独立电源各自引入一路供电线。

该两路不应同时出现检修停电，平均每月停电次数不应大于1次，平均每次故障时间不应大于0.5h。

两路供电线宜配置备用市电电源自动投入装置。

2.二类市电供电

线路允许有计划检修停电，平均每月停电次数不应大于3.5次，平均每次故障时间不应大于6h。

供电应符合下列条件之一的要求：

（1）由两个以上独立电源构成稳定可靠的环形网上引入一路供电线。

（2）由一个稳定可靠的独立电源或从稳定可靠的输电线路上引入一路供电线。

3.三类市电供电

从一个电源引入一路供电线，供电线路长、用户多、平均每月停电次数不应大于4.5次，平均每次故障时间不应大于8h。

4.四类市电供电应符合下列条件之一的要求

（1）由一个电源引入一路供电线，经常昼夜停电,供电无保证，达不到第三类市电供电要求。

（2）有季节性长时间停电或无市电可用。

一类市电建设投资较大，主要适用于重要的国际通信局、省会及省会以上长途通信枢纽楼、一类国际卫星地球站及大型无线电台工程等。

二类市电建设投资较小，主要适用于地区级通信枢纽楼、市话局及国内卫星地球站。

三类市电主要适用于无人职守的模块局，并且多采用低压市电直接供电方式。

四类市电主要用于微波站及长途干线郊外站、增音站等，采用低压市电直接供电。

市电交流供电系统由变电所、电力线路及电力配电设备组成。

变电所担负着变电、配电的任务，其设备由高压配电设备、变压器、低压配电设备组成。

本书着重介绍包括高压柜、变压器、低压配电屏在内的市电交流变配电系统。

第二章

市电交流变配电系统

1交流变配电系统的组成

大、中型通信局（站）交流供电系统是由主用交流电源、备用交流电源、高压开关柜、电力降压变压器、低压配电屏、低压电容器屏、交流调压稳压设备和连接馈线等部分组成的供电总体。

主用交流电源均采用市电。

为防备市电停电，一般采用油机发电机等设备作为备用交流电源。

大、中型通信局（站）一般采用10kV高压市电（特大型局站也可采用35kV市电），经电力变压器降为380V/220V低压后，再供给整流器、不间断电源设备、空调设备和建筑用电设备。

小型局（站）则直接采用380V/220V低压市电电源。

主要交流变配电设备的作用和性能如下：

1．高压开关柜

其主要功能除了引入高压（一般采用10kV）市电、保护本局的设备和配线，还能防止由本局设备故障造成的影响波及到外线设备。

高压开关柜还具备操作控制和监测电压、电流的功能。

高压开关柜内安装有高压隔离开关、高压真空断路器（或油断路器）、高压熔断器、高压仪用互感器和避雷器等器件。

2．电力降压变压器

其作用是将10kV高压电源变换为380V/220V低压电源。

常用的电力变压器有油浸式变压器和干式变压器两种。

为减小变压器输出电压受输入市电波动的影响，也有的采用有载调压变压器。

油浸式变压器因受建筑消防规范的制约，不得与通信设备同建筑安装，一般与其它高、低压配电设备安装于独立的建筑内。

3．低压配电设备

其作用是将由降压变压器输出的低压电源或直接由市电引入的低压电源进行配电，提供市电的通断、切换控制和监测，并保护连接到输出侧的各种交流负载。

低压配电设备由低压开关、空气断路器、熔断器、接触器、避雷器和各种监测用电表组成。

4．低压电容器屏

根据无功电力就地平衡的原则，通信局（站）采用装设电容器屏的方式，进行功率因数的补偿。

屏内装有低压电容器、投切接触器、放电装置、投切控制装置和监测电表等部分组成。

5．调压稳压设备

在市电电压波动超出规定的范围时，需装设调压稳压设备使输出电压稳定在允许的范围内。

除大、中型局（站）采用有载调压变压器在高压侧调压外，小型局（站）一般采用自动补偿式电力稳压器和交流参数稳压器等设备。

2通信交流电源供电的质量指标

1.低压交流电源电压及频率

通信电源根据行业标准YD/T1050-2000《通信局（站）电源系统总技术要求》中规定，低压交流基础电源电压及频率允许的变化范围：

（1）标称电压：

220V/380V；

（2）标称频率：

50Hz；

2.交流电源直接供电的通信设备和电源设备供电要求：

（1）通信设备由交流电源供电时，在通信设备的电源输入端测量的电压允许变动范围为额定电压值的+5%～-10%。

（2）通信电源设备由交流电源供电时，在电源设备的输入端测量的电压允许变动范围为额定电压值的+10%～-15%。

（3）当市电电压不能满足上述的规定，或通信设备对电压有更高要求时，应采用调压或稳压设备以满足用电设备的要求。

（4）交流电源的频率允许变化范围为±4%；电压波形正弦畸变率不应大于5%。

3.通信局（站）建筑用电设备允许的偏差值

依据行业标准JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》，供电电压要求规定如下：

（1）一般电动机：

额定电压的5%。

（2）电梯电动机：

额定电压的7%。

（3）照明：

一般的工作场所为±5%；在视觉要求较高的房屋内为－2.5%～+5%；远离变电所的小面积一般公共场所，难以满足上述要求时，可为－10%～+5%；应急照明、道路照明和警卫照明为－10%～+5%。

（4）其它用电设备：

当无特殊规定时为±5%。

4.通信局（站）电子计算机供电电源的电能指标

通信局（站）电子计算机供电电源的电能指标应能满足国家标准《计算站场地技术要求》的规定数值，详见表1相关项目的规定。

表2-1计算机供电电源的电能指标

级别

A级

B级

C级

电压波动（%）

-5～+5

-10～+7

-10～+10

频率变化（Hz）

-0.05～+0.0

-0.5～+0.5

-1～+1

波形失真率（%）

≤5

≤10

3交流电源中的干扰电压

近年来，在通信系统的工程建设中，直流电源供电的相控整流设备，已由越来越多的高频开关整流器所取代。

其主要原因是高频开关整流设备具有效率高、功率因数高、体积小、可靠性强、重量轻、智能化程度高、模块式结构便于维护等优点。

但高频开关整流器对于来自交流电源的某些干扰比相控整流器更加敏感，因此在使用高频开关整流设备时，需要采取一些特别地保护措施。

除高频开关整流器自身具有的保护功能外，要求交流电源的输入电压不得超过整流设备的最大电压极限值。

要求设计人员应特别注意交流电源的供电质量、配电和接地系统的设计、尽量减小干扰因素。

交流电源的干扰除来自电源自身外，还存在非电源的干扰因素：

电源线接触不良、操作人员失误、软件误差和环境条件等。

但对于干扰应区分破坏性干扰和打扰性干扰。

前者必须予以消除或减轻，后者若不影响对用户的服务，可不必采取任何措施。

一个暂时整流器输出电压的干绕不会使通信业务中断。

4提高电能指标的措施

1.尽量减少电压的偏差

根据所建通信局（站）处的市电供电电压波动范围，合理选择变压器的变压比和电压分接开关。

由一、二类市电供电的通信局（站）市电供电电压和频率的变化范围大多在允许的范围内，选用常规的无载调压变压器均能满足供电要求。

对于地处偏远的通信局（站），市电供电的波动较大，需采取必要的调压措施。

在工程设计中，对于负荷较大的通信局（站）应配置有载调压变压器，而对用电负荷较小的局（站）而言，可在变压器的低压侧配置三相电力稳压器或调压器。

实际情况中较常选用三相电力稳压器，因该设备占地面积小，便于维护，故障率低；输入电压范围宽，可达±30％；输出电压稳压精度高，无级调压。

在实际工程中选用应注意以下问题：

（1）对于油浸变压器应选用三级无载分接调压开关。

开关有三个可调位置：

0、±5％。

变压器出厂时，调压开关设置于0位，用户可根据市电电压的高、低进行相应的设置。

（2）对于干式变压器应选用五级无载分接调压开关。

开关有5个可调位置：

10kV（6kV）±2x2.5％，另加零位。

变压器出厂时，调压开关设置于0位，用户可根据市电电压的高、低进行相应的设置。

对于配置多台变压器的局（站），各台变压器的无载分接调压开关应调在同一级上，以防并联运行的变压器由于其线电压、变压比不同，产生很大的环流而烧损变压器。

（3）有载调压变压器的选用。

有载调压变压器有油浸和干式两种，两种有载调压变压器的选用应根据变压器安装在的建筑物场所确定。

2.合理补偿无功功率

提高电力用户的功率因数，可以减少线路导线的截面积和电源容量，减少线路中的电压损耗及电压波动，从而提高了供电质量。

具体措施是：

（1）提高自然功率因数，降低各用电设备所需的无功功率以改善功率因数。

在选用设备时，应选择效率高及功率因数高的产品。

（2）采用无功功率补偿的方式提高功率因数。

无功功率补偿通常采用静电电容器的补偿方式。

根据《全国供用电规则》的要求：

无功电力应就地平衡。

用户在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压的变动，及时投入和切除，防止无功电力倒送。

3.尽量平衡三相负荷

在低压三相交流配电线路中，常有单相负荷的应用。

如果三相负荷分配不平衡，电能损耗变大，使变压器容量不能得到充分的利用。

因此，低压供电采用三相五线制配电系统，以及合理分配局内单相负荷使之尽量平衡，都可起到降低电能损耗的目的。

第三章

高压交流供电系统

1高压交流供电系统的组成

高压供电系统由高压供电线路、高压配电设备和变压器组成。

根据通信局（站）的规模及用电负荷而建设不同类型的变电所。

变电所从结构上分为室外（小型独立变电所）和室内独立变电所两种。

室内独立变电所包括小型变电所和配有成套高压开关柜的变电所。

1.1变电所的所址选择及设计原则

所址选择应遵循民用建筑设计规范中关于变电所所址选择的规定。

变电所位置选择，应综合考虑以下因素：

1．接近负荷中心；

2．进出线方便；

3．接近电源侧；

4．设备吊装、搬运方便；

5．避开有剧烈震动的场所；

6．不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所，如无法远离，不应设在污源的下风侧；

7．不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方或贴邻；

8．不宜设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围内和布置在与火灾危险场所的建筑毗邻时，应符合现行的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；

9．变配电所为独立的建筑时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所；

10．高层建筑地下层变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所；

11．变电所位于高层建筑地下室时，不宜设在最底层。

当地下仅有一层时，应采取适当抬高该场所地面的防水措施。

并应避免洪水或积水从其它渠道淹渍变电所的可能性。

12．装有可燃性油浸电力变压器的变电所，不应设在耐火等级为三、四级的建筑中；

13．在无特殊要求的多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的变电所，可设置在底层靠外墙部位，但不应设在人员密集场所的上方、下方、贴邻或疏散出口的两旁；

14．高层建筑的变电所，宜设置在地下层或首层，当建筑物高度超过100m时，也可在高层区的避难层或技术层设置变电所；

15．一类高、低层主体建筑内，严禁设置装有可燃性油的电气设备的变电所。

二类高、低层主体建筑内，不宜设置装有可燃性油的电气设备的变电所，如受条件限制亦可采用难燃性油的变压器，并应设在首层靠外墙部位或地下室，且不应设在人员密集场所的上方、下方、贴邻或疏散出口的两旁，并应采取相应的防火和排油措施；

16．大、中型城市除居住小区的杆上变电所外，民用建筑中不宜采用露天或半露天的变电所，如确因需要设置时，宜选用带防护外壳的户外成套变电所。

1.2变电所供电系统的设计原则

因变电所作为通信局（站）的供电中枢，其设备选用和系统的接线方式直接影响供电系统的运行质量。

根据通信设备的供电要求，设计时变配电设备应选用技术先进、运行可靠、经济合理、主接线简单、保证维护人员操作安全、线路布局合理以及便于安全维护的产品。

2高压变配电系统

2.1通信局（站）变电所的类型

2.1.1小型变电所

小型变电所一般包括杆上式、地面露天或半露天式、室内安装式，均为单母线接线方式，一般由高压供电线路、操作开关、熔断器、避雷器组和变压器组成。

高压操作开关通常是采用熔断器开关、带熔断器的负荷开关、油断路器开关或由跌开式开关和负荷开关组成。

变压器的过负荷及短路保护是通过油断路器开关、熔断器或跌开式熔断器开关实现。

这种接线方式结构简单、造价低廉、散热效果好、占地面积小、操作方式简单，但变压器的容量一般不大于400kVA。

上述采用油断路器开关或负荷开关操作的变压器均可带负荷操作。

采用跌开式熔断器开关操作时，必须断开低压负荷后，才允许进行开关的分合闸操作。

地面露天或半露天式变电所虽然造价低廉、安装维护简单，但供电的安全性较差，须采取必要的防护措施。

2.1.2大、中型变电所

这种形式的变电所由高压供电线路、一套高压供电设备、一至多台变压器组成。

大型通信局（站），需用容量较大得变压器，且在通信网中的地位很重要，因此除要求市电供电安全可靠，提供可靠的一路或两路市电电源外，对市电供电线路及变压器应有较完善的继电保护措施。

2.2高压供电系统的接线方式

高压供电系统的接线方式，有单母线和双母线两种。

具体接线分为环形、树干式、放射式3种类型。

通信局（站）无论具有一路或两路市电电源，其接线方式均采用单母线树干式接线方式。

1．采用环形供电系统（通过母联开关实现），该系统市电供电极为可靠。

当局（站）有三路高压市电引入时采用；

2．采用树干式供电系统（一路或两路市电），由变电所的高压母线供电给一台或多台变压器，高压的进线和出线均装有断路器或负荷开关和熔断器。

当采用多台变压器供电时，每台变压器各带部分负荷，分段或并联运行。

在变压器的低压侧，设有母线联络开关，当系统中一台变压器出现故障时，由剩余的其它变压器供全部负荷。

2.3运行方式

1.两路高压市电供电的通信局（站），一路作为主用、另一路作为备用电源。

主、备用供电的切换方式有如下三种：

（1）备用电源自投、主用电源自复的方式（兼有手动操作功能）。

即当主用电源停电时，备用电源自动投入运行；当主用电源恢复正常时，则自动切除备用电源转为主用电源供电。

（2）两路电源互为主备用的方式。

当主用电源停电时，备用电源采用手动或自动方式合闸；当备用电源停电时，主用电源手动或自动投入运行。

（3）主用电源停电后，备用电源自动投入运行；主用电源恢复正常后，需手动切除备用电源，恢复主用电源的运行。

当两路市电电源为主、备用供电方式时，备用电源采用何种合闸方式，应得到当地供电部门的认可。

2.两路高压市电采用分段供电的运行方式，多为通信局（站）供电需求较大，且受高压供电线路容量或市电变电站容量的限制。

而通信局（站）内一次高压供电系统接线有以下两种形式：

（1）高压供电系统一次接线中两路市电电源间不设母联开关，两路市电分供负荷（变压器应考率均衡配备）。

采用这种运行方式，需在低压供电系统间设有母联开关，当其中一路市电停电时，母联开关动作，由另一路市电保证重要负荷。

（2）高压供电系统一次接线中两路市电电源间设有母联开关，当一路市电停电时，通过母联开关由另一路市电保证重要负荷的供电。

3高压开关柜构造分类及运行特点

3.1高压开关柜分类及型式

用来接受电能、分配电能的电气设备称为配电装置。

成套配电装置是以断路器为主体，将其他各种电器元件根据主接线的要求和控制对象及主要电气元件的特点，将高压电器、测量仪表、保护装置及辅助设备等，按照一定的接线方式装置组合为一体，构成成套配电装置（亦称高压开关柜）。

用于发电、输电、配电和电能转换等系统中。

高压开关柜是由一次电气元件、二次控制，保护、测量、调整元件和电气连接，再加上辅件、外壳等组合成的整体。

3.1.1高压开关柜的特点

1.高压开关柜有金属外壳（柜体），电气设备和载流体不易被灰尘侵蚀脏污，便于维护。

对处在污秽地区的变、配电所，这一优点更为突出。

2.高压开关柜在制造厂进行机械化成批生产，易于实现系列化、标准化。

定型设计生产的配电装置，具有结构紧凑、布局合理、体积小、降低造价、装配质量好和运行可靠的特点。

3.高压开关柜的电气设备安装、线路敷设与变、配电所施工分开进行，可缩短基建时间。

3.1.2高压开关柜的分类

1.按照柜体结构特点可分为开启式和封闭式。

开启式的开关柜高压母线外露，柜内各元件也不隔开，结构简单，造价低。

封闭式开关柜其母线、电缆头、断路器和测量仪表等均被相互隔开，运行较为安全，可防止事故扩大，适用于工作条件差、要求较高的用电单位。

2.按元件的固定特点可分为固定式和手车式。

固定式的全部电气设备均固定在柜内。

手车式开关柜的断路器及其操作机构（有时包括电流互感器、仪表等）装在可以从柜内拉出的小车上，便于检修和更换元件。

断路器在柜内插入式触点与固定在柜内的电路连接，并取代了隔离开关。

3.按其母线套数可分为单母线和双母线；35KV以下的配电装置，一般采用单母线。

4.按其电压等线可分为高压配电装置和低压配电装置。

3.1.3高压开关柜的型式

常用高压开关柜型式见表3-1所示。

表3-1高压配电装置的类别及其型号编制

序号

项目

说明

1

高压配电装置的类别

1－1

概述

高压配电装置指高压开关柜，是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，其中安装有高压开关电器、保护设备、监测仪表和母线、绝缘子等

高压开关柜按其主要设备元件的安装方式分，有固定式和手车式（移开式）两大类；按开关柜隔室的构成型式分，有铠装型、间隔型、箱型和半封闭型等；按其母线系统分，有单母线的、单母线带旁路母线的和双母线的等型式

1－2

固定式高压开关柜

其主要设备包括断路器、互感器和避雷器等及其他设备都是固定安装的，如GG-IA（F）、KGN、XGN等型开关柜。

图中所示为GG-IA（F）型开关柜外形结构图

固定式开关柜具有结构比较简单、制造成本较低的优点，但主要设备如断路器发生故障或需要检修试验时，则必须中断供电，直到故障消除或检修试验完成后才能恢复供电，因此这类固定式高压开关柜主要用在企业的中小变配电所及负荷不是很重要的场所。

1－2

固定式高压开关柜

GG-IA（F）－07S型高压开关柜

1—母线；2—母线侧隔离开关（GN8-10型）；3—少油断路器（SN10-10型）；4—电流互感器（LQL-10型）；5—线路侧隔离开关（GN6-10型）；6—电缆头；7—下检修门；8—端子箱门；9—操作板；10—断路器的手力操动机构（CS2型）；11—隔离开关的操作手柄（CS6型）；12—仪表继电器屏；13—上检修门；14、15—观察窗

1－3

手车式（移开式）高压开关柜

手车上的。

这些设备如发生故障或需要检修试验时，可随时将其手车拉出，再推入同类备用手车，即可恢复供电，停电时间很短，大大提高了供电可靠性。

手车式开关柜较之固定式开关柜，具有检修安全、供电可靠性高等优点，但制造成本较高，主要用于大中型变配电所及负荷比较重要、要求供电可靠性高的场所。

常用的用车式开关柜有GC□、JYN□等型

图中所示为GC□-10（F）型手车式开关柜的外形结构图

GC□-10（F）型高压开关柜

1—仪表继电器屏；2—手车室；3—上触头（兼起隔离开关作用）；4—下触头（兼起隔离开关作用）；5—SN10-10型断路器手车

1－4

环网高压开关柜

环网高压开关柜一般由三个间隔组成，其中一个电缆进线间隔，一个电缆出线间隔，另一个为变压器回路间隔

环网柜的主要电气元件有高压负荷开关、熔断器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等

环网柜具有可靠的防误操作设施，达到了规定的“五防”［注］要求。

环网柜在我国城市电网改造和建设中得到了广泛的应用

HXGN1-10型环网开关柜

1—下门；2—模拟电路；3—显示器；4—观察窗；5—上门；6—铭牌；7—组合开关；8—母线；9—绝缘子；10—隔板；11—照明灯；12—端子板；13—旋钮；14—隔板；15—负荷开关（断开状态）；16—连杆；17—负荷开关操动机构；18—支架；19—电缆（用户自备）；20—固定电缆支架；21—电流互感器；22—支架；23—高压熔断器；24—连杆

［注］：

“五防”是对高压开关柜结构的安全要求：

①防止误跳、误合断路器；"防止带负荷拉、合隔离开关；②防止带电挂接接地线；③防止带接地线合隔离开关；④防止人员误入开关柜的带电间隙。

有的开关柜型号末尾加注有“（F）”的，即为达到“五防”的防误型开关柜

2－1

老系列高压开关柜的全型号格式和含义

2－2

新系列高压开关柜的全型号格式和含义

3.2高压开关柜主要型式结构及运行特点

我国以前使用较多的固定式高压开关柜有GG-1A，GG-7和GG-10型。

新型固定式高压开关柜具有“五防闭锁”功能，适用于三相交流50Hz，额定电压3～10kV，额定电流2500A的单母线系统，并可派生出单母线带旁路和双母线结构，作为接受和分配电能之用。

将取代GG-1A，GSG-A,GPG-1A型产品。

“五防闭锁”系指：

1.防止误分、误合断路器；

2.防止带负荷分、合隔离开关；

3.防止带电挂地线；

4.防止带地线合闸；

5.防止误入带电间隔。

因此，五防柜加强了电气机械联锁措施，使操作程序化，防止了误操作，提高了安全性和可靠性。

GG-1A型高压开关柜一般加装“五防”措施，即生产了GG-1A（F）型。

近来一些符合新的国家标准和国际电工委员会（IEC）298标准的新型高压开关柜已陆续生产，有JYN-10、KGN-10、KYN-10型等10kV高压开关柜。

3.2.1GG-1A（F）型

GG-1A（F）型高压开关柜为固定防误型，广泛用于工矿企业、变配电所，三相交流50Hz，电压3～10kV单母线系统中，作为接受和分配电能用。

柜内电器元件已更新，高压断路器采用SN10-10I、II、III型或ZN5-10型真空断路器，电流互感器采用LA，LDZJ1、LDZ或LFZ1型，电压互感器采用JDZB型浇注绝缘，操动机构大部分采用了CT7、CT8或CD10型。

GG-1A（F）型高压开关柜具有