電力系統是由發電廠、電力線路、變電站、電力用戶組成的供電系統。通信局(站)屬于電力系統中的電力用戶。市電從生産到引入通信局(站),通常要經曆生産、輸送、變換和分配等四個環節。
在電力系統中,各級電壓的電力線路以及相聯系的變電站稱為電力網,簡稱電網。通常用電壓等級及供電範圍大小來劃分電網種類,一般電壓在10KV以上到幾百KV且供電範圍大的稱為區域電網,如果把幾個城市或地區的電網組成一個大電網,則稱國家級電網。電壓在35KV以下且供電範圍較小,單獨由一個城市或地區建立的發電廠對附近的用戶供電,而不與國家電網聯系的稱為地方電網。而包含配電線路和配電變電站,電壓在10KV以下的電力系統稱為配電網。
電力系統的輸配電方式示意圖
我國發電廠的發電機組輸出額定電壓為3.15~20KV。随着大型發電廠的建成投産及輸電距離的增加,為了減少線路能耗、壓降,以及節約有色金屬和降低線路工程造價,必須經發電廠中的升壓變電所升壓至35~500KV,再由高壓輸電線傳送到受電區域變電所,降壓至6~10KV,經高壓配電線送到用戶配電變電所降壓至380V低壓,供用電設備使用。
對于電信局(站)中的配電變壓器,其一次線圈額定電壓即為高壓配電網電壓,即6KV或10KV。二次線圈額定電壓因其供電線路距離較短,則變壓器二次側線圈的額定電壓隻需高于線路額定電壓(380/220V)5%,僅考慮補償變壓器内部電壓降,一般選400/230V,而用電設備受電端電壓為380/220V。
高壓配電方式,是指從區域變電所,将35KV以上的高壓降到6~10KV高壓送至企業變電所及高壓用電設備的接線方式,稱為高壓配電。配電網的基本接線方式有三種:放射式、樹幹式及環狀式。
1.放射式配電方式
所謂放射式,就是從區域變電所的6~10KV母線上引出一路專線,直接接電信局站的配電變電所配電,沿線不接其它負荷,各配電變電所無聯系 。
放射式配電方式的優點是:線路敷設簡單,維護方便,供電可靠,不受其它用戶幹擾,适用于一級負荷。
2.樹幹式配電方式
所謂樹幹式配電方式,是指由總降壓變電所引出的各路高壓幹線沿市區街道敷設,各中小企業變電所都從幹線上直接引入分支線供電。
這種高壓配電方式的優點是:降壓變電所6-10KV的高壓配電裝置數量減少,投資相應可以減少。缺點是:供電可靠性差,隻要線路上任一段發生故障,線路上變電所都将斷電。
3.環狀式配電方式
環狀式系統的優點是運行靈活,供電可靠性較高,當線路的任何地方出現故障時,隻要将故障鄰近的兩側隔離開關斷開,切斷故障點,便可恢複供電。為了避免環狀線路上發生故障時影響整個電網,通常将環狀線路中某個隔離開關斷開,使環狀線路呈“開環”狀态。
常用的高壓電器有:高壓熔斷器、高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓負荷開關、避雷器等。
局站變電所從電力系統受電經變壓器降壓後饋送至低壓配電房。要求變電所盡量靠近負荷中心,從而縮短配電距離,使之減少電能損失。并且主接線應簡單而運行可靠,同時要便于監控和維護。
市電的引入一般均從附近現有公用電網上引入饋電線,采用專用電力電纜。應根據附近電網中變電所的位置,電壓等級,供電質量,局站重要性等情況選取合适可靠的市電。
通信局站變電所可分為露天變電所和室内變電所兩種,露天變電所又有杆架式(180KVA以下變壓器)和落地式。室内變電所又有小型獨立變電站和帶有高壓開關櫃的變電所。一般有兩路市電引入的變電所均采用帶有高壓開關櫃的變電所。
電力變壓器有油浸式和幹式兩種類型,在室内安裝變壓器時,應考慮變壓器室的布置,高低壓進出線位置以及操作機構的安全等問題。目前大容量變壓器廣泛采用了幹式變壓器。
所謂一次線路,表示的是變電所電能輸送和分配的電路,通常也稱主電路。根據通信局站市電引入的情況和局站對電源可靠性要求的不同,可以有不同的一次線路方案。
在上圖(b)中,局站變電所母線采用單母線制,采用兩路或以上進線時,用高壓隔離開關分斷單母線。當任一路進線或變壓器發生故障時,另一路進線或變壓器給全部負荷繼續供電,操作靈活性較好,供電可靠性較高。
低壓配電系統的概述市電分類依據XT005-95《通信局(站)電源系統總技術要求》,市電根據通信局(站)所在地區的供電條件,線路引入方式及運行狀态,将市電供電分為三類:
(1)一類市電供電(市電供應充分可靠)
一類市電供電是從兩個穩定可靠的獨立電網引入兩路供電線路,質量較好的一路作主要電源,另一路作備用,并采用自動倒換裝置。兩路供電線路不會因檢修而同時停電,事故停電次數極少,停電時間極短,供電十分可靠。長途通信樞紐、大城市中心樞紐、程控交換容量萬門以上的交換局、大型無線收發信站等規定采用一類市電。
(2)二類市電供電(市電供應比較可靠)
二類市電供電是從兩個電網構成的環狀網中引入一路供電線路,也可以從一個供電十分可靠的電網上引入一路供電線。允許有計劃的檢修停電,事故停電不多,停電時間不長,供電比較可靠。長途通信地區局或縣局、程控交換容量在萬門以上的交換局,以及中型無線收發信站,可采用二類市電。
(3)三類市電供電(市電供應不完全可靠)
三類市電供電是從一個電網引入一路供電線路,供電可靠性差,位于偏僻山區或地理環境惡劣的幹線增音站、微波站可采用三類市電。
2.通信系統低壓交流供電原則根據各地市電供應條件的不同,各通信企業容量大小不同,地位的差
異等因素,可采用各種不同的交流供電方案,但都必須遵循一些基本
原則:
(1)市電是通信用電源的主要能源,是保證通信安全、不間斷的重要條件,必要時可申請備用市電電源;
(2)市電引入,原則上應采用6~10KV高壓引入,自備專用變壓器,避免受其他電能用戶的幹擾。
(3)市電和自備發電機組成的交流供電系統宜采用集中供電方式供電,系統接線應力求簡單、靈活,操作安全,維護方便。
(4)局站變壓器容量在630kVA及以上的應設高壓配電裝置。有兩路高壓市電引入的供電系統,若采用自動投切的,變壓器容量在630kVA及以上則投切裝置應設在高壓側。
(5)在交流供電系統中應裝設功率因數補償裝置,功率因數應補償到0.9以上。對容量較大的自備發電機電源也應補償到0.8以上。
(6)低壓交流供電系統采用三相五線制或單相三線制供電。
較大容量的局站設置低壓配電房用來接受與分配低壓市電與備用油機發電機電源。低壓配電房中安裝的電氣設備包括低壓配電屏、油機發電機組控制屏、市電油機電轉換屏等設備。
1.低壓配電屏通信局(站)中低壓配電屏大多采用原電力工業部和機械工業部所屬企業的系列産品,低壓配電屏主要用來進行受電、計量、控制、功率因數補償、動力饋電和照明饋電等功能,主要産品有:PGL1、PGL2、GCS、GCK、GCL及GGD等系列開關櫃,以及國外引進産品和合資企業生産的低壓開關櫃。
2.油機發電機組控制屏及ATS發電機組控制屏目前往往随油機發電機組的購入由油機發電機組廠商配套提供。而ATS(即雙電源自動切換裝置,通常與低壓開關櫃安裝在一起)則有不同的情況,如ABB新會低壓開關有限公司生産的DPT/SE系列自動轉換開關設備(ATS),采用PLC控制,可實現2路市電或1路市電與發電機電源的自動切換,且切換延時可調,同時有四種工作模式可供選擇(自動模式、正常供電模式、應急供電模式、關斷模式),切換電流最大可達6300A。
在低壓配電設備中常用的低壓電器有: 1.低壓斷路器低壓斷路器也稱為低壓自動開關,主要作為不頻繁地接通或分斷電路之用。而且低壓斷路器還具有過載,短路和失壓保護裝置,在電路發生過載、短路、電壓降低或消失時,斷路器可自動切斷電路,從而保護電力線路及電源設備。
低壓斷路器按滅弧介質可分為空氣斷路器和真空斷路器兩種,按用途分可分為配電用斷路器、電動機保護用斷路器、照明用斷路器和漏電保護用斷路器等。配電用斷路器又可分為非選擇型和選擇型兩種。非選擇型斷路器因為是瞬時動作,所以常用作短路保護和過載保護;選擇型斷路器又可用作兩段保護、三段保護和智能化保護。兩段保護為瞬時與短延時或長延時兩段。三段保護為瞬時、短延時和長延時三段。其中的瞬時、短延時特性适用于短路保護,長延時特性适用于過載保護。
智能化保護是近些年研制成功的高科技保護手段,是用微機來控制各脫扣器進行監視和控制,保護功能多,選擇性能好。所以這種斷路器叫做智能型斷路器。另外,作為配電用斷路器,按其結構形式又可分為塑料外殼式斷路器和萬能式斷路器兩大類,這兩類低壓斷路器目前使用較為普遍。
典型産品有塑料外殼式(DZ10型)和框架式(DW10型)兩類。均由觸頭系統、滅弧裝置、傳動機構、自由脫扣機構及各種脫扣器等部分組成。目前塑料外殼式的改進産品有AM1型及H型等,框架式改進産品有DW15、DWX15、DW40、3WE及ME、AH等 。
2.低壓刀開關刀開關是低壓電器中結構最簡單的一種,廣泛應用于各種配電設備和供電線路中,用來接通和分斷容量不太大的低壓供電線路以及作為低壓電源隔離開關使用。
低壓刀開關根據其工作原理、使用條件和結構形式的不同可分為:開啟式負荷開關(HK1、HK2、TSW系列等)、封閉式負荷開關(HH3、HH4系列等)、隔離刀開關(HS13、HD11系列等)、熔斷器式刀開關(HR3系列等)和組合開關(HZ10系列等)。
3.熔斷器熔斷器是一種最簡單的保護電器,在低壓配電電路中,主要用于短路保護。它串聯在電路中,當通過的電流大于規定值時,以它本身産生的熱量,使熔體熔化而自動分斷電路。熔斷器與其它電器配合,可以在一定的短路電流範圍内進行有選擇的保護。
低壓熔斷器種類很多,根據其構造和用途可分為開啟式、半封閉式和封閉式,封閉式熔斷器又可分為有填料和無填料熔斷器,有填料熔斷器中有螺旋式和管式,無填料熔斷器中有插入式和管式。目前的典型産品有RT0/RT10/RT11系列有填料封閉管式熔斷器,RM10系列封閉管式熔斷器,RL1/RL2系列螺旋式熔斷器,PZ1-100、QSA、NT系列熔斷器以及引進的aM、gM系列熔斷器。
(1)熔斷器的結構和主要參數熔斷器主要由熔體和安裝熔體的熔管或熔座兩部分構成。熔體是熔斷器的主要部分,常做成絲狀或片狀。熔體的材料有兩種:一種是低熔點材料,如鉛、鋅、錫以及錫鉛合金等;另一種是高熔點材料,如銀和銅。熔管是熔體的保護外殼,在熔體熔斷時兼有滅弧的作用。
每一種熔體都有兩個參數,即額定電流與熔斷電流。額定電流是指長時期通過熔斷器而不熔斷的電流值。熔斷電流通常是額定電流的兩倍。一般規定通過熔體的電流為額定電流的1.3倍時,應在1小時以上熔斷;通過額定電流的1.6倍時,應在1小時内熔斷;達到熔斷電流時,在30~40秒後熔斷;當達到9~10倍額定電流時,熔體應瞬間熔斷,熔斷器具有反時限的保護特性。
熔管有三個參數:額定工作電壓、額定電流和斷流能力。
額定工作電壓是從滅弧角度提出的,當熔管的工作電壓在于額定電壓時,在熔體熔斷時,可能出現電弧不能熄滅的危險。熔管的額定電流是由熔管長期工作所允許溫升決定的電流值,所以熔管中可裝入不同等級額電流的熔體,但所裝入熔體的額定電流不能大于熔管的額定電流值。斷流能力是表示熔管在額定電壓下斷開電路故障時所能切斷的最大電流值。
(2)熔斷器的選用原則
選用熔斷器,一般應符合下列原則:
①根據用電網絡電壓選用相應電壓等級的熔斷器;
②根據配電系統可能出現的最大故障電流、選用具有相應分斷能力的熔斷器;
③在電動機回路中用作短路保護時,為避免熔體在電動機起動過程中熔斷,對于單台電動機,熔體額定電流≥(1.5~2.5)×電機額定電流;對于多台電動機,總熔體額定電流≥(1.5~2.5)×容量最大一台電動機的額定電流+其餘電動機的計算負荷電流;
④對電爐及照明等負載的短路保護,熔體的額定電流等于或稍大于負載的額定電流;
⑤采用熔斷器保護線路時,熔斷器應裝在各相線上。在二相三線或三相四線回路的中性線上嚴禁裝熔斷器,這是因為中性線斷開會引起電壓不平衡,可能造成設備燒毀事故。在公共電網供電的單相線路的中性線上應裝熔斷器,電業的總熔斷器除外。
⑥各級熔體應相互配合、下一級應比上一級小。
4.接觸器接觸器适用于遠距離頻繁接通和分斷交、直流主電路及大容量控制電路。可分為交流接觸器和直流接觸器兩種。接觸器主要由主觸頭、滅弧系統、電磁系統、輔助觸頭和支架等組成。交流接觸器主要有CJ0、CJ10、CJ12、CJ12B系列以及衆多的合資品牌。直流接觸器主要有CZ0系列。
在三相交流電所接負載中,除白熾燈,電阻電熱器等少數設備的負荷功率因數接近于1外,絕大多數的三相負載如異步電動機、變壓器、整流器、空調等的功率因數均小于1,特别是在輕載情況下,功率因數更為降低。
用電設備功率因數降低之後,帶來的影響有:
(1)使供電系統内的電源設備容量不能充分利用;
(2)增加了電力網中輸電線路上的有功功率的損耗;
(3)功率因數過低,還将使線路壓降增大,造成負荷端 電壓下降 。
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