廣播電視臺低壓配電系統(tǒng)智能一體化改造與維護

程兵兵

【摘要】廣播電視傳輸發(fā)射臺站的供配電系統(tǒng)是發(fā)射機等工藝設備正常運行的動力之源。供配電系統(tǒng)的高質量穩(wěn)定運行，為廣播電視節(jié)目安全優(yōu)質播出提供了可靠的基礎保障。依廣電總局相關通報可見，近年來廣播電視發(fā)射轉播臺站停播事故中，有一半以上事故是因為配電系統(tǒng)故障造成的?？梢姡┡潆娤到y(tǒng)對維護安全優(yōu)質播出生命線起著舉足輕重的作用。下面結合實際，簡要介紹本臺低壓配電系統(tǒng)智能一體化改造工程及日常維護要點。

【關鍵詞】低壓配電; 智能一體化; 不間斷電源

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.019

1. 改造背景

我臺新機房建造于上世紀90年代，隨著時代更迭、行業(yè)革新，更多廣播電視節(jié)目開播，電子管發(fā)射機也已進行固態(tài)化改造，且增加備份發(fā)射機。這些革新對臺站電源系統(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，但主要是進行高壓側的改造或只是增加低壓回路。歷經(jīng)多年高負荷運作，配電系統(tǒng)母排已損壞、線路零亂不堪、電氣元件老化失效，存在嚴重的安全隱患，已經(jīng)不符合現(xiàn)行發(fā)射轉播臺安全播出保障等級標準。因此，為了更好滿足現(xiàn)代廣播機房對供配電系統(tǒng)的需求，保障廣播電視節(jié)目的安全優(yōu)質播出，有必要對原有的低壓配電系統(tǒng)進行一體化設計和智能化改造。

2. 實施方案

智能一體化電源系統(tǒng)改造工程項目是對原有配電設備進行改造，拆除舊設備（包括原機柜、設備、線纜、基礎等），線纜重新架設、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“高質量、不間斷、既經(jīng)濟、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)之間有機的加以融合，通過智能監(jiān)控管理平臺，提供了整個系統(tǒng)的直觀、可靠及安全運行的保障。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)射設備正常工作。一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

2.1 低壓進線柜

我臺擁有來自南北方向不同變電所引入的兩路架空式準專線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線柜，為機房提供雙路獨立低壓電源，每路容量均為500kVA。0.4kV低壓配電系統(tǒng)采用三相五線制，接地保護系統(tǒng)采用TN-S方式，中性點直接接地，并與變電所保護接地共用一組接地裝置，接地電阻小于1歐姆。由于供電所電力調度需要，兩路市電不能同時負荷。因此，兩路市電采用一用一備運行方式。兩路10kV電源同時在線，高壓側不聯(lián)絡。低壓進線柜內設雙切開關，帶聯(lián)鎖裝置，只有一臺變壓器負荷，保證低壓出線回路能由兩路高壓電源取電。當單路失壓后，ATS切換開關自動互投，但暫設互投不自復，以便供電所即時調整線路負荷。低壓進線柜內裝1000A/4P框架開關、電流互感器、多功能儀表、浪涌保護器等，進一步保證供電可靠性。

2.2 功率補償柜

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，從而達到節(jié)能的目的。因此增配一臺容量為200Kvar的無功功率補償柜。無功功率補償在0.4kV側集中進行，補償后功率因數(shù)在10kV高壓側達0.95以上。無功補償方式為三相單相混合補償，其中單相補償容量不小于總容量的40%，采用模塊化結構，由四臺30Kvar三相共補設備和四臺20Kvar分相補償設備串接組成。因電容器在進行功率補償?shù)臅r候，難免會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，需要在補償?shù)臅r候進行諧波治理，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)射機等工藝負載電環(huán)境特性加裝了SH防爆器及溫控裝置，以提高嚴重諧波場合下運行的可靠度。并采用預充電同步開關技術，響應速度快，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)電機接口柜

發(fā)電機接口柜內裝1000A/4P雙電源開關，采用ATS切換技術，兩路輸入電源互為備用，可ATS自動或手動切換，并具應急維護旁路等功能。兩路電源分別接市電及自備發(fā)電機，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行監(jiān)測，當市電停電或故障時，經(jīng)延時后向發(fā)電機發(fā)送啟動指令，當發(fā)電機電壓達到額定電壓85%時，斷開市電斷路器，并自動切換到油機供電。ATS切換開關采用互投自復模式，當市電恢復正常時，經(jīng)延時后自動切換回市電供電，并向發(fā)電機發(fā)送停機指令。發(fā)電機接口柜內同時裝有電流互感器、多功能儀表等監(jiān)測、保護設備，進一步保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

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。結構框圖如圖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備運行異常，影響控制信號的采樣及穩(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）補償變壓器、三相（單相）調壓變壓器、傳動系統(tǒng)、電刷接觸系統(tǒng)和微機控制單元等組成。由電壓檢測單元對輸出電壓進行實時采樣檢測，根據(jù)輸出電壓值的變化，由微機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號轉動伺服電機M，控制調壓變壓器TVV上的電刷組位置，以改變調壓變壓器的二次電壓，從而調整補償變壓器的極性和大小，實現(xiàn)輸出電壓自動穩(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電子調壓方式，只需2ms響應時間即可輸出380V±1%的高精度穩(wěn)定電壓，并且可設定分調式，即三相電壓各自調整，保證三相電壓都在精度范圍內，適合單相負載，適應各種復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計，總功率為300KVA，并可擴充冗余至500KVA，功率模塊支持在線熱插拔，便于維護且不影響整體供電。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，由UPS持續(xù)供電，交直流供電轉換時間為0ms，實現(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)射機等工藝設備正常播出。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)開關等電路組成，其組成結構框圖如圖4所示：

正常工作狀態(tài)下，手動維護旁路開關斷開，市電主輸入經(jīng)整流器將交流電轉換為直流電，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)開關輸出給負載供電;另一路直流電直接給蓄電池充電，進行浮充。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，加上正極與負極組成正負電壓，共三條線經(jīng)獨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立工作。當主輸入電源異常時，整流器不工作，蓄電池開始供電，直流電經(jīng)逆變后為負載提供交流電源。當逆變器出現(xiàn)過載或故障時，靜態(tài)開關將自動切換至旁路輸入模式，跳過整流器、逆變器的雙變換，直接為負載供電。手動維護旁路直通模式則相當于跳過整個UPS模塊，直通為負載供電。

3. 改造的實施與效果

通過前期充分的現(xiàn)場察看和方案論證，制定詳細的安裝施工時間計劃。包括拆機移出、設備搬運、就位安裝、電路改造、電氣設備之間的銅排或電纜連接、負載設備的接入、供電設備安裝完成后的聯(lián)動調試在內的整個實施過程按計劃步驟安全有序、準時準點順利完成。改造后的智能一體化低壓配電系統(tǒng)各項功能指標符合設計要求，兩路市電自動互投順利，發(fā)電機組自啟動切換正常，動作過程中UPS工作模式實現(xiàn)無縫切換，機房發(fā)射機及信源設備等工藝負載運行平穩(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備停機現(xiàn)像。改造后的配電機房實現(xiàn)了電力環(huán)境智能監(jiān)控功能，為臺站實現(xiàn)“無人值守”提供了基礎。

4. 日常維護要點

應定期仔細對系統(tǒng)設備進行清灰養(yǎng)護，避免設備散熱受影響。特別是我臺地處沿海高山，潮濕灰塵附著容易造成設備電路腐蝕、控制邏輯混亂，直接影響設備的安全運行。

應定期對雙電源切換開關、漏電保護開關等電氣進行動作測試，以確保其安全可靠。

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

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，是所有負荷的唯一通道，沒有備份，一旦發(fā)生故障，可能引起長時間的停播。因此，應定期記錄系統(tǒng)各電氣柜的進出口電參數(shù)，定時檢測電氣及接線端是否出現(xiàn)打火、接觸不良等問題，做好日常維護并完善應急預案，加強應急演練。