中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造分析

袁宏潤(rùn)

（作者單位：云南省廣播電視局楚雄692臺(tái)）

目前，我國(guó)中波發(fā)射臺(tái)傳統(tǒng)低壓供配電系統(tǒng)自身的設(shè)備配置相對(duì)簡(jiǎn)單，且相關(guān)設(shè)備需要進(jìn)行手動(dòng)操作，耗資巨大且難以實(shí)現(xiàn)不間斷供電的目標(biāo)，導(dǎo)致中波發(fā)射臺(tái)的停播率較高[1]。為此，可在現(xiàn)有供電設(shè)備基礎(chǔ)上對(duì)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，在節(jié)約投入經(jīng)費(fèi)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)供配電問(wèn)題的有效解決，盡可能減少停播情況[2]。本文主要闡述智能化改造的設(shè)計(jì)思路，提出具體的改造方案，在原有供電設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)急供電裝置改造，并新增供電設(shè)備，利用智能監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)督，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電的改造目的，滿足“不停播”要求。

1 傳統(tǒng)低壓供配電系統(tǒng)及問(wèn)題分析

通常情況下，中波發(fā)射臺(tái)傳統(tǒng)低壓供配電系統(tǒng)內(nèi)包含兩組10 kV的電源，兩組電源之間可實(shí)現(xiàn)有效連接，通過(guò)機(jī)械控制手段實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的有效操控。之后在系統(tǒng)中引入高壓電源，將其分別接入兩組315 kVA的變壓器柜之中。由此將10 kV的電源轉(zhuǎn)變?yōu)?.4 kV的電壓，從而實(shí)現(xiàn)高壓向低壓的轉(zhuǎn)變[3]。最后，再利用開(kāi)關(guān)設(shè)備將轉(zhuǎn)化后的低電壓傳輸?shù)礁髟O(shè)備室之中。

對(duì)于傳統(tǒng)低壓供配電系統(tǒng)而言，主要在如下幾個(gè)方面容易出現(xiàn)問(wèn)題：第一，因供配電設(shè)備老舊程度較高，一旦出現(xiàn)配件的嚴(yán)重磨損，更換難度較高，加上購(gòu)買(mǎi)的配件難以保證其沒(méi)有缺陷，導(dǎo)致配件的更換難上加難；第二，因供電設(shè)備使用年限長(zhǎng)，導(dǎo)致其性能閾值相對(duì)較小，一旦出現(xiàn)電力負(fù)荷突然增加的情況，極易引發(fā)跳閘，從而對(duì)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響[4]；第三，傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)數(shù)量較多，存在各路開(kāi)關(guān)功率分配不均衡的情況，從而對(duì)開(kāi)關(guān)負(fù)荷提出更高的要求，同樣容易引發(fā)跳閘事故。

2 中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造的設(shè)計(jì)思路

以某中波發(fā)射臺(tái)的低壓供配電系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)中的原有設(shè)備包括一臺(tái)100 kVA的穩(wěn)壓器，100 A和300 A的配電柜各一臺(tái)，一臺(tái)柴油發(fā)電和部分開(kāi)關(guān)器件。在對(duì)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量采用大容量的電池保證10 min以上的供電時(shí)間，從而解決因間斷或切換供電導(dǎo)致的停播問(wèn)題，同時(shí)減少柴油發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。在考慮經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)不間斷供電的目標(biāo)，可以將蓄電池逆變供電僅作為市電斷電或柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)中間過(guò)程的供電使用，屬于一種供電過(guò)渡保障[5]。

3 中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造方案

3.1 設(shè)備與器件的選型及應(yīng)用

改造前的低壓供配電系統(tǒng)如圖1所示，其中TM代表電力變壓器、C代表電容器、QS1、QS2、QS3代表隔離開(kāi)關(guān)，SH1、SH2、SH3、SH4、SH5、SH6為手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，而K1、K2、K3與S1、S2、S3、S4代表不同配電柜中的開(kāi)關(guān)編號(hào)，僅作區(qū)分，并無(wú)特殊含義。圖2為改造后的供配電系統(tǒng)框圖，其中TM代表電力變壓器、C代表電容器、QS1、QS2、QS3代表隔離開(kāi)關(guān)，而 K1、K2、K3與S1、S2、S3、S4、S5、S6代表不同配電柜中的開(kāi)關(guān)編號(hào)，僅作區(qū)分，并無(wú)特殊含義。所設(shè)計(jì)的一體化“智能電源”主要包括無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、防雷隔離變壓器、低壓配電、雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（Automatiac Transfer Switch，ATS）、機(jī)柜、電池組及開(kāi)關(guān)器件。其中相關(guān)開(kāi)關(guān)器件可對(duì)原有開(kāi)關(guān)進(jìn)行再利用。

圖1 改造前系統(tǒng)框圖

圖2 改造后系統(tǒng)框圖

（1）無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器：型號(hào)選擇為SBW（W）-100 kVA的干式無(wú)觸點(diǎn)調(diào)壓式穩(wěn)壓器，其采用能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing，DSP）的芯片控制，具有校正有效值、快速補(bǔ)償穩(wěn)壓、電流過(guò)零切換等先進(jìn)技術(shù)，將快速穩(wěn)壓、智能儀表以及故障診斷等功能集于一體，具有較高的輸出電壓精度，有助于供配電系統(tǒng)的高效和安全運(yùn)行。

（2）UPS電源：對(duì)于UPS電源而言，選用的是SF-GD-3380型號(hào)，其標(biāo)準(zhǔn)電壓為480 VDC，容量達(dá)到80 kVA。該型號(hào)為雙變換在線式UPS，具有較高的輸出穩(wěn)定性，且具有較強(qiáng)的瞬時(shí)響應(yīng)能力，適用于感性負(fù)載及非線性負(fù)載。同時(shí)，其能夠在切換時(shí)間為0時(shí)實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。分析該型號(hào)UPS的技術(shù)特點(diǎn)，基于數(shù)字處理器，利用專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC） 控 制技術(shù)和瞬時(shí)波形控制技術(shù)，能夠有效解決輸出電壓失真的情況，使電源的可靠性和抗干擾性得到顯著提升。此外，該型號(hào)UPS還具有過(guò)高壓和短路保護(hù)等功能，能夠很好地滿足中波發(fā)射臺(tái)不間斷供電的需求。

（3）低壓配電：系統(tǒng)改造中選用SF-PDG型號(hào)的低壓配電單元?？梢勒罩胁òl(fā)射臺(tái)的真實(shí)需求情況對(duì)其進(jìn)行改造加工及安裝；同時(shí)，還可以采用鍍鋅鋼特制機(jī)柜，以此達(dá)到更高的防護(hù)等級(jí)。

3.2 容量計(jì)算

3.2.1 UPS容量計(jì)算

計(jì)算之前先對(duì)中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了解，對(duì)節(jié)目轉(zhuǎn)播的情況進(jìn)行分析，確定其發(fā)射功率在10 kW。具體負(fù)載包括發(fā)射機(jī)20 kW，以及信源、控制臺(tái)、照明、空調(diào)等其他用電，共為12 kW。因UPS的延時(shí)不小于30 min，為此對(duì)于前端隔離變壓器和穩(wěn)壓器要依照2.5倍取值，確保效率可以達(dá)到80%以上。由此同時(shí)轉(zhuǎn)播兩套節(jié)目時(shí)，對(duì)2臺(tái)中波發(fā)射臺(tái)的總耗電功率進(jìn)行計(jì)算，總耗電功率為（10×2×2.5）/0.8=62.5 kVA。負(fù)載為12/0.8=15 kVA。二者相加得到總?cè)萘繛?7.5 kVA。所以在對(duì)UPS電源進(jìn)行配置的過(guò)程中應(yīng)確定其容量為80 kVA。

3.2.2 電池容量及數(shù)量計(jì)算

電池容量計(jì)算公式為容量=主機(jī)功率×功率因數(shù)/UPS直流電壓×延時(shí)時(shí)間。由此將上述計(jì)算得到的UPS容量80 kVA代入其中，計(jì)算出的電池容量為66.67 AH。為此，選用100 AH的蓄電池，電池?cái)?shù)量為480 V/12 V=40節(jié)。因UPS的標(biāo)稱容量是80 kVA，電壓為480 VDC，通過(guò)計(jì)算確定ATS選用250 A。在配置穩(wěn)壓器和隔離變壓器的過(guò)程中，選用100 kVA，單體容量為12 V 100 AH的40節(jié)蓄電池。但考慮目前容量仍相對(duì)較大，改造后的電池工作時(shí)間也要超過(guò)1 h，需要對(duì)空調(diào)等其他用電設(shè)備的使用嚴(yán)加控制。而從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，改造更適合采用12 V 65 AH的電池。此外，將原有的PDG-100 A配電柜和SBW（S）-GD-100 kVA穩(wěn)壓器作為獨(dú)立的應(yīng)急式供電模式，不僅能夠使原有設(shè)備得到合理利用，而且提供了更為有力的供電保障。

4 構(gòu)建智能化監(jiān)管平臺(tái)

在完成對(duì)中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)的智能化改造后，還可以搭建智能化監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

智能監(jiān)管平臺(tái)共分為兩部分：一是設(shè)置在各中波發(fā)射臺(tái)的自控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)上級(jí)下發(fā)的命令進(jìn)行執(zhí)行，并對(duì)本中波發(fā)射臺(tái)的供配電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；二是在核心機(jī)房所設(shè)置的監(jiān)控管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)各中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。該平臺(tái)借助虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）實(shí)現(xiàn)上述兩大組成部分間的連接，并借助模型-視圖-控制器（Model-View- Controller，MVC）模式展開(kāi)平臺(tái)設(shè)計(jì)，利用Spring開(kāi)發(fā)后端程序。智能監(jiān)管平臺(tái)主要采用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）框架，注重對(duì)遠(yuǎn)程調(diào)用的設(shè)計(jì)，采用JDK動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)對(duì)同一類所有方法的全部代理。同時(shí)利用ZooKeeper對(duì)請(qǐng)求地址進(jìn)行存儲(chǔ)，并轉(zhuǎn)交給調(diào)用方。通信協(xié)議采用傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP），在保證通信性能穩(wěn)定、可靠的同時(shí)，利用Protocol Buffers作為序列化方案，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程調(diào)用中對(duì)象問(wèn)題的解決。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)的智能化改造，本文結(jié)合實(shí)際情況和需求，提出設(shè)計(jì)思路和方案，在盡量降低資金投入成本的基礎(chǔ)上，最大限度地減少中波發(fā)射臺(tái)的停播情況，從而更好地滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)正式投入使用后，中波發(fā)射臺(tái)的停播率有了明顯降低，達(dá)到《廣播電視發(fā)射臺(tái)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》中的年度運(yùn)行指標(biāo)規(guī)定，因供配電問(wèn)題所造成的停播事件顯著減少。在保證低壓供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)省了勞動(dòng)成本投入，避免人為操作事故。無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)方面，還是在社會(huì)方面，所提出的改造方案均取得十分不錯(cuò)的效益。