通信电源通信配电PPT课件

2020/5/6,.,1,主要内容交流高压供电系统高压配电方式交流高压供电系统的组成高压变、配电设备简介交流低压供电系统交流低压配电交流低压供电系统的组成直流配电直流电源配点方式直流配电的作用和功能,2020/5/6,.,2,重点难点本章重点交、直流供电系统的组成典型供电设备的工作原理和技术性能提供合理的交、直流供电方案直流电源分散供电方式高低压配电操作安全规程本章难点高低压配电设备使用功率因数概念以及电容补偿方法典型交流配电屏原理,2020/5/6,.,3,电力系统的组成电力系统是由发电厂、电力线路、变电站和电力用户组成。通信局属于电力系统中的用户。市电从电厂生产出来到引入通信局，通常要经历生产、输送、变换和分配4个环节。几个概念电网在电力系统中，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。区域电网、国家级电网和地方电网通常用电压等级以及供电范围大小来划分电网种类，一般电压在10kV以上到几百千伏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，则成国家级电网；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其附近的用户供电而不与国家电网联系的称为地方电网。,2.1概述,思考：通信局（站）属于电力系统中的哪一部分？,2020/5/6,.,4,2020/5/6,.,5,配电网配电网就是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。电力系统的交流输配电方式由国家电力网供给的交流电称为市电，市电的生产、输送和分配是一套完整的系统。电力系统的交流输配电方式如图2-1所示。,图2-1电力系统的交流输配电方式示意图,2020/5/6,.,6,目前我国多数发电厂输出的额定电压在3.1520kV。为了在输送电能时降低线路对电能的损耗，将发电厂输出的电压经升压变电站升高到35500kV进行输送，称为输电。电能输送到城市周边后，再由降压变电站将电压降至310kV，经高压配电线送到用户配电变电所降压至380V低压，供用电设备使用，称为配电。常用的输电电压有35kV、110kV、220kV、330kV、500kV常用的配电电压有3kV、6kV、10kV。常用的输、配电方式为交流、高压、三相三线制（业内对直流输电方式也在研究和试验中）,2020/5/6,.,7,通信配电通信配电就是将通信电源设备和设施，组合成一个完整的供电系统，合理地进行控制、分配、输送，满足通信设备的要求。通信配电的是研究的内容交、直流供电系统的组成典型配电设备的工作原理和技术性能为全局交直流负荷提供合理的供电方案,2020/5/6,.,8,2.2交流高压供电系统,我国发电厂的发电机组输出额定电压为3.1520KV，为什么要升压至500KV传输？为了减少线路能耗、压降节约有色金属降低线路工程造价配电变压器铭牌上标明输出额定电压为400/230V，而非380/220V，为什么？考虑补偿变压器内部电压降5，一般选400/230V，而用电设备受电端电压为380/220V。高压配电方式高压配电方式，是指从区域变电所，将35kV以上的输电高压降到3kV10kV配电高压送至企业变电所及高压用电设备的接线方式。,2020/5/6,.,9,高压配电网的基本配电方式高压配电网的基本配电方式有三种放射式树干式环状式放射式配电方式放射式配电方式是指从区域变电所的3kV10kV母线上引出一路专线，直接连接到电信局（站）的配电变电所配电，沿线不接其他负荷，各配电变电所无联系。放射式配电方式的优点线路敷设简单，维护方便，供电可靠，不受其他用户干扰，适用于一级负荷。,2020/5/6,.,10,树干式配电方式树干式配电方式，是指由总降压变电所引出的各路高压干线沿市区街道敷设，各中小型企业变电所都从干线上直接引入分支线供电。树干式配电方式的优点降压变电所3kV-10KV高压配电装置数量减少，投资相应可以减少。树干式配电方式的缺点缺点是供电可靠性差，只要线路上任一段发生故障，线路上变电所都将断电。环状式配电方式环状式配电方式是指总降压变电所引出的高压线以环形方式敷设，各中小型企业变电所都从干线环上直接引入分支线供电。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。为了避免环状线路上发生故障时影响整个电网，通常将环状线路中某个隔离开关断开，使环状线路呈“开环”状态。,2020/5/6,.,11,交流高压供电系统的组成概念变电所电能输送和分配的电路，即主电路高压电器组成常用的高压电器组成包括：高压熔断器、高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关和避雷器等。市电的引入根据YD/T1051-2000通信局（站）电源系统总技术要求，将市电的供给分为四类。一类市电供电方式二类市电供电方式有两种三类市电供电方式四类市电供电方式,高要求低,2020/5/6,.,12,专用变电站专用变电站包括高压开关柜和降压电力变压器，专用变电站根据用电量的不同，分为小型变电站小型变电站一般由市电引入线路、操作开关、避雷器和变压器组成。小型变电站的变压器容量不大于400kVA，适用于卫星地面站、微波站、长途干线有人站和县级综合局。大、中型变电站大、中型变电站一般是室内式的，由市电引入线路、高压开关柜、一台或多台变压器组成。大、中型变电站一般采用一路或两路专线引入市电，经过高压开关柜接入供电母线。,2020/5/6,.,13,高压变配电设备简介通信局（站）常用的高压变、配电设备主要包括电力变压器和高压开关柜。电力变压器配电变压器的分类（降压）按相数：单相和三相按容量：有100kVA、126kVA、160kVA等按调压方式：可分为有载调压和无载调压按绕组类型：可分为双绕组、三绕组和自耦变压器按冷却方式：可分为干式、油浸式和充气式变压器高压开关柜高压开关柜是一种高压成套配电装置，有固定式和车载式两大类，在通信局（站）中一般采用固定式。其作用是保护本局的设备和配电线路，防止雷电侵入或本局的故障波及到外线设备，对本局的交流用电进行监测和控制。,2020/5/6,.,14,常见高压电器介绍高压电器是指额定工作电压在3000V以上的电器，它在高压线路中用来实现闭合、开断、保护、控制、调节和测量等功能，对通信电源供电系统的稳定可靠和连续运行起着十分重要的作用。高压电器有高压断路器高压负荷开关高压熔断器高压隔离开关等。高压电器主要技术参数(1)额定电压Un(KV,有效值)：开关在长期正常工作时具有最大经济效益的电压(2)最高工作电压Umax(KV,有效值)：电网上能长期工作的最高工作电压；,2020/5/6,.,15,(3)额定电流In(A,有效值)：高压电器在额定电压、额定功率下能长期工作的电流，是高压电器金属导电部分和绝缘部分的温升不超过允许温升的最大标称电流。(4)额定绝缘水平(KV)：表征产品绝缘耐受能力的一组电压值。(5)额定开断电流Inbr（KA）：额定开断电流是指断路器在额定电压下能正常开断的最大短路电流的有效值。(6)额定短路闭合电流In（kA）：在规定条件下，开关能顺利关合的最大短路峰值电流。(7)额定短时耐受电流Itb（kA）：又称热稳定电流，是指在规定的使用和性能条件下，在确定的时间内，高压电器的闭合回路能承受的电流值。(8)额定峰值耐受电流(kA)：高压电器在闭合位置能承载的峰值电流。(9)额定短时耐受时间t（s）：高压电器在闭合位置能通过额定短时耐受电流的时间。,2020/5/6,.,16,高压电器操动机构操动机构是高压开关设备不可缺少的重要组成部分，其作用是使开关设备准确地合闸、分闸。,2020/5/6,.,17,高压断路器（HighVoltageCircuitBreaker）功能：正常时用来接通和断开电路，故障时用来切断故障电流，以免故障范围蔓延。基本要求：1、工作可靠2、具有足够的断路能力3、切断时间尽量短4、能自动重合闸5、结构简单、价格低,图a：多油断路器,图b：压缩空气断路器,2020/5/6,.,18,高压熔断器熔断器是一种当通过的电流超过规定值时使其熔体熔化而断开电路的保护电路。其功能主要是对电路及电路中的设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。室内广泛采用RN型管式熔断器，室外则广泛采用RW型跌落式熔断器,2020/5/6,.,19,高压隔离开关高压隔离开关主要用来隔离电路。它没有专门的灭弧装置，但在分闸状态下有明显可见的断口，在合闸状态下，导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流。,隔离开关的主要用途检修与分断隔离线路倒换母线分合空载电路,图：高压隔离开关,2020/5/6,.,20,配电电力变压器变压器是用于高压输电、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。配电电力变压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器按功能分：升压型和降压型（配电变压器）按相数分：单相和三相按绕组类型分：双绕组、三绕组、自耦变压器按材质分：铜和铝按冷却方式分：油浸式、干式、充气式,2020/5/6,.,21,2.3交流低压供电系统,交流低压供电系统一般由主用低压市电、油机发电机组或移动电站、市电油机转换屏、低压配电屏、交流配电屏、交流不间断电源设备（UPS）以及相关的配电线路组成。2.3.1交流低压配电交流低压配电是指将220V/380V市电和自备交流电源适当分配给整流器、UPS、保证建筑负荷和一般建筑负荷，将UPS的输出分配给要求交流电源不间断的通信设备，同时对低压交流电进行监测、控制和保护，对低压交流的不正常供电发出告警信息。配制交流熔断器时。其额定电流值应不大于最大负载电流的二倍。配电箱：直接将低压市电（220V/380V）引入到低压配电箱，在配电箱上完成计度、用电分配、控制和保护。配电房：配电房中主要安装切换屏、低压配电屏、无功功率补偿屏等配电设备。,2020/5/6,.,22,市电分类（1）一类市电供电（市电供应充分可靠）独立电网引入，两路市电，无检修停电，故障停电极少，停电时间短。（枢纽站）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。（2）二类市电供电（市电供应比较可靠）两电网构成的环网上引一路市电，计划检修停电，事故停电较少，停电时间较短。（地区局站）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大于6h。（3）三类市电供电（市电供应不完全可靠）从一个电网引入一路市电。（偏远或环境恶劣的局站）,2020/5/6,.,23,通信系统低压交流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，以及地理位置的差异等因素，可采用各种不同的交流供电方案，但都必须遵循以下基本原则：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；市电引入，原则上应采用6kV10kV高压引入，自备专用变压器，避免受其他电能用户的干扰；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；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。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；低压交流供电系统采用三相五线制或单相三线制供电。,2020/5/6,.,24,2.3.2交流低压供电系统的组成交流低压供电系统由油机发电机组、市电油机转换屏、低压配电屏、交流不间断电源设备（UPS）以及相关的馈电线路组成。备用发电机组或移动电站通信局（站）内一般都配有备用发电机组，当市电停电时，用它向交流配电屏和保证建筑负荷等供给220V/380V交流电。三相五线制低压交流供电三相五线制（即TN-S系统）低压交流电的接线原理图如图2-2所示,图2-2三相五线制接线原理图,地线汇流排上引出两根线，一根为零线（中性线）N，另一根为保护地线（无流零线，接设备金属外壳）PE，它们都应当用绝缘导线布放。,2020/5/6,.,25,在三相五线制系统中还严禁采用零线作为保护地线。为了便于区分不同的电源线，电气设备中电源线的颜色应符合规定：相线为相（相）黄色、相（相）绿色、相（相）红色，零线为黑色，保护地线为黄、绿双色。在三相五线制供电系统中，单相供电采用单相三线制，三线即相线、零线和保护地线。切换屏功能对两路或两路以上的交流电源切换高压侧切换一般是在高压开关柜内通过操作油断路器进行的。低压侧切换由专门的切换屏（例如市电油机转换屏）来完成。市电油机转换屏对交流配电屏和保证建筑负荷进行由市电供电或备用发电机组供电的自动或手动切换，手动切换一般采用三刀双投闸刀开关，自动切换一般采用交流接触器。并进行供电的分配、通断控制、监测和保护。,2020/5/6,.,26,低压配电屏从降压电力变压器引入三相五线制220V/380V市电，经低压配电屏进行配电。低压配电屏分动力屏和照明屏，其主要功能是对一般建筑负荷进行市电供电的分配、监测、通断控制、计度以及保护和告警。压配电屏根据用电量的大小、用电的性质来配置台数。交流配电屏从市电油机转换屏引入三相五线制220V/380V交流电，对各高频开关整流器、交流不间断电源设备（UPS）等进行供电的分配、通断控制、监测、告警和保护。通信用空调、保证照明也可由电力室中的交流配电屏供电。交流不间断电源设备UPS由整流器、蓄电池组、逆变器和静态开关等部分组成，其输入、输出均为交流电。无功功率补偿屏提高功率因数,2020/5/6,.,27,低压配电实例较大容量的局（站）设置低压配电房用来接受与分配低压市电和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和市电油机电转换屏等设备。1低压配电屏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，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2油机发电机组控制屏及双电源自动切换装置（ATS）发电机组控制屏是随油机发电机组的购入由油机发电机组厂商配套提供。而ATS（即双电源自动切换装置，通常与低压开关柜安装在一起）目前普遍采用芯片程序控制，一般可实现两路市电或一路市电与发电机电源的自动切换，且切换延时可调，同时有多种工作模式可供选择（如自动模式、正常供电模式、应急供电模式和关断模式等）。,2020/5/6,.,28,常见的低压电器在低压配电设备中常用的低压电器有以下4种：1低压断路器（QF）2低压刀开关3熔断器4接触器（KM）低压断路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。低压断路器具有过载、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；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。,2020/5/6,.,29,低压断路器,2020/5/6,.,30,低压刀开关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）。,图：低压开关,2020/5/6,.,31,熔断器作用：串联在电路中，作为短路或严重过载保护用，属于低压保护电器。,分类,2020/5/6,.,32,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。接触器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。电容补偿用电设备功率因数降低之后，带来的影响有：使供电系统内的电源设备容量不能充分利用；增加了电力网中输电线路上的有功功率的损耗；功率因数过低，还将使线路压降增大，造成负荷端电压下降。,2020/5/6,.,33,提高功率因数的方法很多，主要有：提高自然功率因数，即提高变压器和电动机的负载率到7580，以及选择本身功率因数较高的设备；对于感性线性负载电路，采用移相电容器来补偿无功功率，便可提高cos；对于非线性负载电路（在通信企业中主要为整流器），则通过功率因数校正电路将畸变电流波形校正为正弦波，同时迫使它跟踪输入正弦电压相位的变化，使高频开关整流器输入电路呈现电阻性，提高总功率因数。目前在通信企业中绝大多数采用了低压成组补偿方式。也即在低压配电屏中专门设置配套的功率因数补偿柜。,2020/5/6,.,34,例如与PGL12型低压配电屏配套的PGJ1或PGJ1A型无功功率自动补偿控制屏。电容器装于柜中两层支架上，还装有自动投切控制器，它能根据功率因数的变化，以10s120s的间隔时间自动完成投入或切除电容器，使cos1保证处于设定范围内。投切循环步数PGJ1为68步，而PGL1A为810步。PGL1PGL1A型无功功率补偿屏的一次线路如左图所示。,PGL1PGL1A型无功功率补偿屏的一次线路图,2020/5/6,.,35,2.4直流配电,2.4.1直流电源供电方式向通信设备供电有交流、直流，主要是直流,2020/5/6,.,36,1、集中供电方式集中供电系统是将包括整流器，直流配电屏以及直流变换器和蓄电池组等在内的直流电源设备安装在电力室和电池室。在一个电力室里可能集中了多种直流电源，全局所有通信设备用直流电源都从电力室的直流配电屏中取得。,图：集中供电方式示意图,2020/5/6,.,37,集中供电方式的优点传统集中供电具有电源设备集中，便于维护人员集中维护的优点。无需考虑到通信设备间的相互干扰和电磁兼容性问题，因为电源设备都集中在电力室和电池室。集中供电方式的缺点（1）供电系统可靠性差；（2）电源设备到通信设备采用低压直流传输，距离较长，线路能耗加大。另外，过长的馈电回路还会影响电源及电路的稳定性；（3）由于各种通信设备对电压的允许范围不一致，而集中供电量由同一直流电源供电，严重影响了通信设备的使用性能；（4）集中供电系统需按终期容量进行设计。在工程结束的初期，大量电源设备搁置待用或轻载运行，造成极大的浪费；（5）需要达到技术要求的专用电力室和电池室。基建投资和满足相关技术规范的装备投资都很大；（6）需要24小时专人值班维护，维护成本很高。,2020/5/6,.,38,2、分散供电方式分散供电方式中，交流供电系统仍采用集中供电方式，而直流供电系统则分成若干个单元供电系统，可按通信系统或通信机房设置，甚至按通信设备机架设置。,图：分散供电方式示意图,2020/5/6,.,39,分散供电方式的类型半分散供电方式：把整流器与蓄电池以及相应的配电单元等设备安装在通信机房或领近房间中,向该通信机房中的通信设备供电的方式。,图：半分散供电方式,2020/5/6,.,40,全分散供电系统：每列通信设备的机架内都装设了小型基本电源。（包括整流模块、交直流配电单元、蓄电池）分散供电方式的优缺点优点：可靠性高。在故障发生时减小了故障影响面，所以提高了电源系统可靠性。有明显的经济效益。各种容量的耗能和占地面积的有较大幅度的减少。承受故障能力强。能合理配置电源设备。不需考虑扩容等问题，节约了初期投资、减少了设备和系统资源的浪费。缺点：由于分散供电是将蓄电池与通信设备放在同一机房，故要求电池密封程度很高，同时考虑到楼板的承受力。,2020/5/6,.,41,2.4.2直流供电系统的配电方式低阻配电方式传统的直流供电系统中，利用汇流排把基础电源直接馈送到通信机房的直流电源架或通信设备机架，这种配电方式因汇流排电阻很小，故称为低阻配电方式。,图：低阻配电方式简图,2020/5/6,.,42,低阻配电方式的特点低阻配电的汇流排电阻小，相应线路损耗和线路压降小。但当某一负载发生短路事故后，可能使得直流总输出电压发生瞬间的跳变，从而影响其他负载的正常工作甚至损坏。高阻配电方式高阻配电方式是在低阻配电系统基础上发展起来的。高阻配电选择线径较细的配电导线，相当于在各分路中接入有一定阻值的限流电阻，克服了低阻配电负载发生短路事故后影响面大的缺点，达到了等效隔离的作用。,2020/5/6,.,43,高阻配电也有一些问题：一是由于回路中串联电阻会导致电池放电，放电终止电压应稍高于常规电压，不允许放到常规终止电压，否则负载电压太低。二是串联电阻上的损耗，一般为2%-4%左右，直流配电设备都是直流供电系统的枢纽，其目的既要保证负载要求，又要保证蓄电池能获得补充电流。,图：高阻配电方式简图,电阻,图：高阻配电方式简图,2020/5/6,.,44,整流器供电方式整流器供电方式方框图，如图2.14所示，该供电方式不用蓄电池，市电经过整流器后直接给电信系统供电。,图2.14整流器供电方式方框图,整流器、蓄电池组联合供电方式整流器、蓄电池组联合供电方式是当前的主要供电方式，它在整流器供电方式的基础上增加备用蓄电池组。根据蓄电池的使用方法，整流器、蓄电池组联合供电方式可分为充放电、半浮充、全浮充、低压恒压充电和VRLA蓄电池充电5种方式。,图2