淺談廣電行業(yè)總前端機房動力系統(tǒng)

張 翼，周 劍，劉 宇，邱麗洋

(1.北方聯(lián)合廣播電視網(wǎng)絡股份有限公司 運行維護中心，遼寧 沈陽 110035；2.遼寧省鐵嶺市清河供電分公司，遼寧 鐵嶺 112003)

淺談廣電行業(yè)總前端機房動力系統(tǒng)

張 翼1，周 劍1，劉 宇2，邱麗洋2

(1.北方聯(lián)合廣播電視網(wǎng)絡股份有限公司 運行維護中心，遼寧 沈陽 110035；2.遼寧省鐵嶺市清河供電分公司，遼寧 鐵嶺 112003)

廣電行業(yè)的總前端機房供電系統(tǒng)支撐承載數(shù)字電視業(yè)務、數(shù)字電視增值業(yè)務和互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務的A級機房正常運行，該供電系統(tǒng)是數(shù)字電視信號能夠連續(xù)、安全、平穩(wěn)發(fā)出的重要保障。結(jié)合了北方廣電遼寧有線總前端機房的供電系統(tǒng)，分析了總前端機房供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要包括外部輸入電源模塊、高低壓供配電模塊、不間斷電源(UPS)模塊、自備電源模塊、機房機柜供電模塊、電力監(jiān)控模塊、機房接地模塊等。

動力系統(tǒng)；不間斷電源；供電模塊

總前端機房向用戶傳播廣播電視節(jié)目信號，24 h不間斷傳輸，機房供電的持續(xù)性和供電質(zhì)量的好壞直接影響了廣播電視安全播出和對用戶的服務質(zhì)量，總前端機房好比廣播電視系統(tǒng)的心臟和大動脈，而總前端機房的動力系統(tǒng)則是廣播電視安全優(yōu)質(zhì)播出的重要保障。

總前端機房動力系統(tǒng)的電力供應要可靠，要有兩路外電，其中至少一路是專線供電，當一路外電發(fā)生故障時，另一路外電不應同時受到損壞，且兩路外電的輸入最好從不同的兩個方向接入到自維變電所內(nèi)，確保電力供應在物理鏈路上的安全，應配置自備電源，在兩路外電同時停電的時候，自備電源在規(guī)定時間內(nèi)迅速啟動，保證機房設備正常用電。

1 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

總前端機房屬于一級播出負荷，一級播出負荷的動力系統(tǒng)應設置對應于不同外電的變壓器；播出負荷供電應設兩個及以上引自不同變壓器的獨立低壓回路，單母線分段用電并具備自動或手動互投功能；主要播出負荷應采用UPS供電，UPS電池組后備時間應滿足實際負荷工作30 min以上；應配置自備電源，自備電源應在外電中斷后10 min內(nèi)啟用，并保證播出負荷和機房空調(diào)等相關負荷持續(xù)運行，儲油量應保證至少4個小時用量需求；主備播出設備、雙電源播出設備應分別接入不同的UPS供電回路。

北方廣電遼寧有線總前端機房的動力系統(tǒng)采用“雙路市電(其中一路為專線)+自備電源+在線UPS供電+雙回路供電”的高可靠性的供電模式。該模式的具體內(nèi)容如下：雙路10 kV高壓市電取自不同的變電站，母線采用單母線分段接線方式，低壓變壓器擁有獨立低壓回路，單母線分段供電并具備自動或手動互投功能；配置擁有能夠快速啟動的自備電源(柴油發(fā)電組)系統(tǒng)，在外電缺失時，自備電源能夠在10 min內(nèi)投入使用；儲油量可以保證至少4個小時的用量需求；機房設備使用在線式UPS供電系統(tǒng)，在自備電源(柴油發(fā)電機組)正常工作之前，暫時由UPS給機房設備供電，UPS電池組后備時間滿足實際負荷工作30 min以上，機柜供電系統(tǒng)取自不同UPS輸出的雙回路供電，保證機柜上的主備設備和雙電源設備供電安全；有良好接地系統(tǒng)，符合消防和安防的相關規(guī)定。北方廣電總前端機房動力系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1 北方廣電總前端機房動力系統(tǒng)拓撲圖

2 主要功能

動力系統(tǒng)在功能設計和實現(xiàn)上嚴格按照國家廣電總局62號令的要求，按照62號令中對供電系統(tǒng)的明確要求進行具體功能實現(xiàn)。

2.1 外部輸入電源模塊

國家廣電總局62號令要求一級前端的外部接入電源，要有兩路外電，其中至少一路是專線供電，當一路外電發(fā)生故障時，另一路外電不應同時受到損壞。

外部電源輸入系統(tǒng)應采用兩路10 kV高壓進線，且這兩路高壓進線取自不同的變電站，一路為10 kV 高壓進線專線供電，變電站離機房較近為宜，這樣電能質(zhì)量基本上可以保證與變電站輸出電能質(zhì)量完全相近，供電線路采用電纜地埋敷設為宜，這樣能保證供電線路相對安全。兩路外電的輸入最好從不同的兩個方向接入到自維變電所內(nèi)，確保電力供應在物理鏈路上的安全，基本保證兩路外電不會同時受到損壞。

2.2 高低壓配電模塊

國家廣電總局62號令要求播出負荷供電應設兩個以上引自不同變壓器的獨立低壓回路，單母線分段供電并具備自動或手動互投功能。北方廣電遼寧有線高低壓配電系統(tǒng)采用雙路10 kV高壓進線，10 kV母線采用單母線分段接線方式，兩段母線間設置聯(lián)絡開關。低壓變壓器的10 kV側(cè)通過電纜與10 kV饋線柜相連。高壓供電系統(tǒng)采用中性點不接地方式。高壓輸入經(jīng)過受電進線柜、高壓計量柜、PT柜、高壓饋線柜、高壓聯(lián)絡及隔離柜，分別連接到變壓器上，變壓器宜選用干式有載調(diào)壓變壓器，低壓供電系統(tǒng)設置4段動力單元(PC)，分別為UPS系統(tǒng)及機房精密空調(diào)供電。高、低壓供配電設備如表1、表2所示。

表1 高壓供配電設備

機房設備由4臺有載調(diào)壓干式變壓器為其供電，變壓器成對設置，互為備用，手動切換。1#、2#變壓器所帶PC段為UPS供電，不加無功補償；3#、4#變壓器所帶PC段經(jīng)過低壓電容器柜、低壓饋出柜為機房精密空調(diào)供電。低壓供電系統(tǒng)采用中性點直接接地方式。高、低壓供電系統(tǒng)完全符合現(xiàn)行國家、行業(yè)標準和規(guī)范，滿足國家廣電總局62號令對高電壓供電系統(tǒng)的要求。高、低壓設備布局如圖2所示。

表2 低壓供配電設備

2.3 UPS供電模塊

國家廣電總局62號令要求主要播出負荷應采用UPS 供電，UPS 電池組后備時間應滿足實際負荷工作30 min以上。不間斷電源(UPS)模塊主要為播出系統(tǒng)設備、寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡設備、核心通信設備、事故照明和監(jiān)控大屏幕系統(tǒng)供電。

北方廣電遼寧有線UPS供電模塊配置12臺300 kVA UPS主機，分為4個單元，形成雙母線供電結(jié)構(gòu)，每個單元有3臺UPS主機構(gòu)成，采用并聯(lián)運行方式，形成2+1冗余配置。每一個單元設置一個獨立的公用靜態(tài)開關自動或手動切換旁路。UPS模塊采用在線式，當市電停電或恢復供電時，UPS在市電模式與電池模式之間的切換是完全沒有轉(zhuǎn)換時間的，實現(xiàn)零轉(zhuǎn)換時間，有效保證負載運行的可靠性。UPS設備布局如圖3所示。

圖2 高、低壓設備布局

圖3 UPS設備布局

UPS主機采用高頻開關整流技術，整流器和逆變器均為IGBT不帶隔離變壓器的高頻機。高頻機在大功率UPS系統(tǒng)中，有電能轉(zhuǎn)換效率高、故障率低等優(yōu)勢。不間斷電源系統(tǒng)(UPS)設備如表3所示。

2.4 自備電源模塊

國家廣電總局62號令要求一級前端應配置自備電源，自備電源應在外電中斷后10 min內(nèi)啟用，并能夠保證播出負荷、機房空調(diào)等相關負荷持續(xù)運行，儲油量應保證至少4個小時用量需求。

備用電源系統(tǒng)根據(jù)負荷共設置多臺自動快速啟動柴油發(fā)電機組。為機房相關的應用系統(tǒng)提供必需的交流電源。自備電源模塊中性點直接接地。自動快速啟動柴油發(fā)電機組從啟動到穩(wěn)定發(fā)電輸出，再到自動并入電網(wǎng)的時間不超過10 min。

表3 不間斷電源系統(tǒng)(UPS)設備

北方廣電遼寧有線總前端機房備用電源系統(tǒng)共設置4臺自動快速啟動柴油發(fā)電機組，為機房相關的應用系統(tǒng)提供必需的交流電源。4臺柴油發(fā)電機并機運行，由聯(lián)絡開關連接，發(fā)電機的儲油量可供負荷運行4 h以上。自動快速啟動柴油發(fā)電機組從啟動到穩(wěn)定發(fā)電輸出，再到自動并入電網(wǎng)的時間不超過10 min。

2.5 機房機柜供電模塊

國家廣電總局62號令要求主備播出設備、雙電源播出設備應分別接入不同的UPS供電回路。機房機柜供電模塊中配置供電柜作為機房電源列頭柜，每面電源列頭柜均配置隔離開關。

北方廣電遼寧有線總前端機房UPS分組交叉輸出，UPS輸出連接UPS配電間的交流輸出配電柜，輸出配電柜分別連接每排機柜的電源列頭柜，由列頭柜對每臺機柜單獨回路供電。機柜上的兩個PDU分別來自不同的供電回路以及不同的UPS配電間的UPS供電單元。保證機柜上的主備設備和雙電源設備供電安全性。UPS及機房設備布局如圖4所示。

2.6 電力監(jiān)控模塊

國家廣電總局62號令要求智能電源設備應實施必要的信息安全防護，禁止通過外部網(wǎng)絡進行遠程維護。北方廣電遼寧有線總前端機房電力后臺監(jiān)控系統(tǒng)采用新一代計算機監(jiān)控技術，采用分布式網(wǎng)絡技術，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術跨平臺可視化技術并配置模擬屏和液晶顯示屏，各種運行狀態(tài)和參數(shù)及報警均可顯示，通過遠程通訊接口可在遠方獲得電源系統(tǒng)的運行參數(shù)。UPS模塊配有集中監(jiān)控系統(tǒng)，多樣的監(jiān)控內(nèi)容滿足對本系統(tǒng)電力供電實時監(jiān)測報警要求。后臺監(jiān)控系統(tǒng)和UPS的集中監(jiān)控系統(tǒng)是獨立監(jiān)控系統(tǒng)，與外部網(wǎng)絡物理隔離。動環(huán)監(jiān)控實景如圖5所示。

圖4 UPS及機房設備布局

圖5 動環(huán)監(jiān)控實景

2.7 機房接地模塊

根據(jù)《廣播電視工程工藝接地技術規(guī)范》、《電子計算機機房設計規(guī)范》 (GB50174-93)和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》(GB50343-2004)的相關規(guī)定，機房設置交流工作地、安全保護地及防雷保護地。

北方廣電遼寧有線總前端機房的防雷接地和工藝接地是兩個獨立的接地系統(tǒng)，他們分別連接綜合接地系統(tǒng)。由于原建筑接地電阻測試不合格，利用地下室地面防水加固改造，施工過程打入40根12～14 m靜壓樁引出接地扁鋼與建筑體的鋼筋混凝土柱子內(nèi)主筋可靠焊接作為綜合接地體，并由此引出兩個獨立的機房工藝接地端子箱。

2.7.1 防雷接地

防雷接地系統(tǒng)是利用樓體建筑的鋼筋混凝土柱子內(nèi)主筋作為接地引線，連接到樓體基礎接地網(wǎng)，各個樓層均設置接地網(wǎng)，并分別與基礎接地網(wǎng)連接，屋頂增設避雷帶，屋頂衛(wèi)星接收天線部分增設專業(yè)避雷裝置，分別與樓體的基礎接地網(wǎng)連接，接地電阻小于1 Ω。

2.7.2 工藝接地

工藝接地即數(shù)字電視播出系統(tǒng)和網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的設備接地,在機房地板下采用40*5銅帶組成網(wǎng)格均壓等電位網(wǎng)，將機房內(nèi)各個應用系統(tǒng)的設備、機架、機柜與等電位帶進行最短距離連接，使各機房設備在同一個等電位上，并單獨連接樓體的基礎接地網(wǎng)。機房工藝接地如圖6所示。

圖6 總前端機房工藝接地

3 結(jié) 論

北方廣電遼寧有線總前端機房動力系統(tǒng)的規(guī)劃可以為機房設備提供符合要求的電能質(zhì)量(電壓、頻率、相位)，以及三相電源平衡(相角平衡、電壓平衡和電流平衡)，可以做到電力供應不間斷，保證機房內(nèi)各系統(tǒng)不間斷的持續(xù)工作；做到了當一路外電缺失或是兩路外電同時缺失時備用電源能夠在規(guī)定時間內(nèi)迅速啟動，保證安全播出；在保證供電系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的基礎上，為了減少電能浪費，節(jié)約運行成本，動力供電系統(tǒng)的規(guī)劃既要滿足系統(tǒng)的可靠性、靈活性，又要滿足經(jīng)濟性，因此一個合理科學的動力供電系統(tǒng)方案是廣電系統(tǒng)安全運行的前提條件。

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OnthePowerSystemoftheFront-endRoomintheBroadcastingandTVIndustry

ZHANGYi1,ZHOUJian1,LIUYu2,QIULi-yang2

(1.OperationandMaintenanceCenter,NorthJointBroadcastingandTelevisionNetworkCo.,Ltd.,Shenyang110035;2.LiaoningQinghePowerSupplyCorporation,Tieling112003,LiaoningProvince)

The power system of the front-end Room in the Broadcasting and TV Industry supportsthe normal operation ofthe A-level computer-room which bears the operation of the digital TV service,digital TV value-added service and the Internet and the power supply system is an important guarantee for the continuous,safe and stable digital TV signal emitting. Combined with the power system of the front-end Room in the Northern Liaoning Broadcasting and TV Industry,this paper analyzes the structure of the front-end computer room power supply system including the external input power supply module,high and low voltage power supply module,uninterruptible power supply (UPS) module,self-provided power supply module,power supply module of computer room and cabinet,electric management control module andgrounding module.

Power system;UPS;power supply module

TM64

A

1673-1603(2017)04-0357-07

(責任編輯魏靜敏校對張凱)

2017-06-10

張 翼 (1986-)，男，遼寧撫順人，工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.04.012