高低压配电工作原理介绍

高低压配电
一、交流高压配电系统
较大的通信局、长途通信枢扭大楼为保证高质量的稳定市电，以及供电规范要求（超过600KVA变压器），一般都由市电高压电网供电。

为保证供电的可靠性，通常都从两个不同的变电站引入两路高压，其运行方式为用一、备一，并且不实行与供电局建立调度关系的调度管理，同时要求两路电源开关（或母联开关）之间加装机戒连锁或电气连锁装置，以避免误操作或误并列。

为控制两路高压电源，常用成套高压开关柜，开关柜的一次线路可根据进出线方案、电路容量、变压器台数和保护方式先用若干一次线路方案的高压开关柜组成高压供电系统。

目前大多数较大的通信局、长途通信枢扭大楼多选用单母线用断路器分段的方式供电，其系统图1-2-1如下：
图1-2-1 10kv高压系统图
来自两个不同供电局变电站的两路高压经户外隔离开关、电流互感器、高压断路器接到高压母线，然后经隔离开关、计量柜、测量及避雷器柜、出线柜接到降压变压器。

1、电力系统的供电质量要求和电压标准
我国发电厂的发电机组输出额定电压为3.15～20kV。

为了减少线路能耗、压降，经发电厂中的升压变电所升压至35～500kV，再由高压输电线传送到受电区域变电所，降压至6～10kV，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。

对于用电设备来说，它的额定电压规定与同级电力网线路额定电压相等。

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。

因此。

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。

2、用户变、配电所的供电方式
用户变、配电所的供电方式取决于用户负荷的性质、负荷容量及网络条件。

一般情况下，有保安负荷的用户应以双路电源供电。

一般负荷用户多为单路电源供电，以架空线或电缆引入电源。

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。

配电网的基本接线方式有三种：放射式、树干式及环状式。

配电网中的用户根据所处在的位置及电网规划要求，可能是辐射式的负荷终端，也可能是环网中的一个单元节点。

对于双路电源供电的用户和35Kv及以上电压供电的用户的运行方式由电力调度部门实行统一调度。

3、用户变、配电所的主接线
主接线是指由变、配电所的一次设备，即通常所称高压与电力网直接连接的主要电气设备组成的变、配电所主电路接线关系。

根据现有通信局站的高压供电方式，这里着重介绍10kV两种常用主接线。

对于10Kv供电的用户的变、配电所的主接线多采用线路变压器组或单母线接线方式。

10kV容量为160-600kVA的工企用电单位的变、配电所多采用高供低量的供电方式，既高压供电、在低压则计量但应加计变压器损失。

对于这种供电方式的用户常采用线路、变压器组方式的主接线系统（如图1-2-2）。

图1-2-2单母线接线方式图
对于受电变压器总容量超过600kVA的中型企业的变、配电所可采用单路电源供电，单母线用隔离开关或断路器分段的主接线方式。

双路电源供电，两台变压器采用单母线用断路器分段的主接线方式。

这种方式接线的变、配电所适用于容量1000kVA及以上的双路供电的企业，供电比较可靠，运行方式灵活，倒闸操作比较方便，通信系统大型局站常采用这种主接线。

（如图1-2-3）。

图1-2-3分段的主接线方式图
4、高压配电柜倒闸操作有关技术要求
倒闸操作就是将电气设备由一种状态转换到另一种状态，即接通或断开高压断路器、高压隔离开关、自动开关、刀开关、直流操作回路、整定自动装置（或继电保护装置）、安装（或拆除）临时接地线等。

高压电气设备倒闸操作的技术要求
（1）高压断路器和高压隔离开关（或自动开关及刀开关）的操作顺序规定如下：停电时，先断开高压断路器（或自动开关），后断开高压隔离开关（或到开关）；送电时，顺序与此相反。

严禁带负荷拉、合隔离开关（或刀开关）。

（2）高压断路器（或自动开关）两侧的高压隔离开关（或刀开关）的操作顺序规定如下：停电时先拉开负荷侧隔离开关（或刀开关），后拉开电源侧隔离开关（或刀开关）；送电时，顺序与此相反。

（3）变压器两侧开关的操作顺序规定如下：停电时，先拉开负荷开关，后拉开电源侧开关；送电时，顺序与此相反。

（4）单极隔离开关及跌落保险的操作顺序规定如下：停电时，先拉开中相，后拉开两边相；送电时，顺序与此相反。

（5）双母线接线的变电所，当出线开关由一条母线倒换至另一条母线供电时，应先合母线联络开关，而后再切换出线开关母线册的隔离开关。

（6）操作中，应注意防止通过电压互感器二次返回高压。

（7）用高压隔离开关和跌落保险拉、合电气设备时，应按照制造厂的说明和实验数据确定的操作范围进行操作。

缺乏此项资料时，可参照下列规定(指系统运行正常情况下的操作)：
①可以分、合电压互感器、避雷器；
②可以分、合母线充电电流和开关旁路电流；
③可以分、合变压器中性点直接接地点；
④10kv室外三级、单极高压隔离开关和跌落保险，可以分、合的空载变压器容量不大于560KVA；可以分、合的空载架空线路不大于10KM。

⑤10KV室内三极隔离开关可以分、合的空载变压器容量不大于320KVA；可以分、合的空载架空线路不大于5km。

（8）当采用电磁操动机构合高压断路器时，应观察直流电流表的变化，合闸后电流表应返回。

连续操作高压断路器时，应观察直流母线电压的变化。

二、常见的高压电器
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关合、开断、保护、控制、调节和测量等功能。

常用的高压电器有高压熔断器、高压断路器、高压隔离器、高压负荷开关、避雷器和互感器等。

高压电器在通信电源的交流供电系统中，种类也很多。

归纳起来分以下三种：
（一）高压开关电器
主要用于高压交流配电系统中。

要求工作可靠。

能分断高压交流电源，能在正常负荷下控制系统的通与断。

这类高压电器有高压隔离开关、高压断路器等。

（1）高压隔离开关
隔离开关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明显的隔离。

隔离开关无特殊的灭弧装置，因此它的接通与切断不允许在有负荷电流的情况下进行，否则断开隔离开关的电弧会烧毁设备，甚至造成短路故障。

所以须要接通或断开隔离开关时，应先将高压电路中断路器分断之后才能进行，典型GN
8型高压隔离开关如图1-2-4所示。

在电力系统中，隔离开关的主要用途是：
将电器设备与带电的电网隔离，以保证被隔离的电气设备有明显的断开点能安全地进行检修。

改变运行方式。

在双母线的电路中，可利用隔离开关将设备或线路从一母线切换到另一组母线上去。

接通和断开小电流电路。

例如可以用隔离开关进行下列操作：
接通和断开电压互感器和避雷器电路；接通和断开电压为10KV，长5KM以内的空载输电线路；接通和断开电压为35KV,容量为1000KVA及以下的和电压为110KV,容量为320KVA及以下的空载变压器；接通和断开电压为35KV，长度在10公里以内的空载输电线路。

图1-2-4GN8型高压隔离开关
（2）高压断路器
①少油断路器
少油断路器（又称油开关），属户内式高压断路器，是高压开关设备最重要、最复杂的一种设备，既能切断负载又能自动保护，广泛应用于发电厂和变电所的高压开关柜内。

SN10—10型高压少油断路器的基本结构有框架、传动机械及油箱，油箱外部用绝缘筒包裹，内部下端为基座，导电杆的转轴和传动机构装在基座内，基座上又固定着滚动触头。

油箱上端是铝帽，帽下部为瓣形静触头，帽上部为油气分离室，中部为灭弧室。

一旦断路器触头断开时，传动杆因分闸弹簧放松而使导电动触杆迅速下移，导电动触杆与静触头之间便产生电弧。

由于绝缘油因高温而气化，灭弧室内气压随之升高，迫使静触头的小钢球压住中心上，于是油和气相混合以横吹的方式冷却电弧，当断路器合闸时上出线端、静触头、导电触头、导电动触杆、中间滚动触头、下出线端组成导电通路，结构图如图1-2-5所示。

图1-2-5 SN10—10少油断路器
少油断路器的运行检查既注意事项：
* 应经常巡视断路器的油面位置在规定的标准线上。

油色应正常。

桶壳、油阀、油位计等处是否清洁、无渗漏油现象。

* 瓷绝缘部分应无破裂、掉瓷、闪络放电痕迹和电晕现象。

表面应无脏污。

* 拉、合闸指示器标志是否清楚、位置是否正确，并与指示等的指示一致。

* 操作机构应保证经常的灵活可靠，无卡塞现象，并定期在转动部家润滑油。

* 用手力操动机构时，必须由熟练人员操作，保证机构一次合到位，中途不的停顿。

* 经常注意油面高度，当油面低于油标线时，可以通过注油螺钉加油。

* 油箱无油情况下，不能进行带电分、合闸。

②真空断路器
ZNL系列三相户内高压真空断路器（以下简称断路器）可用于额定频率50HZ，额定电压6至12KV,额定电流至630A，额定短路开断电流至12.5KA的电力系统中，作为高压电器设备的控制和保护开关。

断路器主要由操作机构、真空灭弧室、绝缘框及绝缘子等组成，整个布局成立体形。

操作机构安装在前部，由薄板组成的箱体内。

真空灭弧室固定在箱体后面，由DMC不饱和聚酯模塑料压制而成的绝缘框架内。

每相真空灭弧室都有单独的绝缘框、绝缘子作绝缘隔离。

箱体内还装有记载断路器合分次数的机械计数器。

操作机构主要由储能机构、合分弹簧、连锁机构、机构主轴、分闸缓冲器、分励脱扣器、过流脱扣器、辅助开关等控制装置组成。

贮能机构通过连接件与机构主轴相连，主轴的旋转通过固定在其上的拐臂推动绝缘子，使真空灭弧室的动导电杆作合、分动作。

合闸弹簧可由电动机或手柄来使弹簧拉伸贮能。

分闸弹簧则是在断路器合闸的同时，由机构主轴拐臂拉伸贮能。

联锁机构是保证断路器在合闸状态时，机构不能再进行合闸操作。

须分闸后，机构才能进行合闸操作。

断路器的合、分动作均可用手动或电动来完成。

真空灭弧室的灭弧原理：灭弧室里有一对动、静导电触头，触头合上和分开，形成通断。

断路器大电流的开断是否成功，关键是在于电流过零后，触头间的绝
缘恢复速度是否比恢复电压上升快。

实践证明，真空中的绝缘恢复之所以快，是因为在燃弧过程中所产生的金属蒸汽、电子和离子，能在很短的时间内扩散，并被吸附在触头和屏蔽罩等表面上，当电流在自然过零时，电弧就熄灭了，触头间的介质强度迅速恢复起来。

本断路器真空灭弧室内的触头采用CuCr合金材料，开断能力强，截流水平低，电寿命长。

（二）高压保安电器
主要是用于交流高压配电系统中。

配电系统对电器要求是：当线路发生过载、短路、过电压故障时，对电源设备起到保护工作。

这类电器有高压熔断器、避雷器。

高压熔断器按使用场合可分为户内管型熔断器和户外跌落式熔断器。

避雷器有阀式避雷器和管式避雷器。

通信电力系统采用阀式避雷器。

阀式避雷器按工作电压等级可分为高压阀式避雷器和低压阀式避雷器。

（三）高压测量电器
用来将高压电网的电压、电流降低或变换至仪表允许的测量范围内，以便进行测量。

这类高压电器有电压互感器和电流互感器。

一般这两种电器安装在高压开关柜内，与电压表、电流表配合进行测试。

二、交流低压配电系统
低压配电设备是将由降压电力变压器输出的低电压电源或直接由市电引入的低电压电源进行配电，用作市电的通断、切换控制和监测，并保护接到输出侧的各种交流负载。

低压配电设备由低压开关、空气断路开关、熔断器、接触器、避雷器和监测用各种交流电表及控制电路等组成。

1．刀开关
（1）刀开关的结构
刀开关由瓷质底座、静触点座二接装熔丝的触头、上胶盖、下胶盖和带瓷质手柄的闸刀等组成。

因为有胶盖罩着，所以不仅当开关处于合闸位置时，操作人员不可能触及带电部分，而且当开关分断电路时，所产生的电弧一般也不会飞出伤人。

此外，胶壳还能起到防止因金属零件掉落于刀面形成极间短路的作用。

并且因将其各极分开，从而防止了极间飞弧导致电源短路的危险。

刀开关的内部装设了熔丝，当其所控制的电路发生短路故障时，可借助熔丝的熔断迅速地切断故障电路，从而保护电路中的其他电气设备。

（2）刀开关分类
根据不同的工作原理、使用条件和结构形式，刀开关及其与熔断器组合的产品可以分为以下五类：
开启式负荷开关（胶盖瓷底刀开关）；
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 封闭式负荷开关（铁壳开关）；
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 刀开关和刀形转换开关（隔离刀开关）；
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 熔断器式刀开关；
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 组合开关。

各种类型的刀开关还可以按其额定电流、刀的极数（单极、双极、三极和四级）、有无灭弧罩以及操作方式来区分。

通常除了特殊的大电流刀开关采用电动机操作外，一般均采用手动操作方式。

2．转换开关
转换开关是供两种或两种以上电源或负载转换用的电器。

在控制、测量系统中经常需要电路转换，如电源的倒换、电动机的反向运转、测量回路中电压、电流的换相等等。

转换开关可使控制回路或测量线路简化，并避免操作上的失误和差错。

转换开关DK代替两个单刀单投刀开关DK1、DK2，使电动机能实现反向运行的线路。

使用转换开关不仅操作方便，而且节约了设备。

转换开关从本质上说是刀开关的一种，区别在于刀开关的操作是上下的平面动作，而转换开关的操作是左右旋转的平面动作，这样把静触头座安装在塑料压制的盒内，每层一极呈立体布置，不仅减少了安装面积，而且结构简单、紧凑，操作安全可靠，转换开关还能按线路的一定要求组成不同接法的开关。

以适应不同电路的要求，因此，在各种配电设备和控制设备中应用甚广。

转换开关的种类很多, 目前自动转换开关（ATS）应用日益广泛。

下面介绍目前比较先进的施耐德Masterpact MT 800～6300（H，L）系列ATS转换开关（图1-2-6）。

它具有更好的灵活性、可靠性，更高的分断能力和更高的选择性，但体积保持不变，具有手动，遥控转换装置。

图1-2-6施耐德系列ATS转换开关
在通信局（站）电源系统中，ATS开关有三种应用：即二路市电电源在低压供电系统上的切换、市电与备用发电机组供电系统的切换、电力机房交流引入电源的切换。

二路电源切换的开关间应具有机械和电气连锁功能，以确保设备、供电及人身的安全。

3．熔断器
熔断器是串接在低压电路中的一种保护电器。

当线路过载或短路时，利用熔丝（片）熔断来切断电流，从而实现对电路的保护。

熔断器是由熔体、熔管或熔座、底座等部分组成的。

熔体一般由两种材料制成：一种是由熔点较低的铅、锌、锡制成，特别是由铅、锡合金制成的丝，锌制
成的片等；另一种是由熔点较高的铜制成的熔丝、熔片。

熔管（座）是由陶瓷、玻璃纤维等材料制成。

当熔体熔断时，熔管也有一定的灭弧作用。

熔断器种类很多，有插入式、螺旋式、无填料密封式，还有填料封闭管式及引进的gM、aM系列和高分断能力的NT 型等。

4．接触器
接触器是自动控制系统中应用最普遍的一种电器，用于频繁地远距离地自动接通和断开主电路，并控制大容量电路或电动机的电磁式操作电器。

接触器分交流接触器和直流接触器两类。

交流接触器是用主触头通断交流电路，其电磁机构通交流电。

直流接触器是用主触头通断直流电路，其电磁机构通直流电。

交流接触器（图1-2-7）主要由电磁吸引线圈、主触头、辅助触头和灭弧罩等构成。

1－外接电源接线柱 2－主触头 3－衔铁
4－电磁吸引线圈 5－铁芯 6－辅助触头
图1-2-7交流接触器
5．自动开关
自动开关也称自动空气断路器，是用于当电路中发生过载、短路和欠电压等不正常情况时，能自动分断电路的电器；也可用作不频繁地起动电动机或接通、分断电路。

它是低压交、直流配电系统中的重要保护电器之一，自动开关按结构型式分类可分为框架式（也称万能式）和塑料外壳式（也称装置式）两类。

以施耐德空气断路器Compact 系列（图1-2-8）为例介绍自动开关的特性。

图1-2-8 施耐德空气断路器Compact 系列产品
例如：施耐德空气断路器Masterpact MT 800～6300（H，L），机械寿命：50000次；电气寿命：30000 次。

具有高限流特性：Compact NS可以接近熔断器性能；模块化设计:可在现场安装的附件；绝缘性能加强:前面板二类绝缘级联技术；运用断路器的限流作用，提升其下级断路器的分断能力、限流的安全性；此系列的开关按照用户的要求具有插拔功能，以利于更换的方便，装置明显简化和经济，节省用户投资，具有电子脱扣器（STR），电磁脱扣器（MA）。

6．继电器
继电器是一种能根据输入物理量的变化，使其自身执行机构动作的电器。

它既可改变控制线路的工作状态，按照控制程序完成预定的控制任务，又可根据电路状态实现某种保护。

继电器由三个基本部分组成：检测机构、中间机构和执行机构。

检测机构接收外界输入信号，并将信号传给中间机构。

中间机构对信号的变化进行判断、物
理量转换并放大。

当输入信号达到一定值时，执行机构使触头动作，接通或断开电路，从而达到控制或保护的目的。

继电器从用途来分，有控制继电器和保护继电器两大类，根据通信电源系统的使用情况，只介绍保护继电器。

保护继电器从功能来分，又有测量继电器和有或无继电器两大类。

测量继电器是主继电器，一般装在继电保护的第一级，用来反应被保护元件的特性量变化。

当特性量达到动作值时即执行动作。

有或无继电器是一种辅助继电器，是按电气量是否存在或者是否为零时而动作的继电器。

它包括时间继电器、中间继电器和信号继电器等。

保护继电器又可分为电磁式、感应式、电动式、电子式和热继电器等多种形式。

按保护继电器的反应物理量（即输入信号）分，又可分为电流继电器、电压继电器、功率继电器、速度继电器、压力继电器、气体继电器和温度继电器等。

保护继电器按其在保护装置中的功能不同还可分为启动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等。

其相互配合，典型过流保护应用如图1-2-9
所示。

当线路发生短路时，起动用的电流继电器KA 瞬时动作，时间继电器KT 跟着启动，KT 经整定时限后，接通信号继电器KS 和中间继电器KM 。

KM 接通断路器的跳闸回路，使断路器自动跳闸，断开电路。

图1-2-9过流保护方框图
来自两个不同供电局变电站的两路高压经户外隔离开关、电流互感器、高压断路器接到高压母线，然后经隔离开关、计量柜、测量及避雷器柜、出线柜接到降压变压器。

三、低压配电设备
1、低压配电设备的组成与类型
通信电源系统中所用低压配电设备包括以下几种：成套低压配电屏、单台小容量低压配电屏、通信交流配电屏、油机转换屏。

成套低压配电设备通常由进线柜、补偿柜、转换柜、馈电柜、联络柜等组成。

低压配电设备的结构形式通常有三种，分别为固定式、抽屉式及开关为固定插拔式。

当前通信局（站）广泛使用的低压配电柜是抽屉式和固定插拔式。

2、低压进线柜
低压进线柜是变压器的输出控制柜。

内装自动开关（即低压断路器），以便保护变压器不至于长期过负荷运行。

当负荷发生短路时，自动开关有最大断开短路的能力。

低压进线柜具有仪表指示功能。

当采用低压计量时，低压进线柜内安装有计量用电流互感器和计量仪表。

3、低压馈电柜
低压馈电柜（也叫出线柜）是用电设备的控制柜，内装空气开关（即低压断路器），当负荷过大时，空气开关能自动跳闸，也能断开短路电流。

低压馈电柜的数量由低压进线柜开关最大容量和负荷种类、数量来决定。

一般负荷与保证负荷要分开。

4、转换柜
转换柜作用是实现对两路低压交流电源的转换。

转换柜根据配置不同有手动转换和自动转换（ATS柜）两种。

目前ATS柜在通信电源系统中的应用日益广泛。

ATS柜内设有电力控制装置，配置CPU ，其性能和可靠性大大提高，并实现小型轻量化。

通过装置内的参数设置，可实现多种用途。

ATS柜可以通过盘面上的数值指示器来检查模拟输入信号状态、接点输入信号状态和各种设定状态等数据。

转换柜具有自行检测功能，由装置内部的CPU 进行自我检测，发生异常情况及时报警。

转换柜还具有串行通信功能，通过内装的RS-232C 通信接口、传送接口、调制解调器、通信线路联接，实现远程监控。

5、联络柜
当通信局（站）配置二台或二台以上变压器时，低压配电系统中常配置有低压联络柜。

低压联络柜设有低压母线间联络的自动开关。

在低压交流供电系统中二路市电电源的切换通常有如下二种类型：
（1）二路市电在高压侧采用分段运行方式时，由于高压系统不允许设母联开关，在低压侧二路市电配电母线间设有母联开关，当其中一路市电电源检修或故障停电时，则二路市电在低压侧通过低压母联开关进行联络以确保通信负荷的用电（此时的保证供电负荷应不允许超过每路市电电源的供电容量）。

（2）变压器故障时的低压系统供电电源的切换：配置多台变压器的低压供电系统，低压配电系统间设有母线联络断路器。

当其中任一台变压器发生故障时，通过母联开关来保证故障变压器所带保证负载的供电。

联络柜中断路器的分合应与低配每台变压器进线柜的断路器分合具有电气连锁功能，以确保设备、供电及人身的安全。