發(fā)射機房停電、缺相和相序錯誤告警系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試

羅勝

【摘要】在播出系統(tǒng)安裝了大功率UPS電源后，在其輸入端一旦發(fā)生停電、缺相和相序錯誤之一的故障時，在第一時間發(fā)出聲光告警，避免了發(fā)生這類故障后而未即時發(fā)現(xiàn)，從而導致UPS電池電量使用完畢后造成供電中斷引起的停播，確保廣播電視的安全播出。

【關鍵】詞相量;停電;缺相;相序;聲光告警

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.03..026

1. 概述

為廣播電視的安全播出工作，根據(jù)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（62號令）無線發(fā)射轉播臺實施細則第十四條電力和環(huán)境監(jiān)測的規(guī)定，“一級應建立供配電及環(huán)境的監(jiān)測管理系統(tǒng)，對供配電系統(tǒng)工作狀態(tài)、關鍵參數(shù)，機房環(huán)境的溫度、濕度等數(shù)據(jù)集中監(jiān)測，具備異態(tài)聲光報警、監(jiān)測數(shù)據(jù)自動記錄以及網(wǎng)絡化傳輸?shù)裙δ堋钡囊?，我臺仍需對電力監(jiān)測方面進行系統(tǒng)的改造。

我臺電力系統(tǒng)為單回路供電，已完成對電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)、關鍵參數(shù)、數(shù)據(jù)監(jiān)測、自動記錄的監(jiān)測功能，并且具備監(jiān)測客戶端（監(jiān)測PC機）參數(shù)異常告警功能，但該告警功能受計算機系統(tǒng)控制，難免因計算機系統(tǒng)故障而失效。特別是在播出系統(tǒng)安裝了大功率UPS電源后，在其輸入端一旦發(fā)生停電、缺相和相序錯誤之一的故障時，計算機控制系統(tǒng)同時又發(fā)生故障而失效，此時大功率UPS電源自動切換為電池為播出系統(tǒng)供電，當電池放電超出設計時間后隨時會對播出系統(tǒng)停止供電從而造成停播。

2. 設計方案

實施該項目可為我臺在電力系統(tǒng)監(jiān)測上扣上雙保險，當外部供電異常時及時告警，告警方式為聲光告警。該項目彌補計算機告警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸異常導致誤報、數(shù)據(jù)傳輸延時導致延報、計算機系統(tǒng)故障導致告警失效等問題。

2.1設計原則

該項目能在外電出現(xiàn)斷電、缺相、相序錯誤時安全可靠及時的發(fā)出告警，并且在要求范圍內(nèi)讓人員明顯感知。

該項目應杜絕對外供電的誤報、延報等問題，建立維護方案保證該項目實施長期有效。

系統(tǒng)主機為標準機柜2U設備機箱，檢測與控制電路和告警電路電源分開，采用不同的電源工作。檢測與控制電路電源采用市電，告警電路采用UPS電源工作。

2.2、系統(tǒng)原理

《發(fā)射機房停電、缺相和相序錯誤告警系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試》項目技術系統(tǒng)包括取樣電路、檢測電路、告警電路三部分，實現(xiàn)了三相交流電發(fā)生停電、缺相和相序錯誤的告警功能。

2.3取樣電路

取樣電路采用專用取樣線，從發(fā)射機房供電輸入端按三相四線制取樣，取樣線序按A、B、C、N依次連接將電信號送至檢測電路。

2.4檢測與控制電路

三相交流電是電能的一種輸送形式，簡稱為三相電。三相交流電源，是由三個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電組成的電源。

圖一可以看出，由電阻R1、R2、R3、電容C1和氖泡NB組成三相交流電相序檢測電路。由于C1的移相作用，當電源按圖中A、B、C相序接入時，氖泡發(fā)光，而逆相序如A、C、B接入時，氖泡則不亮。為什么電阻R1、R2、R3、電容C1和氖泡NB組成三相交流電相序檢測電路中，當相序接反時NB不會發(fā)亮？圖一電路中有三相電流IA、IB、IC，三相電流可以定性地作出對應的相量圖，三相電流兩兩間相位差為120°。由電路看出能夠通過氖泡NB的電流是兩個，一個是IA，一個是IB。實際上，通過NB的IB只是經(jīng)過電容C1后被向前移相90°的部分，也就是相量圖中的Ib，Ib垂直于IB，如圖二所示。

根據(jù)平行四邊形法則，通過氖泡NB的電流就是相量 IA+Ib=IAb，也就是IA與Ib相量和，即IAb。由于IAb幾乎是IA、IB的算術和，其數(shù)值很大，所以氖泡NB亮。

如果相序發(fā)生變化，B與C換相。如果發(fā)生這種情況，則通過氖泡NB的電流，一個是IA，而另一個就變成了IC。此時，由于是IC經(jīng)過電容C1后被向前移相90°，如圖中Ic（圖中的虛線相量）。這樣通過氖泡NB的電流之和就變成了相量IA+Ic=IAc，由相量圖中明顯看出IAc幾乎是IA、Ic的算數(shù)差，其數(shù)值很小，所以氖泡不亮。

由此可知，當A、B、C三相電的相序發(fā)生變化時，通過氖泡NB的電流值會發(fā)生變化。只有在A、B、C三相是正序時通過氖泡NB的電流值很大，氖泡NB亮，而在發(fā)生逆相序時，通過氖泡NB的電流值則會很小，氖泡NB不亮。停電、缺相和相序錯誤告警系統(tǒng)原理圖就是利用這樣的原理來檢測三相電的相序，由此來達到控制和告警的目的。

在圖三系統(tǒng)原理圖，其原理仍然是利用三相電A、B、C電流的電流移相來檢測相序的。通過類似于本文前面的作相量圖分析的方法，可以得出其大致的原理，當A、B、C正序時，由于R1、R2、R3、R4以及C1、C2構成的移相回路，在A、B、C正序時，相序整流輸出的電流最小，導致整流輸出到HA17358的6端的電平最小（V6

理解該電路的原理，關鍵在于理解R1、R2、R3、R4以及C1、C2構成的移相回路，為便于理解，其移相回路部分的等效電路可畫成如圖五模樣

從這個等效的電路圖中不難看出，相序整流部分的上端流入電流是Ia+IB=IaB，也就是經(jīng)電容C1移過相的電流Ia與沒有移相的電流IB的相量和。下端流出的電流是Ib+IC=IbC，也就是經(jīng)電容C2移過相的電流Ib與電流IC的相量和。當然，由基爾霍夫的電流定律，整流橋部分的流入電流（實質(zhì)是交流電流）與流出電流一定相等，即相量的值IaB=IbC存在著相等的關系。

采用與本文前述內(nèi)容相同的分析方法，通過作A、B、C三相電流的相量圖，用相量圖進行電流求和，很容易得出整流橋部分流入電流（或者是流出電流）的數(shù)值大小與A、B、C不同相序之間的變化關系，從而進一步得出該電路工作原理的最后結論。正序時，流入到相序整流電橋電路的交流電流最小（作相量圖求Ia+IB=IaB），也就是相量IaB的數(shù)值最小，因此，相序整流電橋電路整流輸出到HA17358電路的直電流也最小，導致輸出到HA17358電路的6端的電平也最小，最終導致其7端輸出高電平，三極管9014導通，繼電器K吸合。而逆序時（逆序的情況有三種，A、B換相，或者是B、C換相，或者是C、A換相。），情況則相反，最終導致其7端輸出低電平，三極管9014截止，繼電器K釋放。

前面對相序之間的變化關系和檢測與控制原理作了詳細的論述，對于停電和缺相檢測與控制原理就比較簡單了，也不難理解，就不再進行過多的講解了。

2.5 告警電路

告警電路供電采用UPS電源，當停電時也不會影響告警。通過檢測電路中繼電器常開與常閉接點的控制，給出三相電源的正常與否。當三相電源正常時，繼電器常開點接入正常指示燈顯示供電正常;當三相電源異常時，繼電器常閉點接入聲光告警電路，進行告警提示，告警器可根據(jù)環(huán)境選擇適合型號和數(shù)量多少。

3. 小結

《發(fā)射機房停電、缺相和相序錯誤告警系統(tǒng)的設計、安裝與調(diào)試》項目的建設完成，取得了良好的效果，達到了預期的目標。第一時間能夠發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)斷電、缺相和相序錯誤等故障，避免了發(fā)生這類故障后而未即時發(fā)出告警，從而導致UPS電池電量使用完畢后造成供電中斷引起的停播，確保廣播電視的安全播出。