高低压变配电系统介绍

PAGEPAGE17高低压变配电系统介绍高压供电系统1)系统定义及组成高压是一个相对的概念，在邮电通信领域，我们通常所指的高压电源即为10KV电源（少量地方会用到35KV）。我们自己局内的高压供电系统一般要完成进线、避雷、测量、计量、出线、联络等功能。这些功能有些可以不必单独使用一台柜体，如进线和避雷，测量和避雷等等，经常会安装在同一个柜体内，以节省空间和投资。另外，对于容量较小的局站（400KVA以内），根据国家规定，也可以不配置高压系统，而通过跌落式保险直接将10KV电源送入变压器。2)系统运行方式由于重要的通信局站往往不止有一路高压外市电引入，因此，使得高压供电系统有不同的主结线型式（是采用单母线或分段单母线）。对于两路市电电源是主、备用运行或两路市电分段运行供电，当其一路市电停电及该路市电来电后的切换及投入方式又存在不同的选择。两路市电引入时，高压系统运行时的切换方式通常有如下几种（具体根据工程实际情况或已确定的方案取舍）：a.当两路市电为主、备用时，两路进线开关的切换有如下三种方式：备用自投，主用自复。备用自投，主用手动投入。两路电源的切换均采用手动操作。b.当两路市电互为主、备用时，两路进线及母联开关的切换方式：母线分段，母联自投。当主用市电停电后，备用市电开关自动投入，当备用市电停电后，主用市电开关自动投入。c.当两路市电电源均有容量限制（每路均小于总用电需求）时的切换方式：平时母线分段运行，当其中一路市电故障时，母联开关手动操作投入，由另一路市电供给故障回路变压器供电（此种联络方式应限制低压侧负荷不超过单线路容量）。d.平时母线分段运行，中间不设母联开关（有些地方供电部门要求），当其中一路市电停电时，则依靠低压系统母联开关进行联络，供保证负荷用电。3)高压配电设备的继电保护继电保护主要至对高压系统中的故障情况自动进行的保护措施。对于保护装置的选择，目前我们一般选择微机综合保护监控装置。对于继电保护的内容可参见下表：柜子名称保护类型进线柜出线柜联络柜过流保护***速断保护***接地故障保护*零序保护*变压器超温跳闸保保护*4)高压操作电源及信号高压二次回路的操作电源是交流（AC110V或AC220V）或直流(DC110V或DC220V)。目前，一般常用直流DC220V，由一套小容量的高频开关电源及一组蓄电池（阀控式密封铅酸免维护蓄电池）组成，并具有多个输出分路供合闸小母线和控制小母线用电。信号装置配置(如：模拟显示板，信号屏等)。5)电能计量装置根据供电部门对计费的要求，电能计量装置有不同的计费方式（采用高压或低压计费），采用专用柜或非专用柜（满足供电部门要求和建设单位的内部核算要求）；电度计量表有时又需要分为动力、照明、商用等多种不同收费标准配置，但高压部分的计量一般均只对总负荷测量并计费。6)高压柜种类对应电压等级，我们会接触到的高压柜也有35KV和10KV两大不同种类，10KV高压柜体积一般0.8米宽、1.5米深、2.2米高，而35KV高压柜的体积更大一些，可达1.5米宽、3米深、2.6米高（每台重达2吨）。另外，对于10KV的电压等级，在环网站（开闭所）或者某些较小型的局站内，也采用环网柜（常配置真空负荷开关加熔断器为主要部件），环网柜的体积可以做得更小（宽度可做到350~500mm、深度可做到1米以内、高度不超过2米）。7)局内高压供电系统与上级网络的关系我国的大中型城市一般由110KV或220KV的高压变电站组成环网，这些变电站的输出电源即为我们常用的35KV或10KV的高压输入电源。另外，为了便于配电，在深入城市的负荷中心处一般还建有环网站或开闭所（主用于配电）。一般我们说一类市电的两路电源是完全独立的，就是至引入的两路10KV市电电源要求分别从不同的变电站、不同的环网站由不同的路由引入。对于工程项目的建设，一般从变电站或环网站（开闭所）内的配电系统上引至我们的高压配电系统的进线端均是由供电局负责设计和施工和后期的维护，并且这些设备和系统不管是谁投资，最后都是属于供电局的财产。通常，我们自己负责的系统和设计都是从局内部的高压进线柜的进线端以后进行，这是在国内是最常见的与供电局的设计和建设的分工界面。8)其他对于高压配电柜，内部最重要的器件莫过于真空断路器，现在常用的比较好均为进口产品（ABB的VD4、西门子的3AH系列及施耐德的Evolis等质量均不错），断路器的容量最小为630A，其次为1250A，都是我们常用的规格。另外，微机型综合继电保护装置是高压柜的控制中枢，也是高压柜内的一个重要部件，一般均采用进口产品以保证其质量。对于柜内其他部件，由于种类多，技术指标更多，这里就不再一一列举。一般在设计中和技术要求中，设计单位必需根据工程实际情况需要逐一提出要求，使订货产品能够满足工程需要。变压器1)分类从变压器的工作方式，可分为干式变压器和油浸式变压器两种，干式变压器具有无油、防火、寿命长、低噪音、维护简单、安全可靠等特点，因此，在室内我们现在一般均使用干式变压器。油浸式变压器相当于干式变压器有更好的抗雷击能力，因此，多应用于室外（小型）场所。2)电压等级及容量对应于不同电压变比，变压器有10KV（35KV）变380V，还有35KV变10KV。一般10KV（35KV）变380V的变压器最大容量可做到2500KVA，这主要是受到低压进线开关的限制，因此，目前尚未有超过这一容量的变压器出现。另外，受各地市供电局的地方规定影响，有可能部分地区10KV变380V的变压器最大只能应用到1600KVA。而35KV变10KV的变压器最大容量目前可以做到20000KVA以上，主要可用于超大容量的区域的第一级变配电。3)调压方式从变压器的调压方式上，又可分为有载调压变压器和无载调压变压器，一般我们常使用无载调压变压器，它可以在不带负载的情况下对输出进行适当调整（电压可调范围10KV±2x2.5%）。当高压电源波动较大，超过7%时，就应该采用有载调压变压器，它可以在变压器带载工作时随时根据电网的波动对输出电源进行适当调整（电压可调范围：10KV± 4x2.5%）。有载调压的容量与变压器容量基本配套，10KV最大可做到2500KVA，而35KV最大只能做到16000KVA。4)其他相关干式变压器，还有许多技术指标，如过载能力、是否有风扇可以强制风冷、绕组材料、空载及负载损耗、温控装置、温度传感器等等，一般在设计中和技术要求中，设计单位会根据工程实际情况需要逐一提出要求，因此，这里就不再一一列举。低压供电系统1)系统定义及组成低压也是一个相对的概念，在邮电通信领域，我们通常所指的低压电源即为380V电源（对于综合布线等专业，则统称为强电）。一个局内的低压供电系统一般要便布整个大楼，它包括低压配电室内的一系列低压配电柜做为一级配电，在各楼层和各机房内，还有二级配电屏来完成末端的配电工作。整个低压配电系统要完成进线、避雷、补偿、测量、计量、出线、联络等功能。一般低压配电柜的避雷和计量由于体积较小都不单独安装，经常会安装在其他柜体内。2)低压供电系统的结构低压供电系统往往是由多个子系统构成，首先，每台变压器一般会配套一个低压配电系统，其次，在各个机房根据实际需要还会配置一些二级或这三级的低压配电系统。另外，不少局站还有油机专用的配电系统，这些系统相互关联，构成错综复杂的供电网络。建设一套合理的低压供电网络时，首先，要考虑低压市电电源与备用发电机组电源之间的供电关系及切换地点。其次，对于两台以上变压器的局站，低压侧之间的供电系统联络方式也必须考虑清楚。第三，还要考虑对于保证供电的重要负荷及其他用电负荷的供电方式。最后，由于在低压系统有可能还会涉及到分负荷种类计量，因此，对于动力、照明、商用等等负荷还需要根据负荷种类分别安排在一起配电。以上种种方面对低压系统的结构都会造成比较大的影响，在建设之初就必须考虑情况，防止后期使用不便的问题出现。3)低压供电系统的运行方式低压供电系统中不同变压器的低压侧之间的联络一般常采用手动切换，在切换时，维护人员可以根据变压器的供电能力情况合理选择优先保证的负荷。对于比较重要的通信局站，要求每台变压器必须有检修电源（备用电源），这就要求对于多个子系统的局站，一般各子系统之间都应该进行联络。对于低压市电电源与备用发电机组电源之间的切换，最好能够自动进行，因为只有实现自动化运行，才能真正满足规范的要求，减少停电时间、减少后备电池的配置容量、减少维护人员的工作量。在各种低压系统的切换中，一般均设置一路为主用电源，当主用电源故障时，才使用备用的分路，当主用电源恢复后，应切换回主用电源供电。4)低压配电设备的各种保护低压配电设备的保护主用指的是断路器的保护功能，一般有长延时、短延时、瞬时、接地等等（术语称为三段保护、四段保护等等）。对于断路器的脱扣方式，还有分励脱扣、失压脱扣，手动、电子。对于低压系统的分级保护功能，一般微型断路器需要2.5倍左右的比率才能实现，对于一般的塑壳断路器和框架断路器，各个产品均有相关的速查表格，在建设时可以根据厂家提供的分级保护配置参数，来确定各级断路器的容量和参数选择。另外，现在新型的断路器还有选择型脱扣的功能，对分级保护功能的可靠性和方便性有了更大的提供。低压开关的各种保护功能都是通过脱扣器实现的，一些高级别的脱扣器还具有电压、电流、功率、频率、谐波含量等等监测功能并带有智能通信接口，除了完成基本的保护功能，还可以很方便的实现测量和监控功能。5)功率因数补偿对交流供电系统中的无功功率，我们所采取的补偿方式目前是在低压进行集中补偿或分散补偿。补偿达到的功率因数（COSФ）指标，最小为0.9，一些系统甚至达到0.95或更高。为更好抑制谐波的放大，避免5次以上谐波(250Hz)造成的谐振，应采用调谐电抗电容器组（串联于电容器端的电抗器），要求XL（感抗）=6%XC（容抗）。另外，低压补偿需要和油机联动，即只在市电供电时补偿，市电停电后，油机供电时不能进行补偿（油机功率因数要求0.8，如果补偿指0.9或更高的情况，油机运行时有可能造成飞车等现象而导致油机停机）。6)低压柜种类对应低压开关的安装方式不同，低压柜可以分为抽出式、抽屉式以及固定式。抽出式和抽屉式低压柜的防护性能更好、开关的更换也相对方便，一般在变配电室内，常用抽出式（对于框架断路器）和抽屉式（对于塑壳开关）低压配电柜。而固定式的低压柜相比之下更节省空间，由于开关是固定安装的，所以开关的安全可靠性也较高，在各通信机房内，我们常见到的低压交流屏就是固定式。低压柜的体积根据内部安装的开关规划、数量和进出线方式的不同有较大的变化，一般变配电室内的低压柜约0.6米～1米宽、0.8米～1.2米深、2.2米高。固定式安装的低压配电柜则体积变化更大，最小的空调末端配电柜厚度可以只有300mm，宽600mm，高1.8米，更小的则做成箱体直接挂在墙上。备用发电系统1)备用发电设备种类备用发电设备目前常用柴油发电机组和燃气轮发电机组，对于基站等小型站点，也有使用小型汽油机做为临时电源的情况。柴油发电机组是我们最常用的交流备用电源，功率从几十KW直到最大可达2000KW。更大功率的油机因体积太大，需要的进排风空间太大，一般在通信上不再采用。燃气轮发电机组目前国内通信领域主要应用1600KW和3000KW两种型号，它对于大功率需求的站点，相比油机有更大的优势。另外，对于柴油发电机组和燃气轮发电机组，为方便安装和使用，还有室外型静音机组（最大室外静音型成品机组为1600KW）、车载移动机组（燃气轮车载可达1000KW）等等不同的分类。2)油机分段运行及并机当有两台以上油机工作时，可以采用分段运行或并机工作的方式。当两台油机分段运行时，两台油机是完全独立的，当两台油机并联运行时，两台油机的输出电源必须在电源、频率、相位等方面均保持一致，否则就会撞车。多台油机在同一局站时，通过配电系统的不同配置和油机并机控制系统的功能，可以实现即可分段运行又可并机运行，或者即可以主备用运行又可以并机运行等多种工作方式。在多台油机具备多种工作方式时，还可以通过控制器的一些功能提高油机的使用效率，比如：二机组并机后，如总负载低于一台机组容量的80％时，自动撤出并停掉另一台油机，反之，两台机组仍并机运行。3)油机的启动备用发电机组最好采用自动启动的方式，以便尽量减少电池放电时间。油机的自动启动信号有两种类型。一种是380V的三相四线制交流信号，一般它即做为油机控制器等的市电电源，又可做为判断市电停电的信号源。另一种是干节点形式的市电停电信号，可以取自低压系统中的ATS开关或高压系统中的断路器辅助节点。两种方式各有优缺点，380V交流电源可以远距离传输，干节点信号则可避免雷击、浪涌等损耗油机控制器。4)油机的供油油机要工作，必须有足够的燃油，油机的燃油储备一般有两级，日用油箱和油罐。日用油箱一般储备8小时之内的燃油，油罐则相对较大，3～5吨，安装在地下、半地下的专用油库中。一般我们使用的机组，耗油量约250g/KWh,即1000KW的油机每小时耗油为250公斤，近300升。5)油机的进排风、消噪音及排烟净化油机在工作时产生巨大的噪音并需要大量的燃烧和冷却空气。这在工程建设时就要求我们必须根据油机的进排风量的需要预留好足够的进排风空间，才能使油机得以正常工作。而油机的消噪音与油机的进排风空间有密切的关系，为更好的考虑消噪音的效果，一般油机的进排风空间截面需要增大一倍并且需要预留足够的通风距离。6）采暖油机在寒冷的地区安装时，必需有一定的采暖设施，以保证油机能够随时正常启动。但专门的采暖设施，比如暖气片等，即影响油机室的空间利用，又对油机的安全运行有一定的影响，因此，设计时应考虑尽量不加装。在南方地区，由于冬季气温不是特别低，一般不需要在机房内安装专门的采暖设施，只需要为油机设备本身配置水套水加热器即可。7）油机的部件一台完整的发电机组由很多部件组成，下面是湖北移动订货时油机厂家提供的一台油机的部件清单：瑞典VOLVO柴油发动机、法国LEROY-SOMER交流发电机、50℃环境温度散热器，双层散热、电启动马达、12V充电机、电子调速器、标准空气过滤器、SDMOMICSTelysS4500控制屏带RS232或485通信接口、梅兰日兰空气开关、钢制底座带防震垫、底座式日用油箱、水箱防锈液、水箱纯净水、排烟消声器、波纹管、12V蓄电池、电瓶原液、12V市电电池充电器、燃油软管及机油排放手柄、单轴承防滴式发电机、IP21防护外壳、绝缘等级H、用户操作手册、塑料布包装、水套水加热器、底座式油箱、油水分离器、电动及手摇油泵、油管、排气管。如此众多的部件，我们都需要关注其是否提供及其品牌质量，尤其是油机最重要的三个部件，即发动机、发电机和控制器如果质量和选择不好，则会直接影响到油机的运行和使用寿命。8）油机容量选择油机容量选择不但和市电状况有关，还与整个局站电网的质量情况有关。一般一、二类市电供电的局（站），应按各种直流电源的浮充功率、蓄电池组的充电功率、交流供电的通信设备功率、保证空调功率、保证照明功率及其他必须保证设备的功率等确定。市电质量更差时，还应该包括一些生活用电的功率。另外，对交流不间断电源设备（UPS），核定其需要发电机组保证的功率时应根据其输入电流谐波含量的大小确定，当输入电流谐波含量在5%～15%时，其需要的发电机组保证功率按UPS容量的1.5～2倍计算。5.市电油机电池配置电池容量的配置和交流电源的可靠程度密切相关，即将出台的设计规范规定一类市电、一台油机，最少配置1小时，二类市电、两台油机，最少配置1～2小时。交流电源更差或在一些特殊局站内，电池放电时间还需要延长。详细配置情况可参考下表：市电类别局站类别配置台数及放电小时数项目通信枢纽①中小型综合通信局交换局市话模块局光缆.微波有人站光缆.微波无人站③移动通信基站卫星通信地球站无线电台邮件处理中心无线设备传输设备一类市电备用发电机组台数数1111————111电池总放电小时数数1111————1—1二类市电备用发电机组台数数2221~222——221电池总放电小时数数11~21~23~13②1~31213~4三类市电备用发电机组台数数—2—1~222④222电池总放电小时数数—2~3—4~26~8②2~42013~4四类市电1备用发电机组台数数————22⑤———电池总放电小时数数————8~1