廣播電視發(fā)射臺(tái)供電系統(tǒng)增容改造

王 麟，聶廣才，王義林

（安徽廣播電視臺(tái)，安徽 合肥 230022）

目前，大蜀山發(fā)射臺(tái)已有12個(gè)調(diào)頻廣播頻點(diǎn)和11套電視及數(shù)字節(jié)目，大多為24 h的10 kW滿功率不間斷播出，而且每套節(jié)目都建立了多路信源傳輸系統(tǒng)，加上各種空調(diào)冷卻設(shè)備、辦公生活設(shè)施及塔燈景觀設(shè)施，如不加控制，高峰用電期時(shí)就會(huì)超過變壓器安全極限，成為安全播出的重大隱患。

1 供電系統(tǒng)現(xiàn)狀及增容需求分析

1.1 發(fā)射臺(tái)供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

大蜀山發(fā)射臺(tái)有2路1 000 V外電，因高壓進(jìn)線開關(guān)具有自動(dòng)倒換功能，2路變壓器進(jìn)電實(shí)際是并聯(lián)接在1路外電上的，次級(jí)出線接低壓配電柜控制柜，其中的智能控制開關(guān)可以自動(dòng)倒換給負(fù)載供電。2006年供電系統(tǒng)進(jìn)行過一次局部改造，將低壓接線柜的P2柜與其他柜體獨(dú)立開，主變壓器通過P3，P4，P5和P6低壓柜給機(jī)房供電，備變壓器在控制開關(guān)前端引線通過P2柜給生活區(qū)及其他負(fù)載供電，當(dāng)主變壓器供電或主控開關(guān)故障，機(jī)械電器閉鎖節(jié)點(diǎn)將會(huì)將全部負(fù)載切換至備變壓器供電（如圖1所示），此時(shí)如果總負(fù)荷過大，應(yīng)盡量減少或關(guān)閉P2柜上與播出無關(guān)的負(fù)載[1-2]。為確保變壓器安全，還制定了許多控、限電措施來保障用電安全。

1.2 供電系統(tǒng)增容需求分析

發(fā)射臺(tái)還將新增多套新節(jié)目，若在原供電系統(tǒng)架構(gòu)下再做努力則變得越來越不切實(shí)際，根本的解決方法只能是系統(tǒng)增容，恰逢廣電總局無線局在安徽省部署無線廣播電視數(shù)字化項(xiàng)目，可為電力改造工程提供專項(xiàng)資金，以此為契機(jī)，大蜀山發(fā)射臺(tái)對(duì)這次改造進(jìn)行了積極的籌措。最初需確定的就是新變壓器容量大小，增容后每臺(tái)變壓器不僅應(yīng)能承受目前發(fā)射臺(tái)全部用電負(fù)荷，還應(yīng)為今后發(fā)展預(yù)留空間。《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施—電氣》給出了變壓器負(fù)荷率設(shè)計(jì)取值范圍為70%～85%，經(jīng)過對(duì)低壓柜三相電流取樣的觀察，每相總電流一般為500～550 A，取相電壓220 V，總功耗約為330～363 kW，根據(jù)發(fā)射臺(tái)目前的發(fā)展空間，未來最多還有可能增加6～7套節(jié)目，按每套節(jié)目10 kW計(jì)算，總功耗可達(dá)400～433 kW，因此新變壓器額定容量500 kV·A是最合適的，既可以保證目前負(fù)荷率基本在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，又完全適應(yīng)未來發(fā)展需要。

2 改造方案設(shè)計(jì)

2.1 配電變壓器選型

配電變壓器的選型是這次改造的核心所在，市場(chǎng)上可供選擇的有干式變壓器和油浸式變壓器兩種。大蜀山發(fā)射臺(tái)原來使用的是合肥變壓器廠生產(chǎn)的金環(huán)牌SZ7-315/10型315 kV·A油浸式變壓器，長時(shí)間使用后老化嚴(yán)重，每年要更換變壓器油、絕緣膠墊，還有大量的日常檢查維護(hù)項(xiàng)目。隨著干變制造業(yè)水平的不斷提升，同容量、同電壓等級(jí)干變與油變的價(jià)格比有不斷下降的趨勢(shì)，同時(shí)干變還有以下油變無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[3]：

1）無油、無污染、難燃阻燃、自熄防火、絕緣溫升等特點(diǎn)；2）損耗低、效率高、噪聲小，因?yàn)闊o油，不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，也不會(huì)污染環(huán)境；3）局部放電量小，可靠性高，可保證長期安全運(yùn)行，壽命可達(dá)30年；4）抗裂、抗溫度變化，機(jī)械強(qiáng)度高，抗突發(fā)短路的能力強(qiáng)；5）防潮性能好，可在100%濕度下正常運(yùn)行；6）體積小、重量輕，安裝便捷，無須調(diào)試，無須更換和檢查油料，運(yùn)行維護(hù)成本低；7）有完善的溫度保護(hù)控制系統(tǒng)，為變壓器安全運(yùn)行提供可靠保障。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，大蜀山發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時(shí)決定使用干式變壓器，品牌上選擇業(yè)界口碑較好的ABB品牌，型號(hào)為SCBZ10-500/10有載調(diào)壓干式變壓器。該變壓器采用自然空氣冷卻，可在額定容量下長期連續(xù)運(yùn)行，變壓器自帶2組GFDD570-110型橫流式冷卻風(fēng)機(jī)，受BWDK系列變壓器用電阻溫度計(jì)控制，由溫控器根據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)，這樣當(dāng)變壓器運(yùn)行溫度較高時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻，可延緩變壓器絕緣性能降低，延長變壓器使用壽命。

新變壓器使用黑龍江雙城市機(jī)電技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的SPKB3-165-10/35-9型真空有載分接開關(guān)，可與變壓器配套組成9級(jí)有載調(diào)壓系統(tǒng)，保證設(shè)備用電電壓穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。開關(guān)為機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，采用西門子PLC控制，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分接選擇機(jī)構(gòu)、快速切換機(jī)構(gòu)、切換儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、電氣控制幾部份組成，選用真空開關(guān)管作為切換的主要部件，可減小、消除工作弧光，實(shí)現(xiàn)檔位轉(zhuǎn)換。其原理如圖2所示，電機(jī)在電氣系統(tǒng)控制下轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)減速器工作，減速器輸出軸驅(qū)動(dòng)選擇機(jī)構(gòu)，并由立軸驅(qū)動(dòng)彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，選擇完成后，彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)釋放能量，驅(qū)動(dòng)切換軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，完成換擋動(dòng)作。

2.2 電流互感器的技術(shù)要求

電流互感器是一種將一次回路的大電流成正比地變換為二次回路小電流的電流源，按其用途和性能特點(diǎn)分為兩大類，一類是測(cè)量用互感器，另一類是保護(hù)用互感器。大蜀山發(fā)射臺(tái)配電系統(tǒng)中主要涉及到第一類測(cè)量用互感器，它的作用是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行電流變換，供給測(cè)量表計(jì)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視表計(jì)等儀表裝置[4]。

電流互感器的運(yùn)行上限一般為120%額定電流，大蜀山發(fā)射臺(tái)原高壓進(jìn)線柜中的電流互感器主要針對(duì)315 kV·A變壓器的電流負(fù)荷設(shè)計(jì)，現(xiàn)在500 kV·A變壓器增容近一倍，就需要根據(jù)新系統(tǒng)負(fù)荷更換適合的電流互感器。從安裝尺寸考慮，仍采用江蘇靖江互感器廠的LZZQB8-10系列電流互感器，但新互感器電流額定比需相應(yīng)提高，滿足（I1N/I2N）新/（I1N/I2N）老≥500/315，原電流額定比為40 A/5 A，故新的一次額定電流應(yīng)大于63.5 A。LZZQB8-10系列電流互感器更高電流額定比的產(chǎn)品還有50 A/5 A，75 A/5 A和100 A/5 A等，考慮到75 A/5 A的互感器已完全滿足要求，因此決定采用該型號(hào)。除了高壓進(jìn)線柜外，大蜀山發(fā)射臺(tái)PT計(jì)量柜中的原JLDZ-10R系列電流/電壓組合式互感器的電流互感部分電流額定比也為40 A/5 A，也需更換為75 A/5 A的互感器。更換新產(chǎn)品后，還需將新的參數(shù)通過計(jì)算機(jī)控制程序?qū)懭胂嚓P(guān)部分的控制器中。

低壓柜方面，在系統(tǒng)增容后，進(jìn)線柜2個(gè)450 A施耐德Masterpact MT智能斷路開關(guān)已不能滿足要求，計(jì)劃更換為施耐德Masterpact MT08-40 H1型斷路器，額定電流為800 A。低壓進(jìn)線柜還有三相的電流表，通過低壓電流互感器取樣，原來的電流表量程最大為500 A，必須更換成量程為800 A的新表，與之對(duì)應(yīng)也需更換取樣用電流互感器，更換原理與高壓部分類似，不再贅述。

2.3 鐵磁諧振消除裝置的選擇和更換

電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振過電壓是一種常見的內(nèi)部過電壓現(xiàn)象，這種過電壓持續(xù)時(shí)間長，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行威脅極大。電力系統(tǒng)有大量感性和容性元件，能組成復(fù)雜的LC振蕩電路，在一定的能量作用下，特定參數(shù)配合的回路就會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象，例如電壓互感器在正常條件下三相基本平衡，但在電壓互感器突然合閘、電網(wǎng)中單相接地突然消失等情況，會(huì)造成互感器的三相對(duì)地電壓隨之變化，出現(xiàn)過電壓使電壓互感器鐵心飽和，電感量降低，與線路對(duì)地電容形成的振蕩回路就有可能激發(fā)起鐵磁諧振。

大蜀山發(fā)射臺(tái)PT和避雷器柜原使用保定市中恒合力有限公司的消諧裝置產(chǎn)品，長期使用后已有壞損。變壓器增容后，一些電磁式電壓互感器進(jìn)行了更換，鑒于原消諧裝置的狀況，需更換與新系統(tǒng)相匹配的鐵磁諧振消除裝置。考慮到尺寸和功能兼容的問題，決定使用原品牌新一代ZH-WTXA微機(jī)型鐵磁諧振消除裝置產(chǎn)品，該裝置在軟硬件的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了重大改進(jìn)，無須整定和調(diào)試，使消諧成功率大大提高。裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓互感器PT開口三角處電壓和頻率，當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，裝置瞬時(shí)啟動(dòng)無觸點(diǎn)消諧元件（大功率可控硅），將PT開口三角繞組瞬間短接，產(chǎn)生強(qiáng)大阻尼，從而消除鐵磁諧振，出于PT安全的考慮裝置共可啟動(dòng)3次消諧元件，通過微機(jī)控制可由液晶顯示屏和指示燈給出系統(tǒng)信息，裝置的原理框圖如圖3所示。

2.4 變壓器噪聲的處理

變壓器噪聲是變壓器運(yùn)行時(shí)的固有特性。干式變壓器噪聲主要來源是鐵心的磁致伸縮噪聲、硅鋼片結(jié)構(gòu)形式和裝配工藝等引起的噪聲。此外，外部部件振動(dòng)和安裝環(huán)境等引發(fā)的噪音也是重要因素之一[5]。因前3個(gè)方面來自設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)無法改變，故后2個(gè)安裝環(huán)節(jié)的噪聲來源是需要重點(diǎn)考慮的。

干式變壓器的本體振動(dòng)除了產(chǎn)生噪聲外，也可能引起建筑結(jié)構(gòu)的共振，特別是大蜀山發(fā)射臺(tái)的情況——干變底座下是中空結(jié)構(gòu)（原油變的吸油井），極易引起空腔共鳴聲，需要安裝時(shí)在變壓器底座與地基基礎(chǔ)之間安裝隔振材料，把剛性接觸改為彈性接觸，同時(shí)緊固變壓器上的螺絲，從而有效降低噪聲。

限于大蜀山發(fā)射臺(tái)變壓器房尺寸，干變位置靠墻最近處只有幾十厘米，墻面反射噪音與變壓器噪音疊加，可能使噪音增大，在配電房四周合適位置安裝一些吸聲材料就能有效減少噪聲。

事實(shí)上，大蜀山發(fā)射臺(tái)變壓器初裝調(diào)試時(shí)，確實(shí)出現(xiàn)一臺(tái)變壓器的噪聲過大的問題，經(jīng)過以上的現(xiàn)場(chǎng)處理后，效果大為改善。

2.5 低壓無功電容補(bǔ)償柜改進(jìn)

無功補(bǔ)償按性質(zhì)分為三相電容自動(dòng)補(bǔ)償、分相電容自動(dòng)補(bǔ)償和三相混合補(bǔ)償方式。三相電容自動(dòng)補(bǔ)償適用于三相負(fù)載平衡的供配電系統(tǒng)。因三相回路平衡，回路中無功電流相同，所以在補(bǔ)償時(shí)，調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號(hào)取自三相中的任意一相即可，三相回路同時(shí)投切，可以同時(shí)保證三相電壓的質(zhì)量[6]。大蜀山發(fā)射臺(tái)使用的就是三相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式，其接線方式如圖4所示，采用LN接線方式，測(cè)量一相與中線間的相電壓，電流從同一相線上測(cè)量，共有6組電容用于投切。

改造前發(fā)現(xiàn)，原電容柜中的多組電容因過度補(bǔ)償和頻繁使用，有炸裂、漏液、老化現(xiàn)象，故這次改造中也必須對(duì)這種現(xiàn)狀進(jìn)行處理。和廠家溝通后，確定從2個(gè)方面加以改進(jìn)：

1）針對(duì)發(fā)射臺(tái)運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，更換電力電容器時(shí)應(yīng)考慮使用抗灰塵、抗靜電的專用電力電容器，同時(shí)提高電容器的電壓等級(jí)，從而延長電容器的使用壽命；

2）由于無法改變總電容器組數(shù)，可增加每組中單臺(tái)單個(gè)電容的容量，減少投切頻率。

這些改進(jìn)能有效延長設(shè)備使用壽命，確保補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，從而降低電能損耗，節(jié)省電費(fèi)開支，提高設(shè)備的利用率，保證電能質(zhì)量。

3 具體實(shí)施規(guī)劃

經(jīng)與施工單位及供電公司協(xié)調(diào)，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間定為2011年7月上旬。鑒于省會(huì)骨干臺(tái)的重要性，節(jié)目多、影響面廣，在實(shí)施方案的制定上必須將減少停播放在第一位，為此，確定了以下的實(shí)施步驟：

1）改造發(fā)射臺(tái)變壓器房后方山體運(yùn)輸通道，使之符合施工車輛進(jìn)出標(biāo)準(zhǔn)。

2）7月3日周日夜里大多數(shù)節(jié)目結(jié)束后倒電至備用變壓器（少數(shù)節(jié)目夜間短暫倒電不計(jì)停播），第二天拆除舊的315 kV·A主用變壓器，更換500 kV·A主用變壓器和三相真空有載分接開關(guān)遠(yuǎn)程控制端，同時(shí)更換主變壓器出線柜至變壓器的高壓電纜和變壓器到低壓柜的低壓電纜，此時(shí)雖會(huì)對(duì)計(jì)量和測(cè)量造成誤差，但已經(jīng)具備通電使用條件，這一點(diǎn)事先已和供電局施工部門協(xié)商過。

3）7月4日夜里倒電至主用變壓器，第二天拆除舊的315 kV·A備用變壓器，更換500 kV·A備用變壓器和三相真空有載分接開關(guān)遠(yuǎn)程控制端，同時(shí)更換備變壓器出線柜至變壓器的高壓電纜和變壓器到低壓柜的低壓電纜。

4）7月5日是檢修日，為防萬一，節(jié)目事先報(bào)停5 h，作為緩沖時(shí)間，同時(shí)協(xié)調(diào)租用了1臺(tái)10 kV·A的柴油發(fā)電機(jī)。上午先更換備變壓器進(jìn)線柜3個(gè)電流互感器，倒備用變壓器，更換主用變壓器進(jìn)線柜3個(gè)電流互感器，更換互感器后，由廠家通過計(jì)算機(jī)程序?qū)⑿聟?shù)導(dǎo)入系統(tǒng)。

5）7月5日下午2點(diǎn)后為檢修時(shí)間，只有電視節(jié)目和部分調(diào)頻節(jié)目停機(jī)檢修，事先將在播的調(diào)頻節(jié)目發(fā)射機(jī)功率都降至1 kV左右，關(guān)機(jī)后將柴油發(fā)電機(jī)接至供電母排，調(diào)整供電相序后，再將這些發(fā)射機(jī)開啟維持節(jié)目播出，此時(shí)更換高壓PT計(jì)量柜中的電壓電流組合式互感器2個(gè)，接著關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)，倒回變壓器供電。其后分別更換2個(gè)低壓斷路器，中間需人工倒換1次，等待供電公司專家前來驗(yàn)核，在專家查驗(yàn)的過程中，因工作程序需要還需將2個(gè)高壓斷路器斷開1次，約5 min時(shí)間。這些工作完成后，即可合上高壓斷路器，恢復(fù)正常供電。

6）7月最后一個(gè)周二檢修日為7月26日，所有電視節(jié)目和調(diào)頻節(jié)目均停機(jī)檢修，斷電更換了低壓進(jìn)線柜上的3個(gè)電流互感器和三相指示電流表，還更換了與新變壓器匹配的鐵磁諧振消除裝置。

7）檢查電容柜，和廠家確定了更換電容的技術(shù)方案，由其帶回定制組件，今后實(shí)施。

整個(gè)過程，充分利用發(fā)射臺(tái)周檢日的特點(diǎn)，除周二上午倒換變壓器1次、下午切換柴油發(fā)電機(jī)2次、人工互倒低壓斷路開關(guān)1次和專家檢測(cè)時(shí)間外，沒有任何多余的切換過程，總共停播時(shí)間不超過10 min，且僅限于幾套調(diào)頻節(jié)目，相對(duì)于上級(jí)允許的5 h報(bào)停時(shí)間，大大縮減了施工帶來的影響，經(jīng)專家論證，該實(shí)施步驟是最優(yōu)的。

4 總結(jié)

大蜀山發(fā)射臺(tái)供電系統(tǒng)的增容改造，在前期經(jīng)過了周密的調(diào)研和論證分析，在項(xiàng)目進(jìn)行前部署了詳細(xì)完善的改造方案，具體實(shí)施時(shí)還規(guī)劃出一套最優(yōu)的實(shí)施步驟，有效減少了工程中停播的時(shí)長、次數(shù)和節(jié)目套數(shù)，這些措施使得改造得以優(yōu)質(zhì)勝利地完成，也為國內(nèi)其他臺(tái)站今后類似改造提供了范例和經(jīng)驗(yàn)。通過這次供電系統(tǒng)的增容改造，不僅消除了供電安全隱患，提高了發(fā)射臺(tái)運(yùn)行質(zhì)量，還徹底掃除了發(fā)射臺(tái)未來升級(jí)發(fā)展的瓶頸，具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。

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