2014供配电精华知识在线(二)：更多详情
作为电气技术专业人员，电缆类型、现代建筑电气的设计、架空输电线路状态检修以及公用电网谐波的治理，这些专业问题你们知道吗？下面听小编一一为大家道来：
电缆的类型
电缆由于应用在很多不同的环境，以致在外形上看起来由很大的区别。但不论任何的电缆类型，它们都是作为信号传输的一种导体。这些不同类型的电缆，在传输不同信号的质量表现也有区别，除了部分特殊的应用，目前应用于音视频传输的电缆大致以单根导线、双绞线、同轴线和光纤为主。
1.1.单根导线
单根导线是电缆最基本的一种类型(如电线)，它由一条或一组在被塑料保护层包围的导线组成，这种电缆普遍用于传输低频的信号，比如电源、音频、计算机的ID码。
1.2.双绞线
双绞线是一个通用的称呼，导线的数量和绞合的类型并没有限制，但在电缆的结构上只有两种类型：带屏蔽网的双绞线(STP：ShieldedTwistedPair)和不带屏蔽网的双绞线(UTP：UunshieldedTwistedPair)。
双绞线普遍在电信、互联网、专业音响中普遍应用，这种电缆由两条或两条以上独立的、互相绝缘的线缆连续绞合组成，被互相绞合的其中两条电缆称为组，传输阻抗一般为100_，单根导线的直径规格在20AWG(美国线缆标准：0.91mm)到24AWG(0.61mm)之间。双绞线是一种比较廉价的电缆，每一组导线具备同等的抗干扰能力，可以有效抑制外界的电磁干扰(EMI)，也有效屏蔽了传输信号对外界的电磁干扰。
UTP电缆最普遍应用在电信传输和计算机网络环境，根据绞合的类型不同分为五类、超五类和六类电缆，一般可以达到100Mbps(每秒100百万位)的传输率。STP电缆在导线组的外围增加了一层编织金属网或锡箔，更有利于提高信号抑制外界无线电电波的冲击。STP电缆的每个连接头的金属外壳都必须保持与屏蔽网的良好接触。
1.3.同轴电缆
同轴电缆(Coaxial)是一种由两个导体组成的合成物，同轴电缆的中心导线用于传输信号，金属屏蔽网起了两个作用：一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路，二是作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。中心导线与屏蔽网介于半发泡的聚丙烯绝缘层之间，绝缘层决定了电缆的传输特性，而且有效保护了中间的导线。
同轴电缆被广泛应用于音视频或射频的传输，传输阻抗一般为75_，已经成为视频的标准阻抗(早期也会利用50_阻抗特性进行视频传输)。优质标准的同轴电缆一般比双绞线的价格更昂贵，因为同轴电缆可靠的物理特性，能够提供优良的音视频表现。信号的频率、分辨率以及电缆的有效传输距离在音视频系统中起了决定作用。
1.4.光纤
光纤电缆(OpticCable)信号长距离传输的最好选择，光纤传输是一种基于光电转换取代电子传输的技术手段。光纤传输的简易原理是：模拟电信号传给光发射机，经信号缓冲电路和驱动电路，将输入的电压信号转变成电流信号，驱动发光管或者激光器。这样，输入的电信号转换为光信号，通过精确光对准和引导，耦合进入光纤。
光信号经光纤传输后，在接收端光信号被一个波长相配的光电二极管转换成原来的电子源，经低噪声线性放大器放大后再输出。
光纤信号传输避免了传统电缆传输的许多缺点，具备很多电缆传输无法比拟的优点;
优异的抗电磁干扰：长距离电缆传输中，电缆自身就是一根巨大的天线，会拾取周围空间存在的电磁波信号，特别是在显示系统更为突出，这类干扰信号在图像显示中表现出无法消除的颗粒噪音，光纤电缆的核心是玻璃，而且传输的是光信号，不容易受外界电磁波的干扰。
很小的体积：大多数的光纤与人体的头发一般粗细。
很低的衰减：因为光纤传输是依靠玻璃导管完成，不存在信号因为电缆电阻、容抗引起的大幅度衰减，光纤极大的提高了传输的带宽能力和传输距离。光纤的高度安全：光纤传输的信号内容不容易被窃听。
虽然光纤似乎是信号传输的终极方法，但也有一些不利点;
较高的价格：光缆、发射器、接收器价格昂贵
较高的人工：在光缆的布管布线过程，需要众多的人力资源和特殊工具。虽然光信号在光纤中传输损耗很低，但是在发射端和接收端进行的电光、光电转换对信号的衰减却很厉害。所以要保证无插损传输，就必须在传输中加入高增益多级放大器，还要保证电路能稳定工作。
电缆的结构
多数的视频电缆只是在两个相邻设备之间连接，这么短的距离，似乎没有很多需要考虑的问题。但是在一个完善的视频系统中，这些视频设备甚至遍布于建筑的每一个角落，传输线缆完全成了至关重要的因素。传输线缆的那些因素会最直接影响视频信号的最终效果?我们以同轴电缆的单一传输为例进行说明。
现代建筑电气的设计
(一)高低压供、配电系统的设计建筑供电主要是解决建筑物内用电设备的电源问题。包括变配电所的设置，线路计算，设备选择等。
供电电源及电压的选择。
供电设计：包括供电电源的电压、来源、距离和可靠程度，目前供电系统和远景发展情况;用电负荷的性质、总设备容量和计算负荷;变配电所的数量、容量、位置和主接线;无功功率的补偿容量和补偿前后的功率因数;备用容量和备用电源供电的方式;继电保护的配置、整定和计量仪表的配置。建筑物中一二级用电负荷应由双重电源供电，三级负荷可采用单个电源供电。两个电源运行方式，原则上是两路同时使用，互为备用。
1.为了保证供电可靠性，现代高层建筑至少应有两个电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两个电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。另外，还装设应急电源，如快速自启动的柴油发电机组、专用馈线回路、EPS等。国内高层建筑的供电电压，都采用其10kV标准电压等级。超高层根据负荷容量及等级采用35kV或更高等级。
2.由用户电表开关箱向室内配电回路，应以照明、空调及其它电器用插座分三个回路为基本回路，除以上三个回路外，尚应根据地区条件和工程要求增设厨房电器具专用回路，以及卫生间电热水器专用回路。
(二)电气设备选择现代建筑要求电气设备防火、防潮、防爆、防污染、节能及小型化。电气设备有的需要引进。设备引进是一项技术性、政策性很强的工作，对国际市场的产品动态及发展趋势都应有一定了解，具备必要的国际贸易常识。
1.影响电气设备选择的因素
首先要考虑并坚持的是产品性能质量。电气产品的选用必须符合国家现行使用的有关规范。
其次才是经济性，要根据业主功能要求、经济情况做出选择。
随着人们环境保护意识的日益增加，选择环保产品、节能产品也是新的时尚，而不仅仅是钱的问题了。
2.电梯的分类
按使用功能分类有：高级客梯、普通客梯、观景梯、服务梯、消防梯、货梯、自动扶梯等;
按速度划分有：低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯;
按电流分为：直流梯和交流梯。
设计人员的任务是确定电梯台数和决定电梯功能。电梯的配置和选型，往往是建筑师根据建筑需要作出决定，但电气设计人员宜参与协商，与建筑师共同研究确定。为缩短候梯时间、提高运输能力，采用高速电梯、分区控制和电脑群控已经是常见的。
架空输电线路状态检修
架空输电线路是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上，以传输电能的输电线路。架空线路由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成。导线承担传导电流的功能，必须具有足够的截面以保持合理的通流密度。导线都是处在高电位。与地下输电线路相比较，架空线路建设成本低，施工周期短，易于检修维护。因此，架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。
一、状态检修流程
多年来，由于受检修手段及预知诊断技术的限制，对输电线路检修一直沿用“到期必修”的定期检修制度，不能客观的反映设备内在的质量和运行工况等因素的差异，既缺乏合理性和科学性，又具有很大的盲目性。许多设备应修而未修，轻则影响其技术性能和使用寿命，重则会造成损坏或事故;也有更多的设备不该修而修，造成人力和物力财力的严重浪费;而送电线路地处野外，饱受风、雨、雾、冰、雪、冰雹、雷电等大气环境的影响，同时还受到洪水、山体滑坡、泥石流等自然灾害的危害，另外工农业的环境污染，采石放炮，农田、水利改造等人为因素也直接威胁着送电线路的安全运行，而检修人员整年忙于奔波，检修维护设备仍难以按规程标准完成，造成设备检修维护质量参差不齐，管理部门也无法全面掌握设备的真实运行状况而不得不采用事后检修维护方式，使运行中的设备难以保证健康、安全地运行，而且还大量占用了线路停电时间。
输电线路状态检修系统整体框架的设计是以国家电网公司《设备状态检修管理规定(试行)》、《输变电设备状态检修辅助决策系统建设技术原则(试行)》、《输变电设备风险评估导则(试行)》、《输变电设备状态检修工作验收细则》、《输变电设备状态检修试验规程》、《输变电设备状态检修绩效评估标准》、《输变电设备在线监测系统管理规范》、《输变电设备在线监测系统技术导则》为依据，结合北京电网输电线路运行管理特点设计开发的。本论文在该设计的过程中增加了外力破坏等多项监测信息的收集，从而更加完善了状态检修的系统框架，并初步完成软件系统。
状态检修的基本流程包括：设备信息的收集、设备状态的评价、风险评估、检修策略、检修实施及绩效评估七个主要环节。
二、架空输电线路检修项目
输电线路状态检修是近年来随着电力工业的迅猛发展，系统自动化水平以及对供电可靠性要求的提高而提出的一种检修策略，是建立在预知诊断基础上的科学检修管理方法，是依靠先进检测手段、试验技术为技术保障，并根据运行经验和运行工况综合分析判断后，确定其检修周期和项目的一种先进的输电线路检修方法。
输电线路的状态检修不同于发电机、变压器、开关等设备的状态检修，线路的状态数据涵盖比较广，一些数据可以直接观测到，另外一些可以通过带电作业检测到，比较方便、易行。带电作业是在线路不停电的状态下进行的，能够提供一些真实的线路状态，可以满足开展状态检修工作的需要。在线监测系统能够提供十分充分的状态数据，现在一些高电压等级的线路上已开始使用，随着线路状态检修工作的深入和发展将来会得到推广应用。
线路运行人员每月对所辖线路巡视一遍，是线路状态数据的重要来源。巡视质量的好坏直接关系到状态数据的真伪，因此在这个环节上要下大力气保证巡视质量。对员工进行培训提高他们的工作能力，增强员工的责任心，规范管理，严格考核。要把巡视中发现的缺陷都及时记录在巡线票上，并输入MIS系统。严格执行缺陷管理程序，小的缺陷能够不停电消除的，就尽快消除或是采用带电作业进行消除。不危及线路安全运行的、需要停电处理的缺陷比如瓷瓶倾斜、横担或拉线锈蚀严重、电杆有裂缝、弧垂过大或过小等，对这些缺陷要如实录入MIS系统作为线路的状态数据，在状态评估时进行考虑。状态检测是获得线路状态数据的一项重要手段，它可以得到一些设备的在线数据，及时了解设备的运行状况。目前已经开展了绝缘子盐密测量、零值瓷瓶检测以及红外测温三项状态检测工作，积累了一些状态数据。
三、状态检修完全替代定期检修的可能性
影响输电线路故障因素众多，而且外部因素、不定因素较多。输电线路故障的规律性差、分散性大，出现缺陷的原因众多，而且规律也不同。另外我国输电线路在基建投入时考虑资金，线路设计安全裕度不多，从500kV线路外绝缘选择来看，国外选用饱和盐密来确定爬电距离和绝缘配置，而我国外绝缘配置设计时选用一般盐密，外绝缘配置的裕度靠人工清扫。500kV线路日本每串绝缘子比我们多5-7片。所以国外很少发生污闪事故。
输电线路设备在野外，线路很长，实现状态监测时没有必要对所有设备进行监测，对有些缺陷实现状态监测→故障诊断→状态检修实现上还存在许多技术瓶颈，而且对所有设备进行状态监测费用上难以承受也没有必要。输电线路状态检修有它自身的特点，即状态比较直观，对实时性要求不太高，未来的状态检修可能完全替代定期检修。电力系统内部目前还是以计划管理为主，所以状态检修方式必须要有计划性，这可能在一定程度上对状态检修有所影响。
(一)输电线路状态检修方式的确定
输电线路检修方式有着本身的优势，即根据线路状态分类，应根据不同设备缺陷选用不同的检修方式。考虑系统可靠性后，采用带电检修消除存在缺陷的状态单元，实现输电线路状态检修。所以输电线路故障诊断后主要依靠带电检修实现状态检修，提高可靠性。对于不能够带电作业的缺陷，就要列入状态检修计划，在规定的检修时间内予以消除。
(二)输电线路状态检修方式的实现要有一个过程
目前全面推行输电线路状态检修还存在一定的问题主要包括输电线路在线监测技术还不健全，不能满足状态信息的要求，而且费用昂贵;对在线监测的信号加工处理和故障诊断只是停留在简单的统计，故障诊断的模型尚不健全，判断的标准不健全，可信度不高;因此状态检修应首选线路电气、机械、地理环境较好的线路试行，同时要保证人员的高素质。
目前，在部分输电线路上推广状态检修，实现通过盐密监测、泄露电流监测，结合GIS和电子污区图指导线路进行调爬和清扫工作。同时对主要线路进行全面技术改造，在此基础上推广状态检修，大力开展带电作业，能够保证3-4年不停电状态检修输电线路。
随着监测技术的提高、诊断理论和技术的进步，输电线路状态检修必然成为一种主要的检修方式，为电力系统经济运行发挥重要作用。
四、结语
设备状态检修是根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行检修的方式，即根据设备的健康状态来安排检修计划，实施设备检修。状态检修不是唯一的检修方式，企业根据设备的重要性、可控性和可维修性，需结合其他的检修方式(故障检修、定期检修、主动检修)一起，形成综合的检修方式。
变频器与公用电网谐波的问题
随着电力电子技术的发展，变频器在电力电子系统、工业等诸多领域中的应用日益广泛，变频器产生的高次谐波对公用电网产生的危害也日益严重。其中包括：
1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾;
2)谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，使绝缘老化，寿命缩短以至损坏;
3)谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重事故;
4)谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作;
5)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。
由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都造成很大的危害，世界许多国家多发布了限制电网谐波的国家标准，由权威机构制定限制谐波的规定。世界各国制定的谐波标准大都比较接近。我国由技术监督局于1993年发布了国家标准(GB/T14549-93)《电能质量公用电网谐波》，并从1994年3月1日起开始实施。
变频器是工业调整传动领域中应用较为广泛的设备之一。变频器是把工频(50HZ)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器逆变电路的开关特性，对共供电电源形成了一个典型的非线性负载。因此以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一。
谐波是指对周期性非正统交流量行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频相同的分量。就电力系统听三相交流发电机发出的电压来说，可以认为其波形基本上是正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。但由于电力系统中存在着各种各样的谐波源(谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备)，特别是变流装置等设备。其中变频器的输入侧产生谐波的机理是：凡是在电源侧有整流回路的都产生因其非线性引起的谐波。而变频器输出侧产生谐波的机理是：在逆变电路中，对于电压型电路来说，输出电压是矩形波。对电流型电路来说，输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此即使电力系统中电源的电压是正弦波，也会由于非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。
目前谐波的治理可采用以下方法：
(1)变频器的隔离、屏蔽、接地：变频器系统的供电电源与其它设备的供电电源相互独立。或在变频器和其它用电设备的输入侧安装隔离变压器。或者将变频器放入铁箱内，铁箱外壳接地。同时变频器输出电源应尽量远离控制电缆敷设(不小于50mm间距)，必须靠近敷设时尽量以正交角度跨越，必须平行敷设时尽量缩短平行段长度(不超过1mm)，输出电缆应穿钢管并将钢管作电气连通并可靠接地。
(2)加装交流电抗器和直流电抗器：当变频器使用在配电变压器容量大于500KVA，且变压器容量大于变频器容量的10倍以上，则在变频器输入侧加装交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡，且不平衡率大于3%时，变频器输入电流峰值很大，会造成导线过热，则此时需加装交流电抗器。严重时则需加装直流电抗器。
(3)加装无源滤波器：将无源滤波器安装在变频器的交流侧，无源滤波器由L、C、R元件构成谐波共振回路，当LC回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时，即可阻止高次谐波流入电网。无源滤波器特点是投资少、频率高、结构简单、运行可靠及维护方便。无源滤波器缺点是滤波易受系统参数的影响，对某些次谐波有放大的可能、耗费多、体积大。
(4)加装有源滤波器：早在70年代初，日本学者就提出有源滤波器的概念，由源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性，有一机多能特点。且可消除与系统阻抗发生谐振危险。也可自动跟踪补偿变化的谐波。但存在容量大，价格高等特点。
(5)加装无功功率静止型无功补偿装置：对于大型冲击性负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。而其中以自饱和电抗型(SR型)的效果最好，其电子元件少，可靠性高，反应速度快，维护方便经济，且我国一般变压器厂均能制造。
(6)线路分开：因电源系统内有阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸形。把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点PCC开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去转
(7)电路的多重化、多元化：逆变单元的并联多元化是采用2个或多个逆变单元并联，通过波形移位叠加，抵消谐波分量;整流电路的多重化是采用12脉波、18脉波、24脉波整流，可降低谐波成分;功率单元的串联多重化是采用多脉波(如30脉波的串联)，功率单元多重化线路也可降低谐波成分。此外还有新的变频调制方法，如电压矢量的变形调制。
(8)变频器的控制方式的完善：随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术发展，变频器控制方式有了以下发展：数字控制变频器，变频器数字化采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能;多种控制方式结合，单一的控制方式有着各自的缺点，如果将这些单一控制方式结合起来，可以取长补短，从而达到降低谐波提高效率的功效。
(9)使用理想化的无谐波污染的绿色变频器：绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载使都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出功率。
综上所述，可以了解变频器以及变频器谐波产生的机理，变频器谐波以及其危害性，以及采用变频器隔离、接地或采用无源滤波器、有源滤波器、加设无功补偿装置以及绿色变频器等方法。随着电力电子技术以及微电子技术等技术的飞速发展，在治理谐波问题上将会迈上一个新的台阶，将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以达到抑制电网污染，提高电能质量。
