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1、通信机房用后备发电设备,一、引言供电的安全、可靠对于通信网络的正常运行至关重要，尤其是通信枢纽作为通信网络中极其重要的节点，对供电可靠性要求更高。虽然我国电力网的供电可靠性比以前有大幅提高，但是市电停电的情况却时有发生，即使是由一类市电供电的通信枢纽也不能幸免。当市电全部中断时，由于蓄电池的容量有限，不可能长时间维持供电。因此，为避免因市电中断时间较长而影响通信畅通，必须配置备用发电机组作为应急电源。同时，空调与通信设备具有同等的重要性，因此备用发电机组的供电容量也须将空调考虑在内。,1,2023/3/10,柴油发电机的基本工作原理-1,1、柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。四冲程
2、内燃机的工作步骤：吸气压缩燃烧排气吸气2、无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用电磁感应原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流；,2,2023/3/10,柴油发电机的基本工作原理-2,3、发电机组最基本的工作原理。要得到可使用的、稳定的电力输出，还需一系列柴油机和发电机控制、保护器件和回路。电气器件包括：载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。交变电势的产生：由
3、于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。,3,2023/3/10,柴油发电机组的运行特点,1、目前，各个省市的通信枢纽基本上均配置了柴油发电机组作为应急供电保障。从统计的情况来看，柴油发电机组运行、维护情况良好，基本上可以满足通信枢纽的应急供电保障需求。2、缺陷：在一些环境恶劣的地方，柴油发电机组存在缺陷：启动可靠性差，启动时须喷低温启动液，带载能力一般，运行稳定性差，经常出现运行一段时间后出现停机的现象；无法一次100%带载，需分次带载，影响备用电源及时为通信设备供电；大型通信枢纽负载越来越大，单路市电
4、的引入容量在2000kVA以上，甚至达到了5000kVA。常规柴油发电机组的最大容量约2000kW左右，需要配置2台以上；场地所限无法满足多台柴油发电机组的安装空间；,4,2023/3/10,燃气轮机发电机组的组成示意图,燃气轮机发电机组由燃气轮机、发电机和控制系统三大部分组成。燃气轮机是一种旋转叶轮式热力发动机，由压气机、燃烧室、涡轮机三部分组成。,5,2023/3/10,燃气轮机的工作过程：压气机(即压缩机)连续吸气并压缩与喷入的燃料混合后流入涡轮机中膨胀作功（燃烧）推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转，同时输出机械功带动发电机发电。在燃气轮机启动循环过程中，点火器点火，使空气燃料的混合体在
5、燃烧室中燃烧，一旦燃烧成功，点火器停止点火，以后只要空气和燃料不断地输入，则燃烧将不断继续下去。,燃气轮机发电机组的原理-1,6,2023/3/10,柴油机和燃气轮机的区别：柴油机的燃烧只是循环过程一个短暂的瞬间过程，因此燃烧是不连续的，喷油和点火是定时的。燃气轮机在点火启动后，则燃烧是持续的。,燃气轮机发电机组的原理-2,7,2023/3/10,燃气轮机发电机组结构原理图,8,2023/3/10,燃气轮机发电机组的优势-1,可靠性高：具有可靠的点火系统，达99.5%以上，而柴油发电机组只有95%左右。燃气轮机的零部件数量仅为柴油机的30%左右；输出电源品质好：燃气轮机发电机组在平衡负载下是匀
6、速的，输出电压稳定、波形失真小，波形畸变率为3%，柴油发电机组波形畸变率为5%；带非线性负载能力强：在非线性负载下，柴油发电机组有时会发生电压/电流震荡、频率漂移，稳定不运行，而燃气轮机发电机组可基本避免。柴油发电机带非线性负载其容量比为2：1，燃气轮机发电机组容量比11.2：1；,9,2023/3/10,燃气轮机发电机组的优势-2,体积小、重量轻、吸收负载惯性力强：柴油机是往复运动改变转动，吸收负载惯性力小。燃气轮机直接是旋转运动，不存在机械运动转化问题，因此吸收负载惯性力强；废气排放少、噪音小：燃气轮机发电机组产生的噪声一般为85dB(A)（离机组1米处），而柴油发电机组多为105115d
7、B(A)；燃气轮机不需要冷却，相比较柴油机复杂的冷却水系统，可避免泄露、冷却、沸腾及污水等产生的故障；节省机房建设及维护等费用；可做成大功率移动电源车；,10,2023/3/10,燃气轮机发电机组的不足,1、燃油消耗量大：燃气轮机发电机组的燃料消耗量：0.380.5kg/kWh，柴油发电机组的燃料消耗量：0.240.32kg/kWh；2、价格较贵：由于航空用燃气轮机主要采用耐高温高压不锈钢特种材料，所以体积小、重量轻、性能可靠，但由于加工工艺要求高，燃气轮机发电机组成本比柴油发电机组高，价格较贵（约2倍）。,11,2023/3/10,1000kW车载式燃气轮机发电机组图,12,机动灵活发电功率
8、大低噪声低温起动可靠发电品质高、工作稳定排放污染小可多台机组并机发电,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,1、燃气轮机发电机组启动（如图）CH1：转速，CH2：电压，CH3：电流。燃气轮机发电机组经过28.8秒后启动成功；空载输出电压：398.3V，稳态电压偏差：0.43%；转速：101.2%N；,13,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,2、加载242A燃气轮机发电机组加载242A，经过2.1秒后稳定运行。加载过程中，U=389.9411V，最大瞬态电压偏差：2.75%；转速保持在101.5%N。,14,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,3、
9、负荷变动燃气轮机发电机组负荷突变：241A突加至706.5A，然后逐渐降为198A，用时11.8秒。U=432V367.5V，最大瞬态偏差：8.13%。发动机转速：101.9N%101.6%N；整个过程中保持平稳；,15,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,4、满载运行燃气轮机发电机组逐渐加载至1536A，接近满载。满载电压稳定在399.3V；转速为99.2%N左右；,16,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,5、断开100%负载满载持续稳定运行25分钟后断开负载，恢复空载运行。满载运行电压：399.8V，转速：99.5%N左右。断载时，瞬态电压=425.4V3
10、94.1V，瞬态电压偏差：6.35%；瞬态最高转速：102.6%。；,17,2023/3/10,燃气轮机发电机组的实例测试数据,6、停机燃气轮机发电机组停机过程115.7秒，电压降为0V，转速降为5%N；经过约5分钟，发动机转速降为0，停机完成；,18,2023/3/10,燃气轮机发电机组与柴油发电机组的尺寸比较,燃气轮机发电机组与柴油发电机组尺寸比较表,燃气轮机发电机组与柴油发电机组安装所需机房尺寸比较表,19,2023/3/10,结论总结,从测试中可以看出，该燃气轮机发电机组启动迅速，经过28.8秒即能达到额定电压和转速；燃气轮机发电机组加载平稳，加载过程中最大瞬态电压偏差仅为2.75%，
11、即使在负荷剧烈变动的情况下，最大瞬态电压偏差也只为8.13%，转速基本保持不变；在满载运行时，电压和转速也十分平稳，基本与空载电压和转速保持一致，电压相差1V，转速相差2%；突减100%负载时，燃气轮机发电机组的最大瞬态电压偏差也只为6.35%；本次测试所带负载为非线性负载，测试结果表明，燃气轮机发电机组带非线性负载的能力强，其供电品质及性能均比较优秀；燃气轮机发电机组相比柴油机组具有更广阔的应用前景；,20,2023/3/10,燃气轮机和柴油发电机的性能比较,21,2023/3/10,燃气轮机和柴油发电机的性能比较,22,2023/3/10,所有模拟量和开关量数据：不允许起动原因、起动失败原
12、因、报警原因、停机原因；转速、T4温度、发电功率、发电频率、三相电压、三相电流对应时间关系等曲线；机组累计运行时间和起动次数；以表格的形式回放所有模拟量和部分开关量，以曲线形式回放转速、T4温度、发电功率、发电频率、三相电压、三相电流对应时间关系曲线。,燃气轮机的监控显示与存储,2023/3/10,23,燃气轮机的监控监控主界面,2023/3/10,24,机组全观,详细参数,燃气轮机的监控监控界面,2023/3/10,25,即时曲线,燃气轮机的监控监控界面,2023/3/10,26,控制面板,燃气轮机的监控监控界面,2023/3/10,27,停机原因,报警原因,燃气轮机的监控监控界面,2023
13、/3/10,28,燃气轮机的应用实例,2001年广东汕头电信粤东信息大楼 3000kW（2台）；2002年上海电信东区局 1600kW（1台)；2002年上海电信电源维护中心 1000kW(1台，移动式）；2002年中讯邮电咨询设计1600kW（1台)；2007年北京市电力公司 1000kW(1台，移动式）2007年上海电信公司（横浜、真如）3000kW（2台）；2008年北京市电力公司 1600kW（4台）；2008年上海信息园区 3000kW（2台）；2008年北京联通、移动公司3000kW（3台）；,29,2023/3/10,防雷与接地,30,2023/3/10,防雷装置：外部防雷和内部
14、防雷接地系统；外部防雷装置：接闪器、引下线、接地装置；内部防雷接地系统：除外部防雷装置外的其他防雷组成设施（防雷器、均压等电位装置），保护雷电流和干扰脉冲对人员、设备危害；接闪器：避雷针、避雷器、避雷带；等电位连接体：可靠电气连接相互分离的导体间无电位差；,防雷术语及含义解释1,31,2023/3/10,防雷术语及含义解释2,2023/3/10,32,电涌保护器（SPD)：通过抑制瞬态或暂态的高电压、旁路电涌电流来保护设备的装置，至少有一个非线性元件；限压型SPD：无电涌高阻态、随电涌增大阻抗降低（压敏电阻器、瞬态抑制二极管）；开关型SPD：无电涌高阻态、响应电涌低阻值（火花间隙、气体放电管等
15、）；开关组合型SPD：开关型器件+限压型器件的组合；保护模式：交流系统L-L、L-N、L-PE、N-PE四种；直流系统V+_V-、V+_PE、V-_PE三种；,标称放电电流In：划分SPD等级、具有8/20us波形的放电电流峰值，用于动作负载预备性实验；最大放电电流Imax：能够流过 SPD、具有8/20us波形的最大放电电流峰值，Imax=2.5In；雷电抗扰度：指系统和设备受雷电浪涌而不降低其运行能力的程度；,防雷术语及含义解释3,33,2023/3/10,波形参数（见图）：视在原点01-冲击电流的10%（图2、30%）-90%直线与时间值交点；波头时间T1-冲击电流峰值的10%（图2、3
16、0%）增加到90%所需时间T的 1.25（图2、1.67）倍；波尾或半峰值时间T2-冲击电流视在原点01与电流下降至峰值一半的时间间隔；,防雷术语及含义解释4,34,2023/3/10,防雷分类及技术要求,1、防雷分类：H、M、L三类；高通流量H型：雷暴日25日/年无专用变压器机房、40日有专用变压器的高山、野外、空旷地无机房区；中流量H型：雷暴日25日/年有专用变压器的郊县丘陵机房、40日有专用变压器的城市高达孤立建筑物内的机房；低通流量L型：由于上述电磁环境条件的机房；2、技术要求：,35,2023/3/10,防雷与接地系统维护周期,36,2023/3/10,防雷和接地各参数的质量标准,2
17、,37,2023/3/10,电源设备电源接口耐雷电冲击能力测试单相设备,38,2023/3/10,电源设备电源接口耐雷电冲击能力测试三相设备,39,2023/3/10,电源设备电源接口耐雷电冲击能力测试直流设备,40,2023/3/10,电源设备电源接口耐雷电冲击能力测试通信接口,41,2023/3/10,接地系统1,1、通信局站、机房、接地系统多采用联合接地方式，即：机房电源系统的工作接地、保护接地、防雷接地共同合用一组接地体。接地系统主要由大地、接地体（接地电极）、接地线等几部分组成。接地系统的接地电阻每年应定期测量，始终保持接地电阻符合指标要求。,42,2023/3/10,接地系统2,2
18、、电源系统的接地制式：有TN、TT、IT三种制式；其中，TN系统包括：TN-S、TN-C、TN-C-S。他们的含义是：第一个字母：表示电源系统接地状况，T表示直接接地，I表示不接地；第二个字母：表示电器设备外壳接地状况，T表示与电源系统接地点无关，直接接地；N表示与电源系统接地点连接。“-”后面的字母：S表示中性线（N）和保护地线(PE)分别接地；C表示中性线（N）和保护地线(PE)共同接地；,43,2023/3/10,接地电阻的定义1,工频电流从接地体向周围大地散流时，土壤呈现的电阻值叫接地电阻R。接地电阻的数值等于接地体的电位U与通过接地体流入大地中电流Id的比值。用公式表示为：Ro=Uo
19、/Id当冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时，不再用工频接地电阻而是用冲击接地电阻来量度冲击接地的作用。,44,2023/3/10,接地电阻的定义2,冲击接地电阻RCH等于接地体对地冲击电压的幅值与冲击电流幅值之比。冲击接地电阻RCH与工频接地电阻Ro的关系是：RCH=Ro,式中：为冲击系数，的大小与大地电阻率有关，它们的关系是：当100m时，1；当500m时，0.667；当1000m时，0.5；当1000m时，0.333；,45,2023/3/10,测量仪表地阻测试仪1,5.2.1 对测量仪表的要求：接地电阻的测量常在野外进行，因此，要求其坚固可靠，自带内置电源，重量轻、体积小，并对恶劣环
20、境有较强的适应能力。大于20dB以上的抗干扰能力，能防止土壤中的杂散电流或电磁感应的干扰。仪表应具有大于500k的输入阻抗，以减少因探针和土壤间接触电阻引起的测量误差。,46,2023/3/10,测量仪表地阻测试仪2,仪表内测量信号的频率应在25Hz1kHz之间，测量信号频率太低或太高易产生极化，或测试极棒引线间感应作用的增加，使引线间电感或电容的作用，造成较大的测量误差，即布极误差。在耗电量允许的情况下，应尽量提高测试电流，较大的测试电流有利于提高仪表的抗干扰性能。仪表操作简单，读数最好是数字显示，以减少读数误差。5.2.2 测量用仪表：单钳口接地电阻测试仪,47,2023/3/10,接地电
21、阻的测量方法1,5.3.1 直线布极法（1）确认被测地网的形状、大小、尺寸，对角线长度D（或园形地网的直径D）。（2）如图，1地网边缘、2电压极、3电流极d1=（23）D、d2=0.618d1（优选法），由此测得的接地电阻误差应在1以内；土壤电阻率较均匀的地区，取d1=2D，d2=D；土壤电阻率不均匀的地区，取d1=3D，d2=1.7D。测量中，若电压极位置不便插入，电压极位置允许活动的范围见下表1、2；（3）测量时，尽量使1、2、3在一条连线上，保持d12=（50-60）%d13；移动测试3次，每次移动的距离为5的d13，使3次测得的电阻值接近即可。表1：误差率1%,表2：误差率5%,25,
22、48,2023/3/10,5.3.2 三角形布极法图中，取d12=d13=2D，夹角Q=28.950300，此时测得的电阻误差接近零，Q越大误差也越大，Q=1800时误差最大。如果测试场地窄小，不能满足d12=d132D的条件时，也可取d12=d13D。如果允许测量误差在10时，Q值的允许变化范围如下表，测量误差在10时Q值允许范围表,接地电阻的测量方法2,49,2023/3/10,接地电阻的测量方法3,5.3.3、两侧布极法 一般情况下，不宜将电流极棒、电压极棒分别打在地网的两侧，但由于测试场地限制，可如图示方法布置电极进行测试。（1）d12=d135D；（2）电流极棒，电压极棒和地网中心应
23、尽量在一条直线上；,50,2023/3/10,接地电阻测量注意事项-1,测试前，应先了解被测地网的结构形式，地网尺寸以及周围空中、地下的环境情况，如有无架空线、地下金属管道、地下电缆等，在测量时尽量避开，或采取相应措施，以便减小测量误差。直线布极法测量地网接地电阻时，如果地网的中心位置不能确定，可根据情况假设一个中心，取电流极距它为（23）D，而将电压极棒设在距假设中心为0.5（23）D，0.6（23）D，0.7（23）D的位置进行测试，三次测得的电阻力R1、R 2、R3，实际接地电阻R0可由下式求得：R0=21.6 R11.9 R 20.73 R3,51,2023/3/10,接地电阻测量注意
24、事项2,选择电流极棒和电压极棒的测量位置，应避开架空线路和地下金属管道走向，否则测量的接地电阻将大大偏低。测试极棒应牢固可靠接地，防止松动或与土壤间有间隙。同时，地网、电流极棒、电压极棒应在一条直线上，否则将产生较大的测量误差。测量接地电阻的工作，不宜在雨天或雨后进行，以免因湿度使测量不准确。,52,2023/3/10,接地电阻测量注意事项3,处于野外或山区的通信局站，由于当地的土壤电阻率一般都比较高，测量地网接地电阻时，应使用两种不同测量信号频率的地阻仪分别测量，将两种地阻仪测量结果进行比较，以便确定接地电阻的大小。因为测量信号频率不恰当时，容易产生极化效应或大地的集肤效应，使测量结果不准或
25、出现异常现象。当测试现场不是平地，而是斜坡的话，电流极棒和电压极棒距地网的距离应是水平距离投影到斜坡上的距离。,53,2023/3/10,接地电阻测量注意事项4,接地电阻直接受大地电阻率的影响，大地电阻率越低，接地电阻就越小。而大地电阻率受土壤所含水分、温度等因素的影响，这些因素随季节的变化而变化。因此，全年中各月份测得的土壤电阻率是不同的，因而接地电阻也不同。为了满足全年中最大土壤电阻率的月份接地体的接地电阻仍能满足使用要求，因此，需要采用季节修正系数K，即=p，K 式中：K季节修正系数 计算接地电阻时，采用的土壤电阻率（m）;p，在全年不同月份所实际测到的土壤电阻率（(m）.,54,202
26、3/3/10,不同地区的季节修正系数,55,2023/3/10,电力维护中的电力参数及测量方法,56,2023/3/10,1、三相交流电压和其不平衡度,1.2、电压不平衡度：如图：ACO、ACP两个以AC为公共边的等边三角形，其电压不平衡度计算公式：u=OB/PB=Un/Up100%式中：u：为电压不平衡度；Up：为电压的正序分量，V；Un：为电压的负序分量，V。三相电压不平衡度是根据右图计算出来的；,1.1、交流电压：机房交流电压分单相、三相，分别为220V/380V(有效值）、峰值系数为2、3。其值为两点间的相对值；,1.3、测量仪表：万用表或电能质量分析仪。,57,2023/3/10,2
27、、功率及功率因数,2.1、功率及功率因数关系如右图：P:有功功率；Q：无功功率；S：视在功率；功率因数：COS=P/S,2.2、功率测量图示：按右图测试电路，即可从表上读出有功功率值P，视在功率值S，功率因数值PF;,2.3、使用仪表：电能质量分析仪,58,2023/3/10,3、直流电源杂音电压的测量,杂音电压是整流设备及直流变换器输出直流电压中的脉动成分。主要包括：电话衡重杂音电压、宽频杂音电压、峰峰杂音电压等一般采用杂音计测量电源杂音电压，离散频率杂音电压（选频表）。直流电源的杂音电压主要来源于整流元器件的工作状态、滤波、交流电的共模谐波和电磁辐射及负载的反灌杂音等。直流电源的杂音测量应
28、在直流配电屏的输出端；,其他杂音电压测试接线图,峰峰杂音电压测试接线图,59,2023/3/10,3.1、衡重杂音测量方法,1、定义：整流设备输出电压中的交流分量通过国际电联规定的电话衡重网络（A）后测得的杂音电压值。2、测试方法：打开电源开关、电源指示灯亮，仪器自校，预热20分钟后即可进行稳定测试；将频段开关置于测试的频段上，阻抗开关置75，调节调零电位器，使仪表指示；再将阻抗开关置于自校，调节自校电位器，使表针指示0dB。以后每转换一次频段测试前，应重复以上过程，方能保证每一频段的测量精度；按下平衡测量按钮a/b,阻抗开关置600，电平转换开关置40dB频段开关置电话加权，时间常数开关置2
29、00ms,将测试线接入平衡输入插座，串入大于10F的隔直电容器；将测试线接入直流屏的输出段，调整电平转换开关使表针指出清晰的读数，记下指针读数与电平转换开关读数的代数和，即为衡重杂音电压值，应小于2mV；,60,2023/3/10,3.2、宽频杂音测试方法,1、定义：整流设备输出电压中一定频宽内的交流分量的方均根值。2、测试方法：在上述测试衡重杂音电压后，将阻抗开关置75；电平转换开关置10dB，测试线接同轴输入插座；频段开关分别置于3kHz150kHz档，150kHz30MHz档；改变电平转换开关的灵敏度，直到表头指示出清晰的读数。测试值应为表头的读数与电平转换开关读数的代数和。（在电磁干扰
30、严重的环境下测试时，测试线两端应并入0.1F的无极性电容。）,61,2023/3/10,3.3、峰峰值杂音电压测量方法,1、定义：整流设备输出电压中交流分量的峰-峰值。2、测试方法：在直流配电屏输出端并接0.1F直流无极性电容器，电容器两端以绞线平衡接入示波器（杂音计）探头；示波器须与市电隔离，其机壳应悬浮。测量时，示波器（杂音计）的水平扫描速度应低于0.5s，使被测峰-峰值杂音电压波形清晰稳定时读出。,62,2023/3/10,3.4、离散频率杂音电压,1、定义：整流配电设备输出电压的交流分量中各个频率的准峰值。它分四个频段进行测量，即：3.4K150kHz5mV、150kHz200kHz3
31、mV、200kHz500kHz2mV、500kHz30MHz1mV；2、测量方法：打开选频电平表的电源开关，工作正常后、校准；先校准“零”点，再校准满度；将选频表的输入衰减倍率旋钮放在适当位置；将频段开关旋钮放在3.4kHz150kHz范围内；将选频表的输入电缆线接在直流配电屏的输出端；慢慢旋转频率微调旋钮，使表头指针指在最大的位置上，如果表头无指示，则应减小输入衰减量，如果表头指针已达满度则应增加输入衰减量。杂音电压的数值应等于表头的指示数加上衰减量。用同样的方法，将频段选择开关旋到（150kHz200kHz）、（200500kHz）、（500kHz30MHz）频率段进行测量，即能测出各频段
32、任一频率的杂音电压值。,63,2023/3/10,4、计算机“三遥”检测,1、目标：直接通信时，计算机对受控设备“三遥”性能的可靠性。2、使用仪表：计算机系统（包括支持软件）、万用表、交流直流两用钳形表、红外线侧温仪3、检测方法：用标准表实测受控电源设备的模拟量和对应的计算机显示的模拟量；用计算机对受控电源设备进行遥控，记录下电源设备受控的状态；在受控设备上模拟故障发生和恢复，记录故障状态和计算机响应情况；根据有关技术要求，对计算机软件功能进行验证，并记录验证结果。,64,2023/3/10,附、电能质量分析仪的介绍,显示功能：电压/电流/频率、谐波、功率和能量、闪变和三相不平衡度；波形显示、矢量图显示、自动趋势绘图、参量柱状图、事件列表；测量功能：示波器功能：电压、电流、频率的相位角、有效值、峰值、功率因数；各参数的骤降和骤升；1000个事件记录，包括日期、时间、持续时间、幅值和相位识别标志，捕捉系统闪变、瞬态尖峰、浪涌电流等；谐波：1到50次 谐波电压、电流，THDI、THDU、谐波功率、功率THD；功率和能量：Watts、VA、VAR、功率因数、Cos/DPF、Arms、Vrms、KWh、KVAh、KVARh、最大负荷间隔(使用趋势绘图功能)、电能表(通过可选的输入)；,65,2023/3/10,
