中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造

劉麗娜 宋彬彬

【摘要】在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)成熟發(fā)展的背景下，中波發(fā)射臺(tái)智能化和數(shù)字化建設(shè)水平逐漸提升。本文主要探究中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造方案。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)原系統(tǒng)中的供電設(shè)備，改造為手動(dòng)應(yīng)急供電的形式，并積極引用新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化連續(xù)供配電系統(tǒng)改造建設(shè)，同時(shí)，在建立智能監(jiān)管平臺(tái)的基礎(chǔ)上以智能、實(shí)時(shí)監(jiān)督供配電系統(tǒng)。改造完成的低壓供配電系統(tǒng)智能化水平較高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電，無須人工操作，且成本投入較低，能顯著減小停播率。

【關(guān)鍵詞】中波發(fā)射臺(tái)；低壓供配電；智能化

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.14.023

以往中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定不足，不僅設(shè)備較為簡(jiǎn)單，以人工操作方式為主，而且成本消耗較多，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電。這些種種問題致使中波發(fā)射臺(tái)停播率居高不下?；诖?，有必要以提高智能化水平、降低停播率為目的，優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)有供電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)低壓供配電系統(tǒng)改造。本文重點(diǎn)分析系統(tǒng)智能化改造思路，合理設(shè)計(jì)改造方案，構(gòu)建智能監(jiān)管平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電，滿足廣播電視臺(tái)零停播的要求。

1. 傳統(tǒng)低壓供配電系統(tǒng)問題分析

在以往中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)中，通常采用兩組10kV電源，通過有效連接兩組電源，利用機(jī)械控制的方式來操控供配電系統(tǒng)，進(jìn)而將高壓電源引入其中，分別與容量為315kVA的兩組變壓器柜相連，以此轉(zhuǎn)換高壓為低壓，即轉(zhuǎn)換10kV電源輸出0.4kV電壓，并基于開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用，向各設(shè)備室傳輸轉(zhuǎn)化完成的低電壓。以往低壓供配電系統(tǒng)主要存在三個(gè)問題。首先，供配電系統(tǒng)設(shè)備老化嚴(yán)重，在配件磨損的情況下，更換配件的難度較大，加之新配件質(zhì)量難以得到保證，所以使配件更換工作難上加難。其次，供電設(shè)備投入使用時(shí)間較長(zhǎng)，性能閾值明顯降低，如果遇到電力負(fù)荷突然加大的情況，較易發(fā)生跳閘，進(jìn)而影響供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行。最后，供配電系統(tǒng)中設(shè)有較多開關(guān)，各路開關(guān)功率分配失衡，對(duì)開關(guān)負(fù)荷的要求較高，這同樣加大了跳閘事故發(fā)生的可能。

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

本文以貴州省廣播電視局為例進(jìn)行重點(diǎn)講解。在低壓供配電系統(tǒng)改造前，供配電設(shè)備主要包括1臺(tái)SBW-GD-100kVA穩(wěn)壓器、1臺(tái)PDG-100A配電柜、1臺(tái)PDG-300A配電柜、1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組以及部分開關(guān)裝置。在設(shè)計(jì)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造方案時(shí)，主要利用容量較大的電池組，以保證供電時(shí)長(zhǎng)在10分鐘以上，來解決由于切換、閃斷現(xiàn)象造成的中波發(fā)射臺(tái)停播問題，同時(shí)，降低柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，基于經(jīng)濟(jì)性考慮，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電目的，僅將蓄電池逆變供電用于啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)過程或市電斷電情況下，為供電提供過渡保障。通過這一設(shè)計(jì)思路，在現(xiàn)有供配電設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加新設(shè)備：UPS電源、低壓配電、無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器、防雷隔離變壓器、ATS雙電源智能開關(guān)以及機(jī)柜，并基于規(guī)范化和維修便利性的考慮，在同一機(jī)柜中安裝無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器和防雷隔離變壓器，在同一機(jī)柜中安裝UPS電源、低壓配電以及UPS電源，并在一個(gè)機(jī)柜中安裝UPS電源組。利用三個(gè)機(jī)柜安裝新增設(shè)備，構(gòu)建智能一體化電源模式，通過這種方式，設(shè)備安裝具備較高合理性和規(guī)范性，且占地較小，可為后續(xù)維護(hù)檢修提供便利。

3. 中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)備器件選用

貴州省廣播電視局低壓供配電系統(tǒng)改造前，系統(tǒng)框圖如下圖1所示。其中，TM、C分別表示電力變壓器和電容器；QS1～3、SH1～6分別表示隔離開關(guān)和手動(dòng)控制開關(guān)，而K1～3、S1～4表示各配電柜中的開關(guān)。貴州省廣播電視局低壓供配電系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)框圖如下圖2所示。其中，增加了智能一體化電源，主要包括UPS電源、低壓配電、無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器、防雷隔離變壓器、ATS雙電源智能開關(guān)以及機(jī)柜和開關(guān)裝置，這些開關(guān)裝置可應(yīng)用原低壓配電系統(tǒng)中的開關(guān)裝置。

3.1.1 防雷隔離變壓器

從本質(zhì)上講，防雷隔離變壓器屬于復(fù)合防雷設(shè)備，由防雷器件、屏蔽隔離變壓器以及交流電容等器件組成，能及時(shí)泄放平抑雷擊電流，有效降低雷擊殘壓，提供接地隔離和保護(hù)。比如，在30kV浪涌電壓侵入的情況下，通過防雷隔離變壓器，傳輸至次級(jí)線路僅會(huì)產(chǎn)生一定殘壓，所以在中波發(fā)射臺(tái)機(jī)房中具備較高適用性。本文改造設(shè)計(jì)方案主要選用SGB-100kVA的防雷隔離變壓器，基于此發(fā)揮抑制浪涌、降低諧波干擾、解決零位飄逸以及防雷隔離的作用。

3.1.2 無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器

本文改造設(shè)計(jì)方案主要選用SBW-100kVA干式無觸點(diǎn)調(diào)壓穩(wěn)壓器，其所具備的優(yōu)勢(shì)較多，基于DSP運(yùn)算計(jì)量芯片進(jìn)行控制，能提高交流采樣速度，精確校正有效值，可實(shí)現(xiàn)電流過零切換和快速補(bǔ)償穩(wěn)壓，通過有機(jī)結(jié)合智能儀表、快速穩(wěn)壓以及故障診斷，使產(chǎn)品安全性提高、生產(chǎn)效果加強(qiáng)，并可輸出高精度電壓。

3.1.3 ATS雙電源智能開關(guān)

這種雙電源智能開關(guān)由開關(guān)裝置和控制器構(gòu)成，能對(duì)電源予以自動(dòng)檢測(cè)，在常用電源發(fā)生故障的情況下，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換負(fù)載，進(jìn)而利用備用電源，呈現(xiàn)自投自復(fù)式特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)智能切換，并對(duì)故障問題進(jìn)行報(bào)警。本文改造設(shè)計(jì)方案主要選用WATSGC-200/4RF雙電源智能開關(guān)，其智能化水平較高，能自動(dòng)切換柴油發(fā)電氣組和市電供電模式。同時(shí)，這一智能開關(guān)還具備三個(gè)突出功能。一是發(fā)電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)功能，在常用電源發(fā)生故障的情況下，控制器會(huì)向發(fā)電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，機(jī)身位置設(shè)有聯(lián)網(wǎng)接口，可發(fā)揮遙控作用。二是短路保護(hù)、過載保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)過欠壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換、缺相自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行智能報(bào)警。三是控制器以單片機(jī)應(yīng)用為主，硬件雖簡(jiǎn)單，但具有強(qiáng)大功能，且便于擴(kuò)展，可靠性較高。

3.1.4 UPS電源

本文改造設(shè)計(jì)方案主要選用SF-GD-3380型號(hào)的UPS電源，其標(biāo)稱容量和電壓分別為80kVA、480DC。相對(duì)而言，雙變換在線式UPS電源具備較高輸出穩(wěn)定度和較強(qiáng)瞬時(shí)響應(yīng)能力，能良好適應(yīng)非線性負(fù)載和感性負(fù)載，尤其不會(huì)耗費(fèi)切換時(shí)間。這一型號(hào)的UPS電源具有以下技術(shù)特點(diǎn)：應(yīng)用數(shù)字處理器技術(shù)、ASIC控制技術(shù)，采用瞬時(shí)波形控制模式，能有效避免輸出電壓失真，提高可靠性和抗干擾性，具備輸出短路保護(hù)作用、輸入過壓保護(hù)作用等，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電。

3.1.5 低壓配電

本文改造設(shè)計(jì)方案主要選用SF-PDG低壓配電單元，可結(jié)合中波發(fā)射臺(tái)實(shí)際需求予以加工和安裝，同時(shí)，可采用定制形式制作機(jī)柜，為滿足較高防護(hù)等級(jí)要求，還可利用鍍鋅鋼材料制作。

3.2 容量計(jì)算

計(jì)算容量前，先明確中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際狀況，在節(jié)目轉(zhuǎn)播過程中，其發(fā)射功率為10kW，負(fù)載主要包括發(fā)射機(jī)與發(fā)射機(jī)房其他用電。其中，發(fā)射機(jī)為20kW；發(fā)射機(jī)房涉及信源處理、控制臺(tái)以及照明、空調(diào)等，依據(jù)12kW計(jì)算。由于行業(yè)配置要求UPS延時(shí)不小于30分鐘，前端隔離變壓器的取值以2.5倍為基準(zhǔn)，穩(wěn)壓器的取值同樣采取2.5倍形式，并保證效率在80%以上，進(jìn)而計(jì)算兩套節(jié)目同時(shí)轉(zhuǎn)播的情況下，兩臺(tái)中波發(fā)射機(jī)總耗電功率、其他負(fù)載分別為：（10×2×2.5）/0.8=62.5kVA和12/0.8=15kVA，總?cè)萘繛?2.5+15=75.5kVA，所以配置容量為80kVA的UPS電源。

待完成上述計(jì)算后，計(jì)算電池容量和數(shù)量。其中，電池容量=主機(jī)功率（80kVA）×功率因數(shù)（0.8）÷UPS電源直流電壓（480DC）×延時(shí)時(shí)間（30分鐘），經(jīng)計(jì)算所得電池容量為66.67AH，所以選擇容量為100AH的蓄電池。電池?cái)?shù)量=480V/12V=40節(jié)。UPS電源容量和標(biāo)稱電池電壓分為80kVA、480DC，經(jīng)計(jì)算：80kVA/480DC=166.7A，所以結(jié)合計(jì)算結(jié)果，ATS選用250A。同時(shí)，在隔離變壓器配置和穩(wěn)壓器配置時(shí)，選擇100kVA，40節(jié)單體容量為12V100AH的蓄電池。采用這一配置方案，容量依然較大，由于系統(tǒng)改造后要保證電池工作時(shí)間在1小時(shí)以上，所以應(yīng)控制其他用電設(shè)備的使用，尤其是空調(diào)設(shè)備。而基于經(jīng)濟(jì)性考慮，采用12V65AH電池進(jìn)行改造更為合適。

在本文改造設(shè)計(jì)方案中，以獨(dú)立的應(yīng)急手動(dòng)供電模式對(duì)PDG-100A配電柜和SBW-GD-100kVA穩(wěn)壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足廣播電視安全播出相關(guān)規(guī)定中對(duì)應(yīng)急保障的要求，并將原系統(tǒng)中的PDG-300A配電柜作為總配電柜，使配電設(shè)備的應(yīng)用更為合理。同時(shí)，在系統(tǒng)改造過程中，除智能一體化電源中的開關(guān)器件外，其他部位都使用系統(tǒng)中原有的開關(guān)器件。通過組合設(shè)計(jì)原有設(shè)備與新增設(shè)備，可解決以往存在的供配電問題，有效實(shí)現(xiàn)連續(xù)智能化供電。

4. 智能一體化電源工作原理分析

在向穩(wěn)壓器傳輸市電前，通過防雷隔離變壓器來抑制浪涌、降低諧波干擾、解決零位漂移問題、提供防雷隔離，進(jìn)而由穩(wěn)壓器將處于304～465V范圍內(nèi)的電壓穩(wěn)定保持在380V左右的水平，并向ATS雙電源切換開關(guān)主路中傳輸，其備路與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，ATS雙電源切換開關(guān)可對(duì)主路和備路的供電情況予以自動(dòng)檢測(cè)，主路優(yōu)先自動(dòng)切換市電和發(fā)電機(jī)，最終向UPS電源傳輸進(jìn)行雙變換，經(jīng)低壓配電單元向各用電設(shè)備供電。

在市電停電或供電出現(xiàn)異常問題后，由CPU控制單元對(duì)異常予以檢測(cè)，并發(fā)出控制指令，切換開關(guān)至UPS電池組，通過逆變?yōu)楦饔秒娫O(shè)備供電，同時(shí)，由ATS雙電源切換開關(guān)電壓檢測(cè)電路感知主路異常情況，通過MUC控制單元向斷路器N發(fā)出控制指令，以斷開主路，進(jìn)而接通斷路器R，開關(guān)切換至備用電源。在ATS雙電源切換開關(guān)所具備的發(fā)電機(jī)氣動(dòng)信號(hào)功能的作用下，在遇到常用電源發(fā)生故障的情況時(shí)，會(huì)控制發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。由智能一體機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，待確定發(fā)電機(jī)輸出電壓滿足穩(wěn)定性要求后，斷開CPU控制單元電源，切換至油機(jī)供電方式。在這一過程中，ATS雙電源切換開關(guān)和UPS作用較大，所以分別對(duì)兩者工作原理進(jìn)行分析。

第一，ATS雙電源切換開關(guān)。本文改造設(shè)計(jì)方案選用的ATS雙電源切換工作原理，呈現(xiàn)自投自復(fù)式特點(diǎn)，主要基于電磁線圈瞬時(shí)通電發(fā)揮自動(dòng)切換作用，通過應(yīng)用過零位技術(shù)，保證切換過程零飛弧，通過運(yùn)用微電子控制技術(shù)、機(jī)械聯(lián)鎖技術(shù)和電氣聯(lián)鎖技術(shù)，使開關(guān)本體具備較強(qiáng)隔離性、可靠性以及較高抗干擾能力。當(dāng)常用電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，功能鍵位于自動(dòng)擋位置，常用斷路器N為合，備用斷路器R為分，并鎖定機(jī)械連鎖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以對(duì)常用電源進(jìn)行保護(hù)，保證電源與用電設(shè)備接通。MUC微機(jī)控制電路會(huì)自動(dòng)檢測(cè)、判斷兩路電壓狀況，進(jìn)而發(fā)出合閘指令或分閘指令。當(dāng)常用電源出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí)，如電源停電、電源缺相、三相電壓失衡、過壓、欠壓以及閃斷等，ATS雙電源切換開關(guān)自動(dòng)切換至備用電源，此時(shí)常用斷路器N為分，備用斷路器R為合，由控制電路向電機(jī)發(fā)出指令，使機(jī)械連鎖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在電機(jī)帶動(dòng)下鎖定，對(duì)備用電源進(jìn)行保護(hù)，保證電源與用電設(shè)備接通，并將發(fā)電機(jī)開啟。在常用電源運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)正常后，基于ATS雙電源切換開關(guān)所具備的自投自復(fù)式特點(diǎn)，會(huì)優(yōu)先選擇常用電源，開關(guān)將自動(dòng)切換至主路上，由常用電源為用電設(shè)備供電，并將柴油發(fā)電機(jī)關(guān)閉。如果經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)備用電源存在故障問題時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，向用戶予以告警，立即對(duì)備用電源進(jìn)行檢修，以確保供電正常。

第二，UPS。本文改造設(shè)計(jì)方案選用的UPS屬于一種全新的電源系統(tǒng)，主要應(yīng)用SCR、數(shù)字處理器、高精度采集技術(shù)、IGBT模塊，融合采用隔離變壓器、穩(wěn)壓器以及各種開關(guān)裝置等，具備隔離市電輸入、解決零點(diǎn)漂移問題、降低諧波干擾和電磁干擾、抑制尖峰、吸收雷電浪涌、連續(xù)供電、保證電壓穩(wěn)定、多路輸出以及通過遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)測(cè)作用，在廣播發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)中極為適用。本文改造設(shè)計(jì)方案選用的UPS主要由逆變器、整流器、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)以及備用電池構(gòu)成，經(jīng)逆變器產(chǎn)生交流電輸出，由UPS本身控制電壓、波形以及頻率，具備穩(wěn)壓功能、穩(wěn)頻功能、凈化功能和連續(xù)功能等。市電進(jìn)入整流器后轉(zhuǎn)化為直流電向逆變器輸出，由逆變器轉(zhuǎn)換成380VAC的交流電，通過雙變換后利用靜態(tài)開關(guān)向用電設(shè)備輸出供電。同時(shí)，基于智能充電器將整流器輸出的直流電提供給電池組進(jìn)行充電，以便在電力中斷的情況下應(yīng)用。由此可看出，無論是否有市電，都由DC/AC逆變器為用電設(shè)備供電，所以，不管市電供電質(zhì)量高低，都不會(huì)影響電力輸出，且不消耗轉(zhuǎn)換時(shí)間。但需要注意的是，連續(xù)供電系統(tǒng)并非在停電情況下才動(dòng)作，如果出現(xiàn)過壓、欠壓、閃斷、瞬時(shí)突波等現(xiàn)象，必然會(huì)降低供電質(zhì)量而影響設(shè)備正常運(yùn)行，所以連續(xù)供電系統(tǒng)都會(huì)動(dòng)作，以便提供穩(wěn)定電力。

5. 結(jié)束語

本文主要探究中波發(fā)射臺(tái)低壓供配電系統(tǒng)智能化改造設(shè)計(jì)方案，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)原系統(tǒng)中的供電設(shè)備，改造為手動(dòng)應(yīng)急供電的形式，并積極引用新設(shè)備，以降低改造過程資金投入，利用最低成本，在最大程度上減小中波發(fā)射臺(tái)停播率，使其達(dá)到廣播電視局零停播的要求。通過智能化改造系統(tǒng)后，不僅能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，還能節(jié)省勞動(dòng)成本，從而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭杰，溫啟良，孫俊，等.基于物聯(lián)網(wǎng)斷路器和云平臺(tái)的智能化低壓配電系統(tǒng)[J].電工材料，2022，（02）：68-70.

[2]吳雨桐.中波發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成架構(gòu)與運(yùn)行環(huán)境[J].西部廣播電視，2022，43（24）：237-240.

[3]許曉春，陳子勇.基于態(tài)勢(shì)感知的中波發(fā)射臺(tái)智慧化運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣播與電視技術(shù)，2021，48（07）：101-104.

作者簡(jiǎn)介：劉麗娜，遼寧錦州，編輯，研究方向：微波發(fā)射，中波發(fā)射;宋彬彬，遼寧錦州，工程師，研究方向：電視信號(hào)接收，廣播信號(hào).