發(fā)射臺供配電系統(tǒng)的優(yōu)化與改造

張詠強 王 麟

1.2.安徽廣播電視臺 安徽省 合肥市 230066

引 言

現(xiàn)今廣播電視發(fā)射臺承擔的播出任務(wù)越來越重，對播出質(zhì)量的要求也越來越高。發(fā)射臺技術(shù)系統(tǒng)中，除發(fā)射機、信號源、天饋線等與播出指標直接掛鉤的設(shè)備系統(tǒng)外，直接對安全播出有巨大影響的就是供配電。發(fā)射臺的供配電系統(tǒng)往往是包含高、低壓的綜合系統(tǒng)，擁有多路、多形式的備份路由。從技改層面可通過各環(huán)節(jié)的優(yōu)化和改造措施，提升供配電的整體運行質(zhì)量。下面以安徽廣播電視臺大蜀山臺的供配電系統(tǒng)為例進行具體分析。

1 發(fā)射臺供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

大蜀山發(fā)射臺有蜀山路和潛水變兩路十千伏外電，其中主路蜀山路為專線，兩路外電經(jīng)過山頂兩環(huán)網(wǎng)柜傳輸至機房高壓配電柜。高壓柜為施耐德merlin Gerin 系列，共六組柜體，兩路進線智能控制開關(guān)具自動倒換功能，兩路ABB 的SCBZ10-500/10 型變壓器進電實際是并接在一路外電上的，次級出線接低壓配電柜控制柜。低壓柜也是施耐德品牌，共7 組柜體，其中P1 為開關(guān)聯(lián)絡(luò)柜，P7 為電容補償柜，其余為接線柜。2006年進行過局部改造，將P2接線柜與其它柜體獨立，主變壓器通過P3、P4、P5 和P6 柜給機房供電，備變壓器在控制開關(guān)前端引線經(jīng)P2 柜給其它負載供電，主變壓器供電或主控開關(guān)故障時機械電器閉鎖節(jié)點會將全部負載切換至備變壓器供電。發(fā)射臺還配備柴油發(fā)電機，采用康明斯發(fā)電機組，通過柴油機開關(guān)聯(lián)絡(luò)柜輸出與主供電母排連接，柴油機只作為最后一級備份，僅在外電全斷或主備低壓連鎖開關(guān)全部失靈的極小概率情況下才能用到，需人工按規(guī)定步驟切換。低壓主供電系統(tǒng)如圖1所示（圖中不含電容柜）。

圖1 低壓主供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

除了發(fā)射臺機房播出技術(shù)系統(tǒng)供電外，其余辦公用電、動力用電及生活區(qū)用電屬于二級用電，通過P2 柜引出的配電柜（箱）進行調(diào)配。該類供電雖然負載本身無太多安全保障要求，但是終端眾多，分布區(qū)域廣泛，一旦出現(xiàn)負載短路、超負荷運轉(zhuǎn)、遭受雷擊等狀況，也會造成機房電網(wǎng)的波動，因此也需要很好管理起來。

2 供配電系統(tǒng)的優(yōu)化與改造

2.1 系統(tǒng)本身性能的優(yōu)化

發(fā)射臺供配電系統(tǒng)性能的優(yōu)化主要源自兩方面，一是設(shè)備的更新?lián)Q代，二是新增提高系統(tǒng)可靠性的設(shè)備。

2.1.1 設(shè)備的更新?lián)Q代

為了從根本上提升系統(tǒng)或設(shè)備的性能或者解決原有系統(tǒng)存在的瓶頸，就需要對其進行更新升級?；诖嗽颍笫裆桨l(fā)射臺近十幾年來陸續(xù)進行了一系列系統(tǒng)升級和更換：

2003 和2005 年分別對低、高壓配電柜進行更換，實現(xiàn)了模塊化取代開放式架構(gòu)、抽屜供電單元取代固定單元、智能自動控制取代人工控制三大轉(zhuǎn)變，同時進口配電柜取代原國產(chǎn)八十年代的設(shè)備，性能和穩(wěn)定性都得到了極大提升。

2007 年底對兩路外電進山線路進行下地改造，取代原有的架空線路［1］。大蜀山土層較淺，但山中樹木生長速度較快，容易引起樹木蹭破電纜外皮、頂壞或壓壞線路的情況，有時出現(xiàn)倒樹現(xiàn)象，還可能造成線纜斷裂。因為傳輸線路過長，即便每年投入大量人力物力去巡檢，但此類事情防不勝防。下地改造基本解決了以上問題，使用電安全性得到提高，運維成本則大大降低。

2010 年進行供電增容改造，用500KVA 進口ABB 干式變壓器取代原315KVA 國產(chǎn)油式變壓器［2］，一方面解決了因機房用電設(shè)備增多導致用電負載不足的瓶頸，另一方面干式相對油式擁有無可比擬的安全可靠性優(yōu)勢，維護項目和維護量也大大減少。

2018 年山頂兩路外電架空油閘開關(guān)改造為環(huán)網(wǎng)柜，將架空設(shè)備改為封閉箱體設(shè)備，可靠性進一步提升，減少了設(shè)備受風雨雷電自然現(xiàn)象造成的影響，也消除了山中各種動物攀爬對供電形成的威脅。

2.1.2 增設(shè)改善系統(tǒng)的設(shè)備和設(shè)施

在基礎(chǔ)硬件提升的基礎(chǔ)上，還可以通過增設(shè)新設(shè)備來進一步改善系統(tǒng)的性能和指標。

新變壓器安裝后不久，發(fā)射臺為其選配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)，使用電設(shè)備正常工作，降低損耗、減少費用，提高用電裝置的壽命。相對以前油變自帶的調(diào)壓器，無論調(diào)整級數(shù)還是自動化水平（采取PLC 控制）均有提高，電壓輸出穩(wěn)定性明顯提高。

2005 年底高壓柜更換時同時為低壓配電柜增加了電容補償柜，采取三相電容自動補償方式，并根據(jù)發(fā)射臺工作特點，使用了抗灰塵、抗靜電的專用電力電容器，同時增加了電容容量，減少投切次數(shù)。長期工作中補償后功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95 以上， 從而降低電能損耗，節(jié)省電費開支，提高設(shè)備的利用率， 保證電能質(zhì)量。

高山發(fā)射臺處于森林環(huán)繞之中，野貓、老鼠等小動物容易進入電纜溝、線槽等地方，需要有一定的防入侵措施。大蜀山發(fā)射臺根據(jù)系統(tǒng)實際狀況，在配電柜底部穿線的通路處全部用防火泥將各洞口密封，對于一些系統(tǒng)頂端或側(cè)翼裸露線排，也都用絕緣材料遮擋，力求不留死角，有效地解決了小動物入侵的問題。

通過以上措施，使發(fā)射臺的供電保障水平又提高了一個層次。

2.2 針對實際應(yīng)用進行技術(shù)改造

除了系統(tǒng)本身性能的提升外，還可以通過技術(shù)改造進一步改善臺站的供、用電質(zhì)量。不同發(fā)射臺面對實際情況不同，技改因臺站而異，大蜀山臺主要實施過兩類較大技改項目。

2.2.1 增設(shè)UPS 系統(tǒng)

一些重要設(shè)備系統(tǒng)對供電要求特別高，適宜用UPS 電源供電，應(yīng)該進行供電改造。

高壓配電柜控制部分是核心控制部分，一旦掉電就可能導致切換失靈或邏輯異常，使用UPS 供電無疑是最佳選擇，2004 年大蜀山臺為其配備了山特STKC3KS/1H 3KVA UPS 電源，并按照UPS 和電池的使用周期及時更新。

數(shù)字發(fā)射機對外電波動比較敏感，供電異常狀況下，容易出現(xiàn)設(shè)備重啟、控制系統(tǒng)紊亂、數(shù)字調(diào)制器（激勵器）參數(shù)變動、功放封鎖、器件損壞等狀況，需要更可靠的電源系統(tǒng)來支撐，2010 年發(fā)射臺利用中央專項建設(shè)資金，為21CH、30CH、 38CH 配 備 了 易 事 特EA66 型30KVA 的UPS 電源及電池柜，使數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)真正得到了不間斷、高質(zhì)量的供電［3］。

除此之外，信源及值班監(jiān)控系統(tǒng)均為低功率設(shè)備，且數(shù)量眾多，其安全級別要求最高，屬于不能停斷的設(shè)備，但是對供電質(zhì)量的要求同樣很高，使用UPS 供電是最佳選擇。2006 年為其配備了10KVA UPS，并按使用壽命及時更換，目前為可靠性高、使用壽命周期長的安德力士GLE1110 工頻UPS。為了確保UPS 本身損壞無輸出時系統(tǒng)仍能工作，加裝一電源控制箱，利用交流接觸器控制UPS 無輸出時能切回外電供電（圖2），圖中P4-5 和P4-6 均為低壓柜的抽屜供電單元。

圖2 信號源監(jiān)控系統(tǒng)供電總圖

2.2.2 防雷接地系統(tǒng)優(yōu)化

雷電對發(fā)射臺供電設(shè)備及用電負載的影響比較大，往往會造成比較重大的損失，如發(fā)射機播出中斷、播出器件損壞、安防監(jiān)控系統(tǒng)失靈等。在大蜀山發(fā)射臺，發(fā)射塔本身就是一個良好的接地體和避雷針，下有良好的地網(wǎng)支撐，機房地和鐵塔地共地，宿舍地與機房地等電位連接。按“尖帳篷”避雷針保護模型，發(fā)射塔高106 米，保護的建筑物及設(shè)備均不超過30 米，保護半徑至少應(yīng)為76 米，已完全滿足要求，加上各建筑均有自己完備的避雷帶、避雷線及避雷網(wǎng)，因此理想狀況下系統(tǒng)應(yīng)該符合防雷的要求，但是實際雷擊次數(shù)及損失仍舊較大。后來我們根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》新的滾球方法（幾何擊距法） 計算，發(fā)現(xiàn)仍有許多房屋及設(shè)備暴露在雷擊危險下，根據(jù)該模型，我們完善了臺區(qū)接地裝置，在相關(guān)地域增設(shè)了避雷針，并在此后幾年間不斷優(yōu)化，圖3 為最新的避雷器效果圖。經(jīng)過改造，近年來雷電本身造成的損失已經(jīng)很少，供電引起的波動也主要源自外部電網(wǎng)而非發(fā)射臺本級［4］。

圖3 臺區(qū)避雷器安裝效果圖

除了整體防雷外，在各用電負載配電箱采取二級、三級防雷措施同樣重要，發(fā)射臺陸續(xù)在生活區(qū)總供電、職工宿舍供電、食堂供電、鐵塔亮化供電、山下水泵房供電的配電柜（箱）處增加避雷器，減少雷電對負載供電的影響。

總 結(jié)

綜上所述，對廣播電視發(fā)射臺的供配電系統(tǒng)的要求雖然很高，但是只要我們結(jié)合臺站實際情況，通過合理的技術(shù)改造和系統(tǒng)優(yōu)化，就可以增強硬件的穩(wěn)定性和可靠性，消除薄弱環(huán)節(jié)，提高相關(guān)系統(tǒng)的保障等級，有效提升廣播電視發(fā)射臺供配電系統(tǒng)的整體運行質(zhì)量，使其更好地服務(wù)于發(fā)射臺的安全優(yōu)質(zhì)播出工作。