交流供电网络的重要性和作用

通信局（站）电源系统接入的10 kV市电电网属于高压电网。在电力系统中，各级电压的电力线路及其所联系的变电站称为电力网。通常用电压等级的高低来区分电网的种类，如电压在220 kV以上者称为区域网，电压在35～110 kV者称为地方电网，而包含配电线路和配电变电站、电压在10 kV以下的电力系统称为配电网。

1.电力系统中电能的传输过程

电力系统是指由发电厂、电力线路、变电站、电力用户所组成的供电系统。它肩负着发电、输电、变电、配电与用电的任务。图2-2所示为通信局（站）所需电能由发电厂经区域电网、两级降压变压器后，作为通信局（站）电源系统引入市电的全过程。

图2-2　两路市电配电示意图

2.电力系统的电压

电力系统中的所有电气设备都是在一定的电压和频率条件下工作的。电力系统的电压和频率质量直接影响电气设备的运行。可以说，电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。《全国供用电规则》规定，一般交流电力设备的额定频率为50 Hz，此频率一般称为“工频”，频率偏差一般不超过±0.5 Hz，频率的调整主要靠发电厂来完成。作为市电电网的一个用户节点，通信局（站）电源系统更关心的是市电电压的质量。

电气设备都是设计在额定电压下工作的。电气设备的额定电压就是设备正常运行且能获得最佳经济效果的电压，如果设备的端电压与其额定电压有偏差，则设备的工作性能和使用寿命将受到影响。

电网（电力线路）的额定电压是国家根据国民经济发展的需要及电力工业水平，经全面的技术经济分析研究后确定的，是确定其他各类电力设备额定电压的基本依据。

对于用电设备来说，其额定电压应与电网电压一致。由于同一电压线路一般允许的电压偏移是±5%，所以考虑到补偿负荷电流在线路上产生的压降损失，发电机的额定电压比电网电压要高5%。对变压器的二次绕组来讲，除上述补偿外，还要考虑变压器带额定负荷电流工作时其绕组上的压降损失，一般也按5%考虑。因此，变压器二次绕组的额定电压比电网和用电设备的额定电压要高10%。至于变压器一次绕组，因其接线端与电网直接相连，相当于一个用电设备，故其额定电压与电网相同。

3.电网中性点运行方式

在三相交流电力系统中，电力系统的中性点（作为供电电源的发电机和变压器的中性点）有两种运行方式：① 中性点非有效接地，或小电流接地；② 中性点有效接地，或直接按地，大电流接地。电源中性点不同的运行方式，对电力系统的运行，特别是在系统发生最常见的单相接地故障时有明显的影响，而且还关系到电力系统二次侧保护装置或监察测量系统的选择与运行，因此有必要进行讨论和关注。

1）中性点不接地

通信局（站）电源系统接入的10 kV市电电网多采取电源中性点非有效接地的运行方式。图2-3所示是其在正常运行时，电源中性点不接地的电路图和系统电压、漏电流的相量图。

图2-3　正常运行时的电源中性点不接地的电力系统

系统正常运行时，三相线路的相电压、、是对称的，三相线路的对地电容电流也是平衡的，因此三相的电容电流的相量和为零，没有电流在地中流动。每相对地的电压，就等于其相电压。

当系统发生某相接地故障时，如C相完全接地，系统电压平衡将被破坏，如图2-4（a）所示。这时C相对地电压降为零，而A相对地电压，B相对地电压，如图2-4（b）所示。可见，在C相完全接地时，完好的A相和B相对地电压都由原来的相电压升高到线电压，即升高倍。

另一方面，当C相完全接地时，系统的接地电流（电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和。按图2-4（a）所示的电流方向，应有

从图2-4（b）的相量图可以看出，在相位上正好超前90°；而在量值上，由于，又，因此有(www.xing528.com)

即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。

当然，在发生不完全接地（即经过一些接触电阻接地）故障时，故障相对地的电压将大于零而小于相电压。而其他完好的相相对地的电压则大于相电压而小于线电压，接地电容电流也比计算值小。

应该指出的是，对上述电源中性点非有效接地的电力系统，即使发生单相接地故障，由于线路的线电压无论相位和量值均未发生变化[这可以从图2-4（b）所示的相量图中看出]，三相用电设备仍能正常运行，这是电源中性点非有效接地运行方式电力系统最突出的优点。

图2-4　一相接地时的电源中性点不接地的电力系统

当然，此系统也不允许在一相接地的故障情况下长期运行。因为如果在此期间另一相又发生接地故障的话，就形成了两相对地短路，导致系统回路间产生很大的短路电流，可能导致线路设备损坏。因此在电源中性点非有效接地的系统中，通常装设有专门的单相接地保护或绝缘监察装置，在发生一相接地故障时发出报警信号，以提醒值班人员及时处理，避免引起更大的事故。

我国电力系统运行维护规程规定：电源中性点非有效接地的电力系统发生一相接地故障时，允许暂时继续运行2 h。运行维护人员应争取在2 h内查出接地故障并给予以及时修复；如有备用线路，应将负荷转移到备用线路上去。若经过2 h抢修后接地故障仍没有消除，则应该切除此故障线路。

2）中性点经消弧线圈接地

对于上述电源中性点非有效接地的电力系统，有一种情况是比较危险的，即在发生单相接地故障时，如果接地电流较大，在接地点出现了断续电弧，将可能引发线路的电压谐振现象，从而使线路上出现危险的过电压（相电压的2.5～3倍），这可能导致线路上绝缘较为薄弱地点的绝缘击穿。

为了防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起过电压，在单相接地电容电流大于30 A时，10 kV电网电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。消弧线圈实际上就是一个铁心线圈，其电阻很小，感抗很大。

图2-5所示是电源中性点经消弧线圈接地的电力系统在发生单相接地时的电路图和系统参数的相量图。

图2-5　电源中性点经消弧线圈接地的电力系统

当系统发生一相接地故障时，流过接地点的电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和。由于超前UC90°，而，滞后90°，所以，与在接地点互相补偿。当与的量值差小于发生电弧的最小电流（一般称其为最小生弧电流）时，电弧就不会发生，系统也就不会出现谐振过电压现象。

3）中性点直接接地

通信工程中，低压配电系统大多采用电源中性点直接有效接地的运行方式，如图2-6所示。这类电力系统在发生单相接地故障时，由于电源中性点直接接地，系统的单相接地故障实际上就导致了单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，通常会使线路熔断器熔断或断路器自动跳闸，从而将短路故障部分切除，保证系统其他部分正常运行。

图2-6　电源中性点直接接地的电力系统

对220 V/380 V低压配电系统来说，我国不仅广泛采用电源中性点直接接地的运行方式，而且从接地的中性点还引出有中性线（Neutral Wire，代号N）和保护线（Protective Wire，代号PE）。中性线（N线）非常重要：① 用来接额定电压为相电压的单相设备；② 用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；③ 减少负荷中性点电位偏移。保护线（PE线）的功能主要是防止发生触电事故，保障人身安全。通过公共PE线，将设备的外露可导电部分（指正常情况下不带电，但故障时可能带电又可被触及的导电部分，如金属外壳、金属构架等）连接到电源的接地点。当系统中设备发生单相碰壳接地故障时，也会形成单相短路，使设备或系统的保护装置动作——熔断器熔断或断路器跳闸，切除故障设备，从而确保运行维护人员的人身安全。