程兵兵

【摘要】廣播電視傳輸發(fā)射臺(tái)站的供配電系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)等工藝設(shè)備正常運(yùn)行的動(dòng)力之源。供配電系統(tǒng)的高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行，為廣播電視節(jié)目安全優(yōu)質(zhì)播出提供了可靠的基礎(chǔ)保障。依廣電總局相關(guān)通報(bào)可見，近年來廣播電視發(fā)射轉(zhuǎn)播臺(tái)站停播事故中，有一半以上事故是因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)故障造成的?？梢?，供配電系統(tǒng)對維護(hù)安全優(yōu)質(zhì)播出生命線起著舉足輕重的作用。下面結(jié)合實(shí)際，簡要介紹本臺(tái)低壓配電系統(tǒng)智能一體化改造工程及日常維護(hù)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】低壓配電; 智能一體化; 不間斷電源

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.019

1. 改造背景

我臺(tái)新機(jī)房建造于上世紀(jì)90年代，隨著時(shí)代更迭、行業(yè)革新，更多廣播電視節(jié)目開播，電子管發(fā)射機(jī)也已進(jìn)行固態(tài)化改造，且增加備份發(fā)射機(jī)。這些革新對臺(tái)站電源系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。原有的電源系統(tǒng)雖然經(jīng)過多次改進(jìn)，但主要是進(jìn)行高壓側(cè)的改造或只是增加低壓回路。歷經(jīng)多年高負(fù)荷運(yùn)作，配電系統(tǒng)母排已損壞、線路零亂不堪、電氣元件老化失效，存在嚴(yán)重的安全隱患，已經(jīng)不符合現(xiàn)行發(fā)射轉(zhuǎn)播臺(tái)安全播出保障等級標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了更好滿足現(xiàn)代廣播機(jī)房對供配電系統(tǒng)的需求，保障廣播電視節(jié)目的安全優(yōu)質(zhì)播出，有必要對原有的低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和智能化改造。

2. 實(shí)施方案

智能一體化電源系統(tǒng)改造工程項(xiàng)目是對原有配電設(shè)備進(jìn)行改造，拆除舊設(shè)備（包括原機(jī)柜、設(shè)備、線纜、基礎(chǔ)等），線纜重新架設(shè)、新增智能一體化電源系統(tǒng)及低壓配電系統(tǒng)。改造方案緊緊圍繞“高質(zhì)量、不間斷、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的宗旨，通過本次改造，電源系統(tǒng)將形成由雙路外電網(wǎng)一用一備方式送電、自備柴油發(fā)電機(jī)組和不間斷電源組成的四級供電保障方案。整套方案將各系統(tǒng)之間有機(jī)的加以融合，通過智能監(jiān)控管理平臺(tái)，提供了整個(gè)系統(tǒng)的直觀、可靠及安全運(yùn)行的保障。系統(tǒng)具有防雷、隔離、濾波、穩(wěn)壓、不間斷電源、監(jiān)測監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)了真正零停播要求及解決電網(wǎng)出現(xiàn)閃斷問題，保證發(fā)射設(shè)備正常工作。一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

2.1 低壓進(jìn)線柜

我臺(tái)擁有來自南北方向不同變電所引入的兩路架空式準(zhǔn)專線10kV高壓電源（即西后線和群峰線）。兩路高壓電源分別經(jīng)主備變壓器降壓后接入低壓進(jìn)線柜，為機(jī)房提供雙路獨(dú)立低壓電源，每路容量均為500kVA。0.4kV低壓配電系統(tǒng)采用三相五線制，接地保護(hù)系統(tǒng)采用TN-S方式，中性點(diǎn)直接接地，并與變電所保護(hù)接地共用一組接地裝置，接地電阻小于1歐姆。由于供電所電力調(diào)度需要，兩路市電不能同時(shí)負(fù)荷。因此，兩路市電采用一用一備運(yùn)行方式。兩路10kV電源同時(shí)在線，高壓側(cè)不聯(lián)絡(luò)。低壓進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)雙切開關(guān)，帶聯(lián)鎖裝置，只有一臺(tái)變壓器負(fù)荷，保證低壓出線回路能由兩路高壓電源取電。當(dāng)單路失壓后，ATS切換開關(guān)自動(dòng)互投，但暫設(shè)互投不自復(fù)，以便供電所即時(shí)調(diào)整線路負(fù)荷。低壓進(jìn)線柜內(nèi)裝1000A/4P框架開關(guān)、電流互感器、多功能儀表、浪涌保護(hù)器等，進(jìn)一步保證供電可靠性。

2.2 功率補(bǔ)償柜

為提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線的損耗，提高供電效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。因此增配一臺(tái)容量為200Kvar的無功功率補(bǔ)償柜。無功功率補(bǔ)償在0.4kV側(cè)集中進(jìn)行，補(bǔ)償后功率因數(shù)在10kV高壓側(cè)達(dá)0.95以上。無功補(bǔ)償方式為三相單相混合補(bǔ)償，其中單相補(bǔ)償容量不小于總?cè)萘康?0%，采用模塊化結(jié)構(gòu)，由四臺(tái)30Kvar三相共補(bǔ)設(shè)備和四臺(tái)20Kvar分相補(bǔ)償設(shè)備串接組成。因電容器在進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，難免會(huì)受到高次諧波和涌流的沖擊，從而損壞電容器和增加電能消耗。為此，需要在補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候進(jìn)行諧波治理，抑制系統(tǒng)高次諧波，防止系統(tǒng)諧波震蕩放大。系統(tǒng)采用電容器端串接7%電抗器，并針對發(fā)射機(jī)等工藝負(fù)載電環(huán)境特性加裝了SH防爆器及溫控裝置，以提高嚴(yán)重諧波場合下運(yùn)行的可靠度。并采用預(yù)充電同步開關(guān)技術(shù)，響應(yīng)速度快，可頻繁快速投切，性能穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，能有效提高功率因數(shù)。

2.3 發(fā)電機(jī)接口柜

發(fā)電機(jī)接口柜內(nèi)裝1000A/4P雙電源開關(guān)，采用ATS切換技術(shù)，兩路輸入電源互為備用，可ATS自動(dòng)或手動(dòng)切換，并具應(yīng)急維護(hù)旁路等功能。兩路電源分別接市電及自備發(fā)電機(jī)，采用電網(wǎng)-發(fā)電式的智能控制器（即F型） 。智能控制器對市電進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)市電停電或故障時(shí)，經(jīng)延時(shí)后向發(fā)電機(jī)發(fā)送啟動(dòng)指令，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定電壓85%時(shí)，斷開市電斷路器，并自動(dòng)切換到油機(jī)供電。ATS切換開關(guān)采用互投自復(fù)模式，當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，經(jīng)延時(shí)后自動(dòng)切換回市電供電，并向發(fā)電機(jī)發(fā)送停機(jī)指令。發(fā)電機(jī)接口柜內(nèi)同時(shí)裝有電流互感器、多功能儀表等監(jiān)測、保護(hù)設(shè)備，進(jìn)一步保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 智能一體化電源

智能一體化電源是本次改造的核心，主要由防雷隔離變壓器模塊、穩(wěn)壓電源模塊、不間斷電源三部分組成，每部分均具有旁路直通功能。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

防雷隔離變壓器。在智能一體化電源中，線電壓三相380V±40%、50Hz±5Hz市電或自發(fā)電首先輸入1：1隔離變壓器，對輸入電源的隔離可以有效克服零點(diǎn)漂移、濾除諧波、減少電磁干擾、抑制尖峰、吸收雷電浪涌。并且采用進(jìn)線三角型、出線星型（即△/Y）連接方式，產(chǎn)生新的中性線，有效凈化電網(wǎng)，防止因電網(wǎng)中性線不良造成工藝設(shè)備運(yùn)行異常，影響控制信號(hào)的采樣及穩(wěn)壓電源的正常工作。

穩(wěn)壓電源。經(jīng)隔離變壓器輸出的三相電接入穩(wěn)壓電源輸入端。穩(wěn)壓電源由三相（單相）補(bǔ)償變壓器、三相（單相）調(diào)壓變壓器、傳動(dòng)系統(tǒng)、電刷接觸系統(tǒng)和微機(jī)控制單元等組成。由電壓檢測單元對輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣檢測，根據(jù)輸出電壓值的變化，由微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)M，控制調(diào)壓變壓器TVV上的電刷組位置，以改變調(diào)壓變壓器的二次電壓，從而調(diào)整補(bǔ)償變壓器的極性和大小，實(shí)現(xiàn)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)定的目的。由于采用32位高速DSP全數(shù)字化控制及可控硅無觸點(diǎn)電子調(diào)壓方式，只需2ms響應(yīng)時(shí)間即可輸出380V±1%的高精度穩(wěn)定電壓，并且可設(shè)定分調(diào)式，即三相電壓各自調(diào)整，保證三相電壓都在精度范圍內(nèi)，適合單相負(fù)載，適應(yīng)各種復(fù)雜三相電力極不平衡的供電環(huán)境，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，如圖3。

不間斷電源。經(jīng)穩(wěn)壓后的三相電源接入不間斷電源輸入端。不間斷電源采用模塊化設(shè)計(jì)，總功率為300KVA，并可擴(kuò)充冗余至500KVA，功率模塊支持在線熱插拔，便于維護(hù)且不影響整體供電。不間斷電源采用在線雙變換式UPS，在停電或外電出現(xiàn)閃斷時(shí)，由UPS持續(xù)供電，交直流供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為0ms，實(shí)現(xiàn)零切換輸出。滿足了真正零停播要求及解決電網(wǎng)出現(xiàn)閃斷問題，保證發(fā)射機(jī)等工藝設(shè)備正常播出。不間斷電源有四種工作模式，即市電模式、電池模式、旁路輸入和維修旁路四種模式。主要由整流單元、逆變模塊、靜態(tài)開關(guān)等電路組成，其組成結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示：

正常工作狀態(tài)下，手動(dòng)維護(hù)旁路開關(guān)斷開，市電主輸入經(jīng)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流電分兩路，一路經(jīng)過逆變器將直流逆變成交流，經(jīng)靜態(tài)開關(guān)輸出給負(fù)載供電;另一路直流電直接給蓄電池充電，進(jìn)行浮充。其中蓄電池由兩組電池組并聯(lián)組成，其接線圖如圖5所示。

每組電池組分別由40節(jié)免維護(hù)鉛酸蓄電池串聯(lián)組成，從中間引出一條中線，加上正極與負(fù)極組成正負(fù)電壓，共三條線經(jīng)獨(dú)立直流斷路器輸出后，并聯(lián)通過總直流斷路器輸出與UPS接線排相連。每組均可通過直流斷路器控制獨(dú)立工作。當(dāng)主輸入電源異常時(shí)，整流器不工作，蓄電池開始供電，直流電經(jīng)逆變后為負(fù)載提供交流電源。當(dāng)逆變器出現(xiàn)過載或故障時(shí)，靜態(tài)開關(guān)將自動(dòng)切換至旁路輸入模式，跳過整流器、逆變器的雙變換，直接為負(fù)載供電。手動(dòng)維護(hù)旁路直通模式則相當(dāng)于跳過整個(gè)UPS模塊，直通為負(fù)載供電。

3. 改造的實(shí)施與效果

通過前期充分的現(xiàn)場察看和方案論證，制定詳細(xì)的安裝施工時(shí)間計(jì)劃。包括拆機(jī)移出、設(shè)備搬運(yùn)、就位安裝、電路改造、電氣設(shè)備之間的銅排或電纜連接、負(fù)載設(shè)備的接入、供電設(shè)備安裝完成后的聯(lián)動(dòng)調(diào)試在內(nèi)的整個(gè)實(shí)施過程按計(jì)劃步驟安全有序、準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)順利完成。改造后的智能一體化低壓配電系統(tǒng)各項(xiàng)功能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，兩路市電自動(dòng)互投順利，發(fā)電機(jī)組自啟動(dòng)切換正常，動(dòng)作過程中UPS工作模式實(shí)現(xiàn)無縫切換，機(jī)房發(fā)射機(jī)及信源設(shè)備等工藝負(fù)載運(yùn)行平穩(wěn)。很好的解決了因電網(wǎng)斷電、閃斷、閃爍或者過欠壓等電網(wǎng)問題所造成的工藝設(shè)備停機(jī)現(xiàn)像。改造后的配電機(jī)房實(shí)現(xiàn)了電力環(huán)境智能監(jiān)控功能，為臺(tái)站實(shí)現(xiàn)“無人值守”提供了基礎(chǔ)。

4. 日常維護(hù)要點(diǎn)

應(yīng)定期仔細(xì)對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行清灰養(yǎng)護(hù)，避免設(shè)備散熱受影響。特別是我臺(tái)地處沿海高山，潮濕灰塵附著容易造成設(shè)備電路腐蝕、控制邏輯混亂，直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

應(yīng)定期對雙電源切換開關(guān)、漏電保護(hù)開關(guān)等電氣進(jìn)行動(dòng)作測試，以確保其安全可靠。

雖然采用免維護(hù)鉛酸蓄電池，不用頻繁對電池進(jìn)行保養(yǎng)，但電池長期不使用時(shí)，需對電池進(jìn)行放電測試，可在系統(tǒng)中設(shè)定電池為自動(dòng)放電模式。并按期對電池逐一進(jìn)行檢測，內(nèi)阻變大的應(yīng)更換。

UPS采用旁路與整流主輸入端共用同一路供電輸入，另不同柜之間只有一組母線或母排連接，是所有負(fù)荷的唯一通道，沒有備份，一旦發(fā)生故障，可能引起長時(shí)間的停播。因此，應(yīng)定期記錄系統(tǒng)各電氣柜的進(jìn)出口電參數(shù)，定時(shí)檢測電氣及接線端是否出現(xiàn)打火、接觸不良等問題，做好日常維護(hù)并完善應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)應(yīng)急演練。