高山無線發(fā)射臺供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造
——以文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺為例

高瑞華

（作者單位：文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺）

安全播出是廣播電視工作的生命線，高山無線發(fā)射臺肩負著廣播電視節(jié)目的傳輸和播出重任，因其獨特的地理位置，高山無線發(fā)射臺在具有信號不易被遮擋、播出覆蓋范圍廣等優(yōu)點的同時，也因高海拔而存在氣候環(huán)境惡劣的缺點，這對廣播電視安全播出的各個環(huán)節(jié)，特別是供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有較大影響。隨著社會的發(fā)展進步，廣播電視對安全播出的要求越來越嚴格，一個安全穩(wěn)定的供配電系統(tǒng)對高山無線發(fā)射臺站至關(guān)重要，直接關(guān)系到臺站廣播電視安全播出工作。本文主要介紹文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺播出機房供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造方案實例以及改造運行的效果。

1 文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺基本情況

文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺建于1978年，是云南省四大調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺之一，臺站位于云南省文山壯族苗族自治州老君山國家級自然保護區(qū)薄竹山山頂，海拔2991 m，常年霧氣籠罩，風大雷電多，氣候環(huán)境相對惡劣。根據(jù)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》無線發(fā)射轉(zhuǎn)播臺實施細則的規(guī)定，文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺安全播出保障等級為二級，目前各頻率頻道發(fā)射總功率為31 kW，主要肩負著轉(zhuǎn)播中央、省級及地方廣播和地面數(shù)字電視節(jié)目的重任，確保覆蓋范圍內(nèi)的廣大人民群眾能收聽收看到廣播電視節(jié)目，切實有效地把黨和政府的聲音傳遞到尋常百姓家，對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、文化進步、民族團結(jié)、強邊固防、社會和諧起到積極促進作用。

2 文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供電和配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 供電電源

文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供電線路建于20世紀80年代，是一條從市區(qū)至臺站山頂?shù)?0 kV高壓專線，由于供電線路較長且使用年限久，線路嚴重老化，時常因為大風、暴雨天氣導致故障停電。為保證廣播電視節(jié)目安全播出，臺站配有2臺300 kW、200 kW柴油發(fā)電機作為自備電源供電，盡可能確保在專線市電發(fā)生故障停電時，由兩臺發(fā)電機為后端負載供電。

2.2 供配電系統(tǒng)的組成

文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供電和配電由外部供電電源10 kV高壓專線，通過臺站高壓室高壓開關(guān)柜輸出到2臺變壓器變壓后，分別接入低壓配電室的1#、2# 雙電源輸入柜的1#、2# 雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（Automatic transfer switching equipment，ATS）主路輸入端作為主用電源；自備電源300 kW發(fā)電機輸出接到1# 雙電源輸入柜的備用輸入，200 kW發(fā)電機輸出接到2# 雙電源輸入柜的備用輸入。1# 雙電源輸入柜通過ATS（市電/發(fā)電機）輸出，一路經(jīng)過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出到1# 260 kVA 不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）柜整流輸入，另一路經(jīng)過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出到1# 交流穩(wěn)壓柜輸入端，1#交流穩(wěn)壓柜輸出端接入1# UPS柜旁路輸入，1# UPS柜通過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出至1#輸出柜配電柜接線銅排，從銅排分別供電至空開級控制后端各個負載的供電；2#雙電源輸入柜通過ATS（市電/發(fā)電機）輸出，一路經(jīng)過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出到2# 260 kVA UPS柜整流輸入，另一路經(jīng)過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出到2號交流穩(wěn)壓柜輸入端，2#交流穩(wěn)壓柜輸出端接入2#UPS柜旁路輸入，2# UPS柜通過塑殼斷路器開關(guān)控制輸出至2號輸出柜配電柜接線銅排，從銅排分別供電至空開級控制后端各個負載。

2套260 kVA UPS均配置能滿足后端負載設(shè)備供電30 min以上的免維護蓄電池組。當前工作模式為2套260 kVA UPS分別給調(diào)頻、電視兩個播出機房負載設(shè)備供電，當市電停電時，兩臺自備電源發(fā)電機將同時啟動并通過雙電源輸入柜ATS完成自動切換至備用電源供電，在市電中斷到發(fā)電機啟動正常運行期間后端負載由UPS系統(tǒng)免維護蓄電池組供電。

3 文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供配電系統(tǒng)存在的問題及優(yōu)化改造的必要性

3.1 臺站供配電系統(tǒng)存在的問題

由于文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺當前的低壓供配電系統(tǒng)是由2套UPS分別負責調(diào)頻、電視兩個機房的負載供電，當其中一套UPS出現(xiàn)故障時，其所帶負載端供電中斷，導致發(fā)射機設(shè)備斷電重啟，造成所播出的廣播電視節(jié)目停播。經(jīng)過對近幾年臺站廣播電視節(jié)目停播事故的總結(jié)分析，筆者發(fā)現(xiàn)由于外電或低壓配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的停播事故占總停播事故的50%以上，可見臺站供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性亟待提高，結(jié)合臺站實際情況制訂合理可行的供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造方案勢在必行。

3.2 供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造的必要性

根據(jù)廣播電視發(fā)展規(guī)劃，文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺按相關(guān)要求于2020年底關(guān)停4個頻道地面模擬電視，發(fā)射總功率由原來的70多千瓦降到30多千瓦，播出總負載減半，這樣每套UPS能夠冗余性地給兩個機房所有負載設(shè)備正常供電。

根據(jù)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》無線發(fā)射轉(zhuǎn)播臺實施細則供配電系統(tǒng)的要求，臺站低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀未能達到二級發(fā)射臺站的要求，且從近幾年運行情況分析，供配電系統(tǒng)存在較大的廣播電視安全播出隱患，所以結(jié)合臺站實際情況進行供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造勢在必行。

4 供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

4.1 總體思路

結(jié)合文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀，按設(shè)計規(guī)劃改造后，低壓配電系統(tǒng)2套260 kVA UPS互為主、備電源，且都能為2個機房發(fā)射系統(tǒng)負載供電，實現(xiàn)低壓配電回路的一主一備為終端負載供電；外部電源優(yōu)化為三路輸入（外部電源市電10 kV高壓專線為主路，2臺發(fā)電機互為主備自備電源輸入），停電間隙由UPS一主或一備為后端負載供電，加裝靜態(tài)切換系統(tǒng)（Static transfer system，STS）保證UPS主、備實現(xiàn)零秒切換，增加一路交流穩(wěn)壓旁路輸出，保證終端播出設(shè)備供電穩(wěn)定可靠，確保廣播電視節(jié)目安全播出。臺站供配電系統(tǒng)主要由變壓器、雙電源輸入柜、交流穩(wěn)壓柜、UPS、發(fā)電機雙電源切換柜、UPS切換柜、輸出配電柜等組成。供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造后的供配電系統(tǒng)流程框圖如圖1所示：

圖1 供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造流程框圖

4.2 主要模塊描述

4.2.1 260 kVA UPS

文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺UPS設(shè)備容量為260 kVA，是配電系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一，能夠確保負載端供電的連續(xù)性，其液晶顯示屏包括主路輸入、旁路輸入、整流、逆變、電池電壓、電池放電電壓等狀態(tài)顯示，UPS可以向負載提供穩(wěn)壓精度高、穩(wěn)頻、波形失真度小的高質(zhì)量輸出電壓，并且在與靜態(tài)旁路切換時可以無縫切換，保證后端負載不會掉電。

此外，UPS系統(tǒng)由整流、逆變、旁路、電池和輸出等組成。整流的作用主要是把外電交流電（Alternating Current，AC）通過整流器后變?yōu)橹绷麟姡―irect Current，DC），整流器件采用可控硅進行控制，當外電電壓變化時，整流后輸出的直流電壓趨于穩(wěn)定，同時電池直流接入整流后的直流銅牌，可完成電池的充放電；直流通過逆變后，直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電，輸出到輸出配電柜進行供電。

4.2.2 ATS

文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺各雙電源切換柜中都采用ATS，并且裝有雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器，ATS采用塑殼斷路器進行主、備通斷，主備塑殼斷路器具有機械聯(lián)鎖和電氣聯(lián)鎖裝置進行雙重保護，兩路塑殼斷路器在任何情況下都不會同時合閘，確保負載端的用電安全性，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器可控制塑殼斷路器在主路輸入電源中斷后自動切換至備路供電輸出，也可以切換到手動狀態(tài)進行切換輸出。

4.2.3 STS

LTS系列STS是一種3極靜態(tài)自動切換裝置，STS系統(tǒng)在兩路交流輸入電源構(gòu)成的雙總線供配電系統(tǒng)中承擔著無縫切換的核心任務(wù)，主要用于對供配電要求很高的不間斷供電系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造采用STS主要考慮到廣播電視發(fā)射設(shè)備需要穩(wěn)定的、高質(zhì)量的交流供電。通過STS可實現(xiàn)供配電系統(tǒng)主、備UPS切換的高可靠性運行。

可以隨意選擇STS系統(tǒng)的兩路輸入電源的其中一路為主輸入源，另一路為備輸入源。當兩路輸入電源都正常時，主輸入電源一側(cè)的靜態(tài)開關(guān)開通，STS將主輸入電源輸出給負載供電，而備輸入電源一側(cè)的靜態(tài)開關(guān)則隨時處于待命狀態(tài)。當主輸入電源出現(xiàn)異常，靜態(tài)切換開關(guān)將無縫切換，將備輸入電源輸出給負載供電。并且STS系統(tǒng)有手動切換、自動切換、應(yīng)急切換三種模式。

本次優(yōu)化改造采用的STS開關(guān)可以實現(xiàn)主、備UPS輸出零秒切換，確保后端負載正常供電，進而保證廣播電視節(jié)目安全播出。

4.3 柴油發(fā)電機輸出改造

原來的1號、2號發(fā)電機組分別對應(yīng)1號、2號輸入柜的備用輸入電源，現(xiàn)在將原來的發(fā)電機組分路輸出優(yōu)化改造成主、備輸出。在300 kW發(fā)電機與200 kW發(fā)電機之間增加一個630 A ATS雙電源切換柜，將原有發(fā)電機組的電纜拆除，拆除后使用布電纜線（YJV 4 mm×120 mm）分別接入ATS雙電源切換柜輸入端（300 kW發(fā)電機組輸出接入雙電源常用1路電源、200 kW發(fā)電機組輸出接入雙電源備用2路電源）。原有的兩條電纜線接入ATS雙電源切換柜輸出下端，輸出分別至1號、2號雙電源輸入柜備用路接線端輸入，原有發(fā)電機組1號、2號市電取樣信號線不變。將主用發(fā)電機組工作模式切換至自啟動，將備用發(fā)電機組工作模式切換至手動狀態(tài)，當市電停電時將一臺發(fā)電機組啟動為負載供電。兩臺發(fā)電機主備供電系統(tǒng)可隨時倒換主備模式，可切換至一臺自動模式、一臺手動模式，并可自選時段供電。

4.4 UPS輸出改造

原來的兩套UPS分別為不同機房的負載供電，現(xiàn)將原來的UPS分路輸出改造成主、備輸出，并從1號交流穩(wěn)壓柜增加一路旁路輸出，形成主、備UPS供電加一路旁路供電的系統(tǒng)。新增加630 A STS，能夠?qū)崿F(xiàn)UPS主、備系統(tǒng)零秒切換，1號UPS和2號UPS輸出端分別接至STS靜態(tài)切換開關(guān)輸入端，STS靜態(tài)開關(guān)輸出端通過630 A塑殼斷路器控制輸出至1號輸出柜和2號輸出柜內(nèi)接線排，旁路從1號穩(wěn)壓柜輸出端直接接一組輸出至UPS切換柜通過630 A塑殼斷路器控制輸出至1號、2號輸出柜內(nèi)接線排。

優(yōu)化改造后1號和2號UPS將互為主、備系統(tǒng)、加上一路來自交流穩(wěn)壓柜的旁路供電，形成三路低壓供電。正常情況下，UPS切換柜主路UPS給負載供電，當主路UPS出故障時，STS系統(tǒng)會自動零秒切換至備路UPS給負載供電，極端情況當1、2號UPS同時出現(xiàn)故障時，可手動操作切換至旁路供電，確保安全播出。

5 優(yōu)化改造效果

本次供配電系統(tǒng)改造主要增加設(shè)備有一套STS、一個ATS雙電源切換柜、兩個塑殼斷路器以及部分線纜耗材。從成本控制和產(chǎn)出效果分析，此次改造優(yōu)化合理性強，投入使用后運行穩(wěn)定，提升了臺站供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，大大提高了廣播電視安全播出的供電保障能力。

6 后期日常運維

6.1 變壓器的巡視檢查

變壓器的檢查要結(jié)合臺站實際周或月進行檢查，主要檢查變壓器有無異響（正常為均勻的嗡嗡聲）、異味、接地是否可靠；變壓器外殼有無裂痕、異物等；變壓器內(nèi)部接線是否正確牢固，連接處有無變色，連接銅排相色是否分明、無變色，相間隔離絕緣板是否完好；油式變壓器應(yīng)檢查儲油柜和充油絕緣套管內(nèi)油面高度及有無滲漏油現(xiàn)象等。

6.2 UPS系統(tǒng)的日常運維

結(jié)合臺站實際工作，每天應(yīng)對低壓配電系統(tǒng)UPS的狀態(tài)進行巡視檢查，對輸入、輸出配電柜及雙電源切換柜的狀態(tài)進行檢查，對自備電源發(fā)電機的啟動電瓶、工作模式、油料等進行檢查；應(yīng)根據(jù)臺站實際情況對UPS電池組進行定期充放電，定期檢查電池組狀態(tài)，定期對供配電系統(tǒng)進行巡檢排查，定期做除塵處理，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理，確保供配電系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行。

當市電停電時，首先應(yīng)檢查播出設(shè)備是否正常運行，再檢查自備電源發(fā)電機是否正常啟動運行，檢查低壓配電室市電/發(fā)電機ATS是否正常切換，并注意檢查發(fā)電機運行狀態(tài)以及柴油油料的添加情況。

7 結(jié)語

高山無線發(fā)射臺供配電系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，是確保廣播電視節(jié)目不間斷安全播出的必備條件。文山電視調(diào)頻骨干轉(zhuǎn)播臺供配電系統(tǒng)優(yōu)化改造的設(shè)計與實施，切實有效地解決了以前經(jīng)常出現(xiàn)的因外電故障或者內(nèi)部低壓配電故障引起的配電輸出瞬間閃斷導致后端負載掉電的問題，有效提升了該臺供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大大提高了廣播電視安全播出的保障能力。