交流供电系统培训(中级)

交流供电系统2012年9月主要内容高压配电系统低压配电系统高压供电系统—电力网电力系统：是由发电厂、电力线路、变电站、电力用户组成的供电系统。它包含了电能的生产、输送、变换和分配等环节。电网：在电力系统中，各级电压的电力线路以及相联系的变电站称为电力网，简称电网。国家电网、地方电网、配电网。国家电网：通常用电压等级及供电范围大小来划分电网种类，一般电压在10KV以上到几百KV且供电范围大的称为区域电网，如果把几个城市或地区的电网组成一个大电网，则称国家级电网。地方电网：电压在35KV以下且供电范围较小，单独由一个城市或地区建立的发电厂对附近的用户供电，而不与国家电网联系的称为地方电网。配电网:而包含配电线路和配电变电站，电压在10KV以下的电力系统称为配电网。电力网高压供电系统-电力网电力网电力系统的输配电方式示意图我国目前采用的输电标准电压有：35KV、110KV、220KV、330KV、500KV。配电标准电压有6KV、10KV等。

高压供电系统-电力网基本要求：在电能的传送和分配过程中，要求电力系统供电安全可靠，停电次数少而且停电时间短，电压变动小，频率变化小，波形畸变小等。电压要求：《全国供用电规则》中第5条的相关子目规定，电压允许的偏差为：35kV及以上供电及对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的±5％；10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的±7％；低压照明用户为额定电压的+5％~－10％。频率要求：电网容量在300万kW及以上者，频率允许偏差为±0.2Hz；电网容量在300万kW及以下者，频率允许偏差为±0.5Hz。谐波允许偏差：分谐波电压和谐波电流允差国家标准GB／T14549-93《电能质量、公用电网谐波》中的第4、5条，用户用电入口处，总的谐波电压、谐波电流的限值的规定如下：电力系统的供电质量要求和电压标准高压供电系统-电力网谐波电压允许偏差：电力系统的供电质量要求和电压标准谐波电流允许偏差：高压供电系统-变压器对于用电设备来说，它的额定电压规定与同级电力线路额定电压相等。发电机的额定电压比电网电压高5％是考虑到负荷电流导致在线路上产生压降损失。变压器在与发电机直接相联时（通常为升压变压器）,它的一次线圈额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级线路额定电压的5％;不与发电机直接相联时,即相当于线路上的用户设备时（通常为降压变压器），其一次线圈的额定电压应与线路的额定电压相等。变压器二次线圈的额定电压是指变压器一次侧加入额定电压，而二次侧开路的电压即空载电压，而在满载时二次线圈内有约5％的电压降。如果变压器二次侧供电线路较长，则变压器二次侧线圈的额定电压一方面要考虑补偿变压器内部5％的阻抗电压降，另一方面还要考虑线路上的压降损失需高于线路额定电压5％，所以它要比线路额定电压高10％。如果变压器二次侧供电线路不太长，则变压器二次侧线圈的额定电压只需高于线路额定电压5％，仅考虑补偿变压器内部电压降。对于电信局（站）中的配电变压器，其一次线圈额定电压即为高压配电网电压，即6KV或10KV。二次线圈额定电压因其供电线路距离较短，一般选400/230V，而用电设备受电端电压为380/220V。关于变压器电压高压供电系统-电力负荷电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率(kW)、容量（kVA）或电流(A)。一级负荷：指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染，造成经济上的巨大损失，以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的。二级负荷：是指突然中断供电会造成较大的经济损失，以及突然中断供电将会造成社会秩序混乱或在政治上产生较大影响。三级负荷：是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷，对这类负荷，突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。供电要求：一级负荷供电须两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到影响，以继续供电。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设立急电源。负荷分类及供电要求高压供电系统-配电高压配电方式，是指从区域变电所，将35KV以上的高压降到6~10KV高压送至企业变电所及高压用电设备的接线方式，称为高压配电。基本方式有三种：放射式、树干式及环状式。高压配电方式-放射式特点：线路敷设简单，维护方便，供电可靠，不受其它用户干扰，适用于一级负荷。高压供电系统高压配电方式-树干式特点：减少线路的有色金属的消耗量，采用的开关少，投资小。但供电可靠性较低。高压供电系统高压配电方式-环状式特点：环状式系统的优点是运行灵活，供电可靠性较高，当线路的任何地方出现故障时，只要将故障邻近的两侧隔离开关断开，切断故障点，便可恢复供电。

高压供电系统变电所一次线路局站变电所从电力系统受电经变压器降压后馈送至低压配电房。要求变电所尽量靠近负荷中心，从而缩短配电距离，使之减少电能损失。并且主接线应简单而运行可靠，同时要便于监控和维护。市电的引入一般均从附近现有公用电网上引入馈电线，采用专用电力电缆。应根据附近电网中变电所的位置，电压等级，供电质量，局站重要性等情况选取合适可靠的市电。一次线路，表示的是变电所电能输送和分配的电路，通常也称主电路。根据通信局站市电引入的情况和局站对电源可靠性要求的不同，可以有不同的一次线路方案，如图所示。图（a）为一路市电引入时通常采用的一次线路，图（b）表示的两路市电引入时通常采用的一次线路方案之一。二次线路：用于对一次设备（或一次线路）进行控制、调节、继电保护的线路，包括自动装置、测量和信号回路以及操作电源等。二次线路设备通过互感器与一次设备建立联系。高压供电系统-配电变电所一次接线图高压供电系统—高压电器高压断路器用途：在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。在高压电路中起控制作用，是高压电路中的重要电器元件之一。具有分断和接通高压正常负荷电流及承受一定时间的短路电流的功能，并在保护装置的作用下自动跳闸以切断短路故障。断路器的工作状态(断开或闭合)是由它的操动机构控制的。故障情况时在继电保护装置的作用下迅速断开电路。分类：高压断路器的种类繁杂，一般可按下列方法分类。按断路器的安装地点分可分为户内式和户外式两种；按断路器灭弧原理或灭弧介质可分为油断路器、真空断路器、六氟化硫(SF6)断路器等等。油断路器采用绝缘油作为灭弧介质的断路器，称为油断路器。真空断路器是利用“真空”作绝缘介质和灭弧介质的断路器。六氟化硫(SF6)断路器是采用具有优质绝缘性能和灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质的断路器。SF6断路器具有灭弧性能强、不自燃、体积小等优点。高压供电系统—高压电器高压断路器主要参数：额定电压额定电压是指高压断路器正常工作时所能承受的电压等级，它决定了断路器的绝缘水平。额定电压(UN)：是指其线电压。常用的断路器的额定电压等级为3、10、20、35、60、110kV……额定电流：额定电流是在规定的环境温度下，断路器长期允许通过的最大工作电流(有效值)。常用断路器的额定电流等级为200、400、630、1000、1250、1600、2000、3150A……额定开断电流：额定开断电流是指在额定电压下断路器能够可靠开断的最大短路电流值，它是表明断路器灭弧能力的技术参数。关合电流：关合电流是指保证断路器能可靠关合而又不会发生触头熔焊或其他损伤时，断路器所允许接通的最大短路电流。在断路器合闸前，如果线路上存在短路故障，则在断路器合闸时将有短路电流通过触头，并会产生巨大的电动力与热量，因此可能会造成触头的机械损伤或熔焊。高压供电系统—高压电器高压断路器型号及含义：例如ZN4－10／600型断路器，表示该断路器为室内式真空断路器，设计序号为4，额定电压为10kV，额定电流为600A。高压供电系统—高压电器隔离开关作用：隔离开关主要用于隔离检修设备与高压电源。当电气设备检修时，操作隔离开关使须检修的设备与同电压的其它部分呈现明显的隔离。分类：按安装地点分，可分为户内式和户外式；按刀闸运动方式分，可分为水平旋转式、垂直旋转式和插入式；按每相支柱绝缘子数目分，可分为单柱式、双柱式和三柱式；按操作特点分，可分为单极式和三极式；按有无接地刀闸分，可分为带接地刀闸和无接地刀闸。型号：举例：GN8-10/600,表示户内高压隔离开关，额定电压10KV，额定电流600A。主要参数：包括额定电压、额定电流、热稳定电流、动稳定电流，参数含义同断路器。高压供电系统—高压电器隔离开关操作注意：隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置，不允许用它带负载进行拉闸或合闸操作。隔离开关拉闸时，必须在断路器切断电路之后才能再拉隔离开关；合闸时，必须先合入隔离开关后，再用断路器接通电路。其它：隔离开关具有分断一定的小电流功能：如在10KV电压（或以下）线路上电流小于15A时，励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路，电压互感器及电流互感器等。

高压供电系统—高压电器负荷开关作用：高压负荷开关是高压电路中用于在额定电压下接通或断开负荷电流的专用电器。它虽有灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能切断和接通正常的负荷电流，而不能用来切断短路电流。一般情况下，负荷开关与高压熔断器配合使用，由熔断器起短路保护作用。分类：按使用场所分类，可分为户内式和户外式；按灭弧方式分类，可分为油浸式、产气式、压气式、真空和六氟化硫负荷开关型号：主要参数：包括额定电压、额定电流等，参数含义同断路器。高压供电系统—高压电器负荷开关FN3－10R/400型负荷开关主要由隔离开关(4)和熔断器(13)两部分组成。高压供电系统—高压电器熔断器作用：高压熔断器用于对输电线路和变压器进行过流保护。分类：按安装地点可分为户内式和户外式；按动作特征性可分为固定式和自动跌落式；按工作特性可分为有限流作用和无限流作用。在冲击短路电流到达之前能切断短路电流的熔断器称为限流式熔断器，否则称非限流式熔断器。10KV高压熔断器国内产品主要有户外跌落式RW型和户内式RN型。RN1型最大切断容量可达200MVA，RN2型专门用作电压互感器的保护，它只有一种规格：额定电流（0.5A）。型号：高压熔断器高压供电系统—开关柜开关柜定义：高压开关及其相应的控制、信号、测量、保护和调节装置的组合，以及上述开关和装置与内部连接、辅件、外壳和支撑件所组成的成套设备称为高压成套开关设备，通称高压开关柜。五防功能，即防误分、合断路器，防带负荷拉合隔离刀闸，防带电合接地刀闸，防带接地线合断路器，防误入带电间隔连锁功能。“五防”连锁功能常采用断路器、隔离开关、接地开关与柜门之间的强制性机械闭锁方式或电磁锁方式实现。分类：高压成套配电装置按其结构特点可分为金属封闭式、金属封闭铠装式、金属封闭箱式和SF6封闭组合电器等等；按断路器的安装方式可分为固定式和手车式。典型开关介绍：KYNXX800－10型高压开关柜(以下简称开关柜)为具有“五防”连锁功能的中置式金属铠装高压开关柜，用于额定电压为3～10kV，额定电流为1250～3150A，单母线接线的发电厂、变电所和配电所中。

高压供电系统—开关柜开关柜

开关柜柜体是由薄钢板构件组装而成的装配式结构，柜内由接地薄钢板分隔为主母线室(4)、小车室(3)、电缆(电流互感器)室(7)和继电器室(2)。各小室设有独立的通向柜顶的排气通道，当柜内由于意外原因压力增大时，柜顶的盖板将自动打开，使压力气体定向排放，以保护操作人员和设备的安全。高压供电系统—一次方案一次方案图简介

高压供电系统—变压器

定义：变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器，是用于高压输电、低压配电、供电和其他用途的电气设备。它把输入的交流电压升高或降低为同频率的交流电压，以满足不同电流和阻抗负荷的需要。通信局站通常使用的是降压变压器，即配电变压器。基本工作原理：变压器是根据电磁感应原理工作的。U1I1=U2I2

结论：由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。变压器图片高压供电系统—变压器

分类：变压器分为电力变压器和特种变压器。电力变压器又分为油浸式和干式两种。变压器的主要组成部分是铁芯和绕组。型号：例如：SFZ－10000/110表示三相自然循环风冷有载调压，额定容量为10000kVA，高压绕组额定电压110kV电力变压器。

S9－160/10表示三相油浸自冷式，双绕组无励磁调压，额定容量160kVA，高压侧绕组额定电压为10kV电力变压器。高压供电系统—变压器

技术参数：描述变压器整体性能的是其技术数据。它们是变压器生产和使用、询价和订货时的主要依据。变压器的技术数据一般都标在铭牌上，按照国家标准，铭牌上所标出的主要项目由：（ⅰ）相数和额定频率；（ⅱ）额定容量；（ⅲ）额定电压、额定电压组合和额定电压比；（ⅳ）额定电流；（ⅴ）绕组联结组标号；（ⅵ）分接范围（调压范围）；（ⅶ）容载电流、空载损耗；（ⅷ）阻抗电压和负载损耗；（ⅸ）效率；（ⅹ）温升和冷却方式；（Ⅺ）绝缘水平（绝缘强度）；（Ⅻ）重量和外形尺寸。低压供电系统—市电分类

依据XT005－95《通信局（站）电源系统总技术要求》，市电根据通信局（站）所在地区的供电条件，线路引入方式及运行状态，将市电供电分为三类：一类市电、二类市电和三类市电。一类市电：市电供应充分可靠。是从两个稳定可靠的独立电网引入两路供电线路，质量较好的一路作主要电源，另一路作备用，并采用自动倒换装置。两路供电线路不会因检修而同时停电，事故停电次数极少，停电时间极短，供电十分可靠。长途通信枢纽、大城市中心枢纽、程控交换容量万门以上的交换局、大型无线收发信站等规定采用一类市电。二类市电：市电供应比较可靠是从两个电网构成的环状网中引入一路供电线路，也可以从一个供电十分可靠的电网上引入一路供电线。允许有计划的检修停电，事故停电不多，停电时间不长，供电比较可靠。长途通信地区局或县局、程控交换容量在万门以上的交换局，以及中型无线收发信站，可采用二类市电。三类市电：市电供应不完全可靠是从一个电网引入一路供电线路，供电可靠性差，位于偏僻山区或地理环境恶劣的干线增音站、微波站可采用三类市电。低压供电系统—供电原则

根据各地市电供应条件的不同，各通信企业容量大小不同，地位的差异等因素，可采用各种不同的交流供电方案，但都必须遵循一些基本原则：（1）市电是通信用电源的主要能源，是保证通信安全、不间断的重要条件，必要时可申请备用市电电源；（2）市电引入，原则上应采用6~10KV高压引入，自备专用变压器，避免受其他电能用户的干扰。（3）市电和自备发电机组成的交流供电系统宜采用集中供电方式供电，系统接线应力求简单、灵活，操作安全，维护方便。（4）局站变压器容量在630kVA及以上的应设高压配电装置。有两路高压市电引入的供电系统，若采用自动投切的，变压器容量在630kVA及以上则投切装置应设在高压侧。（5）在交流供电系统中应装设功率因数补偿装置，功率因数应补偿到0.9以上。对容量较大的自备发电机电源也应补偿到0.8以上。（6）低压交流供电系统采用三相五线制或单相三线制供电。通信系统低压交流供电原则低压供电系统—配电设备

较大容量的局站设置低压配电房用来接受与分配低压市电与备用油机发电机电源。低压配电房中安装的电气设备包括低压配电屏、油机发电机组控制屏、市电油机电转换屏等设备。低压配电屏内按一定的线路方案将一次和二次电路电气设备组装成套。通信局（站）中低压配电屏大多采用原电力工业部和机械工业部所属企业的系列产品，低压配电屏主要用来进行受电、计量、控制、功率因数补偿、动力馈电和照明馈电等功能，主要产品有：PGL1、PGL2、GCS、GCK、GCL及GGD等系列开关柜，以及国外引进产品和合资企业生产的低压开关柜。厦门ABB低压电器设备有限公司生产MNS适合于各种发电，配电和电力使用的场合，额定电流最大可为6300A，防护等级最大至IP54。上海华通开关厂SIVACON8PT和8PV最大额定电流达到7400A。低压配电设备低压供电系统—配电设备

定义：ATS是由一个（或几个）转换开关电器和其它必需的电器组成，用于检测电源电路，并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。也可以说，它是一种“电源选择开关”，用于选择给负载供电的电源。

ATS工作程序：ATS需要三个程序，才能够完成一个有效的转换。

控制器检测出电源的故障给ATS发出指令，常用电源开关分断。

控制器给出转换指令，开关进行转换。如果是两段式ATS

开关直接转换到接通备用电源，如果是三段式ATS，开关可以停留在中间位置，此时两路电源均处于断开位置，是否需要立即接通备用电源，由控制器决定。ATS接通备用电源。简之，分析、转换、接通是ATS工作的三大步骤，也是ATS可靠性的核心。ATS结构分类和特点：无论什么型式的ATS，按照结构看，都是由三部分构成：开关本体（或者称为主触头开关）、传动机构（包括驱动机构和传动机构）、控制器。ATS柜ATS原理图低压供电系统—配电设备

目前市场上提供的产品、按照结构分，有以下三种类型：开关本体为接触器+机械连锁+控制器。此类产品可靠性较差，使用范围有限。CB级ATS：它用两个相同的低压断路器，通过模拟手推动的操作机构，在控制器的控制下，分别推动开关接通和断开。PC级ATS：开关本体为隔离（负荷）开关+传动机构（电机驱动+齿轮传动/连杆传动）+控制器，或者整个开关都是独立重新设计的一体式的，它能够接通、承截、但不用于分断短路电流，由于其结构简单，可靠性高。ATS选用建议：选择按照ATS要求通过型式试验的产品。优先选用PC级的产品。可靠性要求低，成品要求低的系统也可以用CB级的ATS。ATS柜低压供电系统—常用低压电器

低压断路器也称为低压自动开关，主要作为不频繁地接通或分断电路之用。具有过载，短路和失压保护装置，在电路发生过载、短路、电压降低或消失时，断路器可自动切断电路，从而保护电力线路及电源设备。低压断路器按灭弧介质可分为空气断路器和真空断路器两种，按用途分可分为配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护用断路器等。配电用断路器又可分为非选择型和选择型两种。作为配电用断路器，按其结构形式又可分为塑料外壳式断路器和万能式断路器两大类，这两类低压断路器目前使用较为普遍。典型产品有塑料外壳式（DZ10型）和框架式（DW10型）两类。均由触头系统、灭弧装置、传动机构、自由脱扣机构及各种脱扣器等部分组成。断路器低压供电系统—常用低压电器

刀开关是低压电器中结构最简单的一种，广泛应用于各种配电设备和供电线路中，用来接通和分断容量不太大的低压供电线路以及作为低压电源隔离开关使用。低压刀开关根据其工作原理、使用条件和结构形式的不同可分为：开启式负荷开关（HK1、HK2、TSW系列等）、封闭式负荷开关（HH3、HH4系列等）、隔离刀开关（HS13、HD11系列等）、熔断器式刀开关（HR3系列等）和组合开关（HZ10系列等）。低压刀开关低压熔断器熔断器是一种最简单的保护电器，在低压配电电路中，主要用于短路保护。它串联在电路中，当通过的电流大于规定值时，以它本身产生的热量，使熔体熔化而自动分断电路。熔断器与其它电器配合，可以在一定的短路电流范围内进行有选择的保护。低压熔断器种类很多，根据其构造和用途可分为开启式、半封闭式和封闭式，封闭式熔断器又可分为有填料和无填料熔断器，有填料熔断器中有螺旋式和管式，无填料熔断器中有插入式和管式。低压供电系统—常用低压电器底座熔体低压供电系统—常用低压电器

熔断器的结构和主要参数结构：熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管或熔座两部分构成。熔体是熔断器的主要部分，常做成丝状或片状。熔体的材料有两种：一种是低熔点材料，如铅、锌、锡以及锡铅合金等；另一种是高熔点材料，如银和铜。熔管是熔体的保护外壳，在熔体熔断时兼有灭弧的作用。熔体参数：每一种熔体都有两个参数，即额定电流与熔断电流。额定电流是指长时期通过熔断器而不熔断的电流值。熔断电流通常是额定电流的两倍。熔管有三个参数：额定工作电压、额定电流和断流能力。额定工作电压是从灭弧角度提出的，当熔管的工作电压在于额定电压时，在熔体熔断时，可能出现电弧不能熄灭的危险。熔管的额定电流是由熔管长期工作所允许温升决定的电流值，所以熔管中可装入不同等级额电流的熔体，但所装入熔体的额定电流不能大于熔管的额定电流值。断流能力是表示熔管在额定电压下断开电路故障时所能切断的最大电流值。低压熔断器低压供电系统—常用低压电器

熔断器的选用原则根据用电网络电压选用相应电压等级的熔断器；根据配电系统可能出现的最大故障电流、选用具有相应分断能力的熔断器；对电炉及照明等负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于负载的额定电流；采用熔断器保护线路时，熔断器应装在各相线上。在二相三线或三相四线回路的中性线上严禁装熔断器，这是因为中性线断开会引起电压不平衡，可能造成设备烧毁事故。在电动机回路中用作短路保护时，为避免熔体在电动机起动过程中熔断，对于单台电动机，熔体额定电流≥（1.5~2.5）×电机额定电流；对于多台电动机，总熔体额定电流≥（1.5~2.5）×容量最大一台电动机的额定电流＋其余电动机的计算负荷电流；各级熔体应相互配合、下一级应比上一级小。接触器：接触器适用于远距离频繁接通和分断交、直流主电路及大容量控制电路。可分为交流接触器和直流接触器两种。接触器主要由主触头、灭弧系统、电磁系统、辅助触头和支架等组成。交流接触器主要有CJ0、CJ10、CJ12、CJ12B系列以及众多的合资品牌。直流接触器主要有CZ0系列。低压熔断器低压供电系统—功率因数补偿

在三相交流电所接负载中，除白炽灯，电阻电热器等少数设备的负荷功率因数接近于1外，绝大多数的三相负载如异步电动机、变压器、整流器、空调等的功率因数均小于1，在轻载情况下，功率因数更为降低。用电设备功率因数降低之后，带来的影响有：（1）使供电系统内的电源设备容量不能充分利用；（2）增加了电力网中输电线路上的有功功率的损耗；（3）功率因数过低，还将使线路压降增大，造成负荷端电压下降。提高功率因数的方法很