高速公路电工培训资料

第八章供配电系统的运行及维护
供配电系统是高速公路机电工程必不可少的辅助系统，它的作用是保证各种机电设备24小时无间断供应电源，既能可靠正常供电，又能紧急供电。

第一节供配电系统的组成
正常供电包含变电和配电两部分。

变电通常在各收费站、隧道口建设有高压和低压配电房以及装备各种配电箱和配电柜。

配电则须沿线布设电缆管道及各种规格电力电缆和控制电缆。

紧急供电一般配备柴油发电机组、蓄电瓶或UPS电源。

各站区的供电设施的外供电能输入通常由当地电力供电部门采用架空线或敷设高压电缆将当地公共电力网的6～10KV的三相交流电送至高速公路沿线各站区。

由各站区所设置的电力变压器，将6～10KV的高压降低成一般用电设备所需的电压（如出220/380V）。

由变电房低压配电出线柜经低压配电线送给各用电设备（例如收费亭的收费设备照明灯具或隧道的风机照明灯具等）使用。

为了收费、监控设备获得电压稳定度更高的交流电源，各站区通常设置有交流稳压器，近年采用一种所谓参稳压器较普遍。

为保证各站区在公用电网停电的条件下，有关重要电器设备不间断工作，一般都配备应急电源如柴油发电机、UPS电源等。

由于应急电源设备的容量有限，首先必须保证营运所需重要设备的供电（例如收费、监控设备、隧道的紧急照明等）。

综上所述高速公路沿线各站的供配电系统主要包含以下组成部分：
1、外供配电线路（架空线或高压电揽）——将当地电网的6～10KV高压交流电源，传输给各站区变电房。

2、电力变压器——将外线所输6～10KV三相交流电，变换为220/380V的低压交流电。

3、高压开关柜——装有真空断路器或稀有气体的断路器，用来控制10KV高压传输，并具有短路保护、过流保护、高压计量等功能。

4、低压开关柜——用以控制220/380V交流电源电压输出到各不同低压负载（如通风风机、照明灯具、收费监控设备、水泵房设备等）。

它也具有短路、过流保护、低压计量等功能。

图8-1是一个中等长度隧道双回路供电系统的系统组成图。

所谓双回路供电，就是采用不同源头的两路电源同时供给一处负载，以提高供电的可靠性。

从上述系统框图可以看出，这个隧道的高压配电室有两条6～10KV的电源进线，分别接在高压配电室的两段母线上。

这两段母线间装有一个分段隔离开关，在任何一条电源回路进线发生故障或者进行检修而被切除后，可以利用分段开关来恢复对整个配电室的供电。

由于公共电网供电条件所限，如果不能实现A和A´双电源供电时，也可以将A、A´两进线并接在一起用单电源供电。

图8-1 中等长度隧道双回路供电的系统组成图
对于一般设备用电容量在500KVA以下的供电点，例如一般高速公路的收费站，通常只设一个简单的降压变电所，公共电网的10KV高压加到室外杆上变压器的高压侧（变压器也可以安装到室内），变压器的低压侧将220/380V交流电源，经低压配电室的低压开关柜的控制分配供给各用电设备。

例如各收费站的低压配电室常需要将220/380V的电源送至收费站的收费监控设备、收费广场灯具照明、收费亭及收费雨棚照明、办公楼生活区用电、水泵房及污水处理设施等。

一般高速公路收费站供电系统框图如图8-2所示。

图8-2 高速公路收费站供电系统框图
图中的参数稳压器、是用以保证收费监控设备得到的电压稳定度较高的供电，当低压配电室输出电压在一定范围内过高或过低时，参数稳压器输出给收费监控设备的电压可以达到相对稳定。

参数稳压器在室内往往会发出较多的热量，故必须注意加强室内通风，必要时可
设置空调保证室内温度不超过允许值。

在高速公路沿线各站点引入的交流电源基本都是三相交流电。

所谓三相交流电路，就是其电源供电电路能供给三相交流电压，它们每相电压的频率相同，而相位彼此相位差为120º。

其相位关系如图8-3所示。

图8-3 三相交流电源示意图
三相交流电路的连接型式，其电源绕组和负载均可以接成星型（或称Y形）或三角形（或称Δ形）。

在高速公路机电系统中，电源绕组和负载的联接基本都是接成星型，其联接电路图如图8-4所示。

图8-4 三相电源、负载的星形联结电路图
在星型联接三相电路中：
相电压——即三相输电线（俗称火线）与中性线间电压，如图示中所示的U A、U B、U C 均称为相电压。

线电压——三相输电线间的电压，如图中所示的U AB、U BC、U CA均为线电压。

若将电源和负载的中点，用导线连接起来，称为中心线，这种供电方式称为三相四线制。

中性线可简称中线，如果中线接地，也可称作零线或地线，电气设备某部与大地相连，称为接零。

实际工作必须注意，中线必须采用机械强度大的材料，而且绝对不能在中线里串接熔断器、断路器等器件。

这是因为星型接法的负载，通常大多为不对称负载，如果中线某处断开，就可能造成三相负载的相电压的严重不对称，特别是过高的相电压，造成过高电压烧坏负载电器的严重事故。

在三相交流电路中，经常要关心其三相交流供电的功率的分析。

在三相负载对称的条件
下：
有功功率 P=3U线·I线·cosφ单位：瓦（W）,千瓦（KW）
无功功率 Q=3U线·I线·sinφ单位：无功伏安，简称乏（VAR）
视在功率 S=3U线·I线=3U相·I相单位：伏安（VA）,千伏安（KVA）
三相负载不对称时，则不能使用上述公式，应分别计算出各相功率，再相加后得出总功率。

在以上公式中cosφ称功率因数，在供配设备中通常设置功率因数表指示其数值，供电
部门通常要求达到0.9以上，功率因数愈高，表示电能利用率愈高。

对一般负载例如照明灯具、三相交流感应电动机等多为感应性负载，通常在负载上并接补偿电容，以提高功率因数。

为保证整个供电系统，在低压配电系统中常设置电容配电柜，可根据负载的变化，自动调整补偿电容的容量，保证全供配电系统的功率因数达到规定值。

合理提高供配电系统的功率因数值，对节约能源有重要意义。

高速公路机电系统的外供电通常可在当地供电网络，通过与当地供电管理部门协调，由附近变电站到负载点之间，架设6～10KV电压的专线供电。

如果电网供电可靠性、供电质量能得到保证的条件下，也可在负载点附近供电网络上T结，这样能有效降低供电线路建设成本。

但在T结供电主干上，不应接有过多的变压器，以减少因线路检修停电的次数，保证供电主干的可靠性。

由于高速公路通常需途经广大农村，据我国实际情况，多数农村电网有不少中小水力发电厂并网供电，每逢雨季来临，中小水电站为争先输出更多的有功功率以取得更高的经济效益，而将电压调高，从而造成在丰水季节电压经常超过规定的标准值，很容易因过压而损坏公路沿线各种用电设备或器件。

因而高速公路有关部门和技术管理人员，加强与当地供电部门协调，采取有效措施，例如选用非标调压档位的变压器（调压档位增加）或另加装有载自动调压变压器，便于及时供电压调至规定值。

由当地供电网络将电能传输至高速公路各站点，通常采用架空线路或铺设电缆两种形式供电。

第二节架空线路的运行与维护
架空线路在长期的运行过程中，既要承受机械和电气的负荷，又要经受风、雷、雨、雪的侵扰，线路上的设备和元件会逐渐老化、变形以至损坏，使线路的电气强度与机械强度逐渐降低，不能保持原设计的要求。

线路上不断出现的各种缺陷，要由运行管理部门在经常性的巡视、检查、测试中发现，并通过大修和日常维护手段加以消除。

为了掌握线路的运行状况、及时发现缺陷和沿线威胁线路安全运行的隐患，必须按期进行巡视检查。

一、线路巡检种类
（一）定期巡检。

由专职巡线员进行，掌握线路的运行状况、沿线环境变化情况，并做
好护线宣传工作。

（二）特殊性巡检。

在气候恶劣（如台风、暴雨、覆冰等）、河水泛滥、火灾和其他特殊情况下，对线路的全部或部分进行巡视或检查。

（三）夜间巡检。

一般在线路高峰负荷或阴雾天气时进行，检查导线接点有无发热打火现象，绝缘子表面有无闪络。

（四）故障性巡检。

查明线路发生故障的地点和原因，并及时对故障进行排除。

（五）监察性巡检。

由部门领导和线路负责技术人员进行，目的是了解线路及设备状况，并检查、指导巡线员的工作。

线路巡检周期按表8-1执行。

表8-1 线路巡视周期表
二、线路巡检的主要内容
（一）杆塔。

包括：1、杆塔是否倾斜，铁塔构件有无弯曲、变形、锈蚀，螺栓有无松动，混凝土杆有无裂纹、疏松、钢筋外露，焊接处有无开裂、锈蚀；2、基础有无损坏、下沉或上拔，周围土壤有无挖掘或沉陷，寒冷地区电杆有无冻鼓现象；3、杆塔位置是否合适，有无被车撞的可能，保护设施是否完好，标志是否清晰；4、杆塔有无被水淹、水冲的可能，保护设施是否完好，标志是否清晰；5、杆塔标志（杆号、相位警告牌等）是否齐全、明显；
6、杆塔周围有无杂草和蔓藤类植物附生，有无危及安全的鸟巢、风筝及杂物。

（二）横担及金具。

主要巡视铁横担有无锈蚀、变形，螺栓是否紧固、有无缺帽，开口销有无锈蚀、断裂、脱落。

（三）绝缘子。

包括：1、瓷件有无脏污、损坏、裂纹和闪络痕迹；2、铁脚、铁帽有无锈蚀、松动、弯曲。

（四）导线（包括架空地线、耦合地线）。

包括：1、有无断股、损伤、烧伤痕迹，在化工、沿海等地区的导线有无腐蚀现象；2、三相弛度是否平衡，有无过紧、松动现象；3、接头是否良好，有无过热现象（如接头变色，雪先融化等），连接线夹弹簧垫是否齐全，螺帽是否紧固；4、过（跳）引线有无损伤、断股、歪扭，与杆塔、构件及其他引线间距离是否符合规定；5、导线上有无抛扔物；6、固定导线用绝缘子上的绑线有无松弛或开断现象。

（五）防雷设施。

包括：1、避雷器瓷套有无裂纹、损伤、闪络痕迹，表面是否脏污；2、避雷器的绑定是否牢固；3、引线连接是否良好，与零相和杆塔构件的距离是否符合规定；4、各部附件是否锈蚀，接地端焊接有无开裂、脱落；5、保护间隙有无烧损、锈蚀或经物短接，
间隙距离是否符合规定。

（六）接地装置。

包括：1、接地引下线有无丢失、断股、损伤；2、接头接触是否良好，线夹螺栓有无松动、锈蚀；3、接地引下线的保护管有无破损、丢失，固定是否牢固；4、接地体有无外露、严重腐蚀，在埋范围内有无土方工程。

（七）拉线、顶（撑）杆、拉线柱。

包括：1、拉线有无锈蚀、松弛、断股和张力分配不均等现象；2、水平拉线对地面距离是否符合要求；3、拉线绝缘子是否损坏或缺少；4、拉线是否妨碍交通或被车碰撞；5、拉线棒（下把）、抱箍等金具有无变形、锈蚀；6、拉线固定是否牢固，拉线基础周围土壤有无突起、沉陷、缺土等现象；7、顶（撑）杆、拉线柱、保护桩等有无损坏、开裂、腐朽等现象。

（八）沿线情况。

主要有：1、沿线有无易燃、易爆物品和腐蚀性液、气体；2、导线对地、道路、公路、铁路、管道、索道、河流、建筑物等距离是否符合规定，有无可能触及导线的铁烟筒、天线等；3、周围有无被风刮起危及线路安全的金属薄膜、杂物等；4、有无威胁线路安全的工程设施（机械、脚手架等）；5、查明线路附件的爆破工程有无爆破申请手续，其安全措施是否妥当；6、查明防护区内的植树、种竹等情况及导线与树竹间距离是否符合规定；7、线路附件有无射击、放风筝、抛扔外物、飘洒金属和在杆塔、拉线上拴牲畜等；8、查明沿线污染情况；9、查明沿线江河泛滥、山洪和泥石流等异常现象；10、有无违反《电力设施保护条例》的建筑。

配电线路的检查与维护周期按表8-2执行。

表8-2 配电线路的检查与维护周期
第三节电缆线路的运行与维护
作好电缆的运行和维护工作，必须全面了解其敷设方式、结构布置、定向和电缆头位置。

对线路做定期和不定期巡查，以防止电缆受外力破坏，避免终端头缺陷引起故障。

除巡查外并应经常监视其负荷大小，发热情况及对电缆绝缘电阻和耐压作定期的预防性试验。

一、巡查内容
（一）直埋电缆巡查内容
1、电缆路径附近的地面是否正常，有无挖掘，有无堆放垃圾、矿渣、易燃易爆物及化学物品等；
2、电缆路标是否完整无缺；
3、对室外露出地面的电缆的保护管或角钢有无锈蚀、移位现象，固定是否可靠；
4、进入室内电缆的穿管是否封堵严密，有无进水现象。

（二）户内外电缆及终端头的巡查内容
1、清扫电缆沟，终端盒及瓷套管；
2、检查终端盒内有无积水、空隙或裂缝等现象；
3、检查终端头有无漏胶现象，如发现漏胶，应立即用沥青封口（或干封），绝缘胶不满时，应用相同绝缘胶添满；
4、核对终端头引出线和线路的相位，并检查引出险接触是否良好，如发现有松动、断线现象，应停电修理；
5、测定接地电阻，并用摇表测量电缆绝缘电阻；
6、检查电缆支架有无松动或锈蚀现象，必要时应涂防锈油漆；
7、检查电缆钢带是否完好，麻被外护层脱落超过40%者，应全部剥光，并在钢带上涂防腐漆；
8、检查电缆标示线是否下沉；
9、检查靠近衬垫部分的单芯电缆的铝护层，是否有放电烧毁的痕迹。

（三）电缆沟及管道的巡查内容
1、检查电缆沟及隧道管内有无积水，排水沟应通畅，清除淤泥杂物；
2、检查隧道有无下沉、裂缝和漏水现象；
3、检查电缆沟及隧道内的通风情况；
4、检查沟、管内的电缆及终端盒情况，接头是否漏胶，接地是否良好；
5、检查电缆沟内的支架是否牢固及锈蚀现象；
6、检查隧道口及电缆井的门锁。

以上巡视中发现的问题应记入专用记录本内，较重要的异常情况，应及时报告上级，以便采取措施。

二、电缆线路的预防性试验
预防性试验可分为竣工实验和运行中的定期试验。

新敷设电缆运行两个月后应进行一次实验，以后每年试验一次。

其预防性试验的主要目的是绝缘电阻试验和耐压试验。

有条件时还可进行泄漏电流和介质损失的补充实验。

（一）绝缘电阻试验：测定绝缘电阻，通常是在电缆耐压试验前进行。

应使用1000V （2500V更好）的摇表测电缆芯之间和电缆芯对地的绝缘电阻。

其值不应底于表8-3所列数值。

表8-3 电缆最低绝缘电阻值
用摇表测量电缆的绝缘电阻的接线方法见图8-5。

（二）直流耐压试验和补充试验：电缆定期耐压试验最好在土壤水分饱和时进行，要求在电缆停电48h 后，重新运行前进行。

直流后对滤波电容C 充电，在C 两端即可得到较稳定的直流高压，电容C 一般要求在0.01～0.1μF 或更大一些为宜。

电缆在实验中可能出现放电以至击穿。

为防止大电流流过微安表，在试验回路中还必须对毫安表进行保护。

一般采用与微安表并联一个开关的办法将表短路，当读数时把开关打开。

图8-5 用摇表测量电缆的绝缘电阻 图8-6 直流耐压试验接线
T 1-调压器；T 2-高压试验变压器；R-限流电阻； C-滤波电容；V-硅整流器；μA-微安表
电缆的绝缘如有损坏之处，绝缘电阻试验时可能很好，但在耐压试验时其损坏出就回被击穿。

如果要作泄露电流试验时，在电缆线路每一相试验和试验最后一分钟，分别记下串联微安表的读数。

良好的电缆线路在试验最后一分钟的泄漏电流比开始时会小些。

如果泄漏电流比开始时还大，则试验应该延长到15～20min 。

如果仍继续增长，则实验必须继续到电缆线路障碍处被击穿为止。

泄漏电流与上次试验的比值，以及各项最大泄漏电流与最小泄漏电流的比值叫做不对称系数，电缆的不对称系数和其他的试验数据见表8-4
表8-4 泄漏电流和不对称系数允许值
第四节三相变压器的运行与维护
高速公路机电系统在隧道、收费站的变电站常用的电力变压器大多为三相变压器，这里以三相变压器为例阐明其运行与维护。

三相变压器的维护应由专人负责日常维护，并进行定期维护、检修工作。

一、日常维护工作主要内容
（一）监视变压器是否定额运行，超差值是否在允许范围以内；
（二）变压器运行声音是否正常
（三）观察储油柜油位，油面高不应低于油面线。

（四）观察油温是否超标，油色有无变化
（五）检查是否有渗油、漏油现象
（六）检查套管有无裂痕和放电痕迹及其他异常现象
（七）接地线及其他附属设备的状况是否正常。

二、变压器的定期巡查与维护
（一）变压器定期巡查、试验按表8-5规定进行
表8-5 变压器巡视检查、试验周期
（二）变压器外部巡视检查的一般项目如下：
1、有无漏、渗油，油面、油温是否正常，有无异味等；
2、套管是否清洁，有无裂纹、损伤、放电痕迹，耐酸胶垫有无脆化、破损等情况；
3、变压器音响是否正常；
4、一、二次熔丝容量是否合适，各处接点有无烧损现象；
5、一、二次引线及母线有无异状，与其他导线有无接触的可能；
6、变压器台架有无柴草、杂物堆积，围栏是否安全可靠；
7、名牌及其他标志是否齐全，有无锈蚀现象。

（三）变压器或检修后的变压器投入运行时应符合以下几点要求：
1、变压器的铭牌清楚、牢固，额定电压、额定电容、容量符合要求；
2、分接头开关切换良好，分接头位置正确、合适；
3、持有变压器试验合格证和油化验合格证（必须是局技术部门指定的鉴定单位发的
合格证）；
4、绝缘电阻测量合格，外部检查合乎要求。

（四）停运的变压器在恢复送电时，必须进行清扫、检查、绝缘电阻试验，停运期超过六个月，须按检修后鉴定项目做试验
（五）变压器绝缘电阻测量：
1、测量绝缘电阻应使用2500V的兆欧表；
2、运行中的变压器应在气温5℃以上的干燥天气下（温度不超过85%）进行；
3、测量绝缘电阻时，必须测量变压器温度，封闭式变压器无测温孔时的测温部位为
变压器中上背阴处。

（六）变压器绝缘电阻容许值可参考表8-6
表8-6 10KV及以下变压器绝缘电阻容许值MΩ
新变压器投入运行前绝缘电阻值，应不低于制造厂所测量值的70%（换算到同一温度）。

运行中变压器的绝缘电阻值（换算为相同温度时）应不低于初试时的50%。

换算系数可参考表8-7。

表8-7 绝缘电阻换算系数
（七）工频耐压试验
1、绝缘电阻值低于允许值时，不得进行耐压试验；
2、工频耐压试验值按表8-8中的规定；
3、实验电压应均匀升起至规定值，并保持1min。

表8-8 工频耐压试验值 KV
在试验过程中，应仔细探听变压器内部的响声，如果仪表指示正常，没有绝缘击穿放电声、焦烟等现象，则认为变压器工频耐压试验合格。

（八）绕阻及绝缘的故障及原因，见表8-9
表8-9 绕组及绝缘的故障及原因
第五节供配电系统常用电器件及其维修
供配电系统的电器件，用于电路、电机等有关设备，起作开关、保护、调节和控制的作用。

按电路中电压高低不同可分为低压电器件和高压电器件。

一、低压电器件的功能与维修
（一）开关
开关是最普遍使用的电器。

其作用是用以分合电路、开断电流。

常用的有刀开关、负荷开关、转换开关（组合开关）、自动开关（空气断路器）等
1、低压刀开关的常见故障和排除方法
选用低压开关的额定电流一定要等于或大于各路负载电流的总和。

对于电动机等特殊负载，要考虑其启动电流，应选择其额定电流大一级的刀开关。

刀开关的常用常见故障有触刀过热或烧坏和开关手柄拉动失灵等。

触刀过热可能是由电流过大、触刀和静触接触不良，触刀表面电弧烧伤所引起的，则需要选用较大容量的刀开关，调整触刀和静触座的位置或打磨毛刺和高点。

对手柄故障，可能是由定位机械损坏或触刀转动铰链过松所引起，则需要更换或修理，并拧紧固定螺栓。

（二）负荷开关
对于照明或电热电路，负荷开关额定电路应等于或大于使用电路中各负载额定电流的总和。

对于电动机电路，开启负荷开关的额定电流一般应为电动机额定电流的3倍。

半封闭式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的1.5倍。

负荷开关的常见故障、故障原因和排除方法见表8-10
表8-10 负荷开关的常见故障和排除方法表
（三）组合开关（转换开关）
组合开关应用很广泛，可控制照明和电热电路，可以控制仪表转换，也可以控制电动机的启动、停止和变速。

组合开关的常见故障和排除方法：
1、受柄转动后，内部触头未动
这种故障常因为手柄上的几何形状口磨成圆形、操作机构损坏、绝缘杆变形或轴与绝缘杆装配不紧造成，修理时，应更换手柄或绝缘杆、紧固轴，或修理操作机构。

2、手柄转动后，静触头和动触头不能同时分合
这种故障常因为开关选型错误、触头失去弹性或有污物所致。

修理时，应重新选型、重新装配或更换触头并清理。

3、开关接线柱相间短路
这种故障常因为长期使用、绝缘损坏、胶木烧焦或有导电异物引起短路，应更换新品、进行清理或进行必要的绝缘处理。

4、控制达不到预定要求
这种故障常因为开关选型错误、或接线错误，应该正确选型、并对照说明书的开关接线图表正确接线。

试车并注意先不带负载，进行测量，动作正确后，再接负载实际试车，以免
造成危险。

（四）空气断路器（自动空气开关）
空气断路器可用于接通和分断负载电路，也可以直接用来控制不频繁启动的电动机。

它对电路和电气设备具有短路、过载和欠压保护作用。

它的结构主要由机构部分、触头及灭弧系统和绝缘外壳组成。

空气断路器的常见故障和排除方法见表8-11
表8-11 空气断路器的常见故障和排除方法表
（五）接触器
接触器是供配电系统和自动控制系统应用最普遍的一种电器。

可以远距离接通和断开交直流电路和大容量控制电路，具有失压保护功能。

主要由电磁系统、触主系统、灭弧装置等几部分组成。

其基本工作原理，当吸引线圈通电后，线圈电流产生磁场，而产生足够的电磁吸力，在大于反作用力时，动铁心吸合，机械机构起作用，使常开触头闭合，常闭触头断开。

反之，当线圈电压消失或降低到一定值时，动铁心即行释放，常开触头断开，常闭触头又恢复闭合，为下一次动作做好准备。

接触器的常见故障和排除方法见表8-12
表8-12 接触器的常见故障和排除方法。