广播电视发射台供电系统增容改造

王 麟，聂广才，王义林

（安徽广播电视台，安徽 合肥 230022）

目前，大蜀山发射台已有12个调频广播频点和11套电视及数字节目，大多为24 h的10 kW满功率不间断播出，而且每套节目都建立了多路信源传输系统，加上各种空调冷却设备、办公生活设施及塔灯景观设施，如不加控制，高峰用电期时就会超过变压器安全极限，成为安全播出的重大隐患。

1 供电系统现状及增容需求分析

1.1 发射台供电系统现状

大蜀山发射台有2路1 000 V外电，因高压进线开关具有自动倒换功能，2路变压器进电实际是并联接在1路外电上的，次级出线接低压配电柜控制柜，其中的智能控制开关可以自动倒换给负载供电。2006年供电系统进行过一次局部改造，将低压接线柜的P2柜与其他柜体独立开，主变压器通过P3，P4，P5和P6低压柜给机房供电，备变压器在控制开关前端引线通过P2柜给生活区及其他负载供电，当主变压器供电或主控开关故障，机械电器闭锁节点将会将全部负载切换至备变压器供电（如图1所示），此时如果总负荷过大，应尽量减少或关闭P2柜上与播出无关的负载[1-2]。为确保变压器安全，还制定了许多控、限电措施来保障用电安全。

1.2 供电系统增容需求分析

发射台还将新增多套新节目，若在原供电系统架构下再做努力则变得越来越不切实际，根本的解决方法只能是系统增容，恰逢广电总局无线局在安徽省部署无线广播电视数字化项目，可为电力改造工程提供专项资金，以此为契机，大蜀山发射台对这次改造进行了积极的筹措。最初需确定的就是新变压器容量大小，增容后每台变压器不仅应能承受目前发射台全部用电负荷，还应为今后发展预留空间。《全国民用建筑工程设计技术措施—电气》给出了变压器负荷率设计取值范围为70%～85%，经过对低压柜三相电流取样的观察，每相总电流一般为500～550 A，取相电压220 V，总功耗约为330～363 kW，根据发射台目前的发展空间，未来最多还有可能增加6～7套节目，按每套节目10 kW计算，总功耗可达400～433 kW，因此新变压器额定容量500 kV·A是最合适的，既可以保证目前负荷率基本在标准范围内，又完全适应未来发展需要。

2 改造方案设计

2.1 配电变压器选型

配电变压器的选型是这次改造的核心所在，市场上可供选择的有干式变压器和油浸式变压器两种。大蜀山发射台原来使用的是合肥变压器厂生产的金环牌SZ7-315/10型315 kV·A油浸式变压器，长时间使用后老化严重，每年要更换变压器油、绝缘胶垫，还有大量的日常检查维护项目。随着干变制造业水平的不断提升，同容量、同电压等级干变与油变的价格比有不断下降的趋势，同时干变还有以下油变无法比拟的技术优势[3]：

1）无油、无污染、难燃阻燃、自熄防火、绝缘温升等特点；2）损耗低、效率高、噪声小，因为无油，不会产生有毒气体，也不会污染环境；3）局部放电量小，可靠性高，可保证长期安全运行，寿命可达30年；4）抗裂、抗温度变化，机械强度高，抗突发短路的能力强；5）防潮性能好，可在100%湿度下正常运行；6）体积小、重量轻，安装便捷，无须调试，无须更换和检查油料，运行维护成本低；7）有完善的温度保护控制系统，为变压器安全运行提供可靠保障。

鉴于以上优点，大蜀山发射台设计新系统时决定使用干式变压器，品牌上选择业界口碑较好的ABB品牌，型号为SCBZ10-500/10有载调压干式变压器。该变压器采用自然空气冷却，可在额定容量下长期连续运行，变压器自带2组GFDD570-110型横流式冷却风机，受BWDK系列变压器用电阻温度计控制，由温控器根据设定温度自动启停风机，这样当变压器运行温度较高时启动风机冷却，可延缓变压器绝缘性能降低，延长变压器使用寿命。

新变压器使用黑龙江双城市机电技术开发有限公司生产的SPKB3-165-10/35-9型真空有载分接开关，可与变压器配套组成9级有载调压系统，保证设备用电电压稳定在一定的范围内。开关为机电一体化结构，采用西门子PLC控制，由执行机构、分接选择机构、快速切换机构、切换储能机构、电气控制几部份组成，选用真空开关管作为切换的主要部件，可减小、消除工作弧光，实现档位转换。其原理如图2所示，电机在电气系统控制下转动并驱动减速器工作，减速器输出轴驱动选择机构，并由立轴驱动弹簧储能机构，选择完成后，弹簧储能机构释放能量，驱动切换轴快速转动一个角度，完成换挡动作。

2.2 电流互感器的技术要求

电流互感器是一种将一次回路的大电流成正比地变换为二次回路小电流的电流源，按其用途和性能特点分为两大类，一类是测量用互感器，另一类是保护用互感器。大蜀山发射台配电系统中主要涉及到第一类测量用互感器，它的作用是在电力系统正常运行状态下进行电流变换，供给测量表计、运行状态监视表计等仪表装置[4]。

电流互感器的运行上限一般为120%额定电流，大蜀山发射台原高压进线柜中的电流互感器主要针对315 kV·A变压器的电流负荷设计，现在500 kV·A变压器增容近一倍，就需要根据新系统负荷更换适合的电流互感器。从安装尺寸考虑，仍采用江苏靖江互感器厂的LZZQB8-10系列电流互感器，但新互感器电流额定比需相应提高，满足（I1N/I2N）新/（I1N/I2N）老≥500/315，原电流额定比为40 A/5 A，故新的一次额定电流应大于63.5 A。LZZQB8-10系列电流互感器更高电流额定比的产品还有50 A/5 A，75 A/5 A和100 A/5 A等，考虑到75 A/5 A的互感器已完全满足要求，因此决定采用该型号。除了高压进线柜外，大蜀山发射台PT计量柜中的原JLDZ-10R系列电流/电压组合式互感器的电流互感部分电流额定比也为40 A/5 A，也需更换为75 A/5 A的互感器。更换新产品后，还需将新的参数通过计算机控制程序写入相关部分的控制器中。

低压柜方面，在系统增容后，进线柜2个450 A施耐德Masterpact MT智能断路开关已不能满足要求，计划更换为施耐德Masterpact MT08-40 H1型断路器，额定电流为800 A。低压进线柜还有三相的电流表，通过低压电流互感器取样，原来的电流表量程最大为500 A，必须更换成量程为800 A的新表，与之对应也需更换取样用电流互感器，更换原理与高压部分类似，不再赘述。

2.3 铁磁谐振消除装置的选择和更换

电力系统中的铁磁谐振过电压是一种常见的内部过电压现象，这种过电压持续时间长，对电力系统的安全运行威胁极大。电力系统有大量感性和容性元件，能组成复杂的LC振荡电路，在一定的能量作用下，特定参数配合的回路就会发生谐振现象，例如电压互感器在正常条件下三相基本平衡，但在电压互感器突然合闸、电网中单相接地突然消失等情况，会造成互感器的三相对地电压随之变化，出现过电压使电压互感器铁心饱和，电感量降低，与线路对地电容形成的振荡回路就有可能激发起铁磁谐振。

大蜀山发射台PT和避雷器柜原使用保定市中恒合力有限公司的消谐装置产品，长期使用后已有坏损。变压器增容后，一些电磁式电压互感器进行了更换，鉴于原消谐装置的状况，需更换与新系统相匹配的铁磁谐振消除装置。考虑到尺寸和功能兼容的问题，决定使用原品牌新一代ZH-WTXA微机型铁磁谐振消除装置产品，该装置在软硬件的设计上进行了重大改进，无须整定和调试，使消谐成功率大大提高。装置实时监测电压互感器PT开口三角处电压和频率，当发生铁磁谐振时，装置瞬时启动无触点消谐元件（大功率可控硅），将PT开口三角绕组瞬间短接，产生强大阻尼，从而消除铁磁谐振，出于PT安全的考虑装置共可启动3次消谐元件，通过微机控制可由液晶显示屏和指示灯给出系统信息，装置的原理框图如图3所示。

2.4 变压器噪声的处理

变压器噪声是变压器运行时的固有特性。干式变压器噪声主要来源是铁心的磁致伸缩噪声、硅钢片结构形式和装配工艺等引起的噪声。此外，外部部件振动和安装环境等引发的噪音也是重要因素之一[5]。因前3个方面来自设计和生产环节无法改变，故后2个安装环节的噪声来源是需要重点考虑的。

干式变压器的本体振动除了产生噪声外，也可能引起建筑结构的共振，特别是大蜀山发射台的情况——干变底座下是中空结构（原油变的吸油井），极易引起空腔共鸣声，需要安装时在变压器底座与地基基础之间安装隔振材料，把刚性接触改为弹性接触，同时紧固变压器上的螺丝，从而有效降低噪声。

限于大蜀山发射台变压器房尺寸，干变位置靠墙最近处只有几十厘米，墙面反射噪音与变压器噪音叠加，可能使噪音增大，在配电房四周合适位置安装一些吸声材料就能有效减少噪声。

事实上，大蜀山发射台变压器初装调试时，确实出现一台变压器的噪声过大的问题，经过以上的现场处理后，效果大为改善。

2.5 低压无功电容补偿柜改进

无功补偿按性质分为三相电容自动补偿、分相电容自动补偿和三相混合补偿方式。三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相即可，三相回路同时投切，可以同时保证三相电压的质量[6]。大蜀山发射台使用的就是三相电容自动补偿方式，其接线方式如图4所示，采用LN接线方式，测量一相与中线间的相电压，电流从同一相线上测量，共有6组电容用于投切。

改造前发现，原电容柜中的多组电容因过度补偿和频繁使用，有炸裂、漏液、老化现象，故这次改造中也必须对这种现状进行处理。和厂家沟通后，确定从2个方面加以改进：

1）针对发射台运行环境特点，更换电力电容器时应考虑使用抗灰尘、抗静电的专用电力电容器，同时提高电容器的电压等级，从而延长电容器的使用寿命；

2）由于无法改变总电容器组数，可增加每组中单台单个电容的容量，减少投切频率。

这些改进能有效延长设备使用寿命，确保补偿后功率因数达到0.95以上，从而降低电能损耗，节省电费开支，提高设备的利用率，保证电能质量。

3 具体实施规划

经与施工单位及供电公司协调，项目实施时间定为2011年7月上旬。鉴于省会骨干台的重要性，节目多、影响面广，在实施方案的制定上必须将减少停播放在第一位，为此，确定了以下的实施步骤：

1）改造发射台变压器房后方山体运输通道，使之符合施工车辆进出标准。

2）7月3日周日夜里大多数节目结束后倒电至备用变压器（少数节目夜间短暂倒电不计停播），第二天拆除旧的315 kV·A主用变压器，更换500 kV·A主用变压器和三相真空有载分接开关远程控制端，同时更换主变压器出线柜至变压器的高压电缆和变压器到低压柜的低压电缆，此时虽会对计量和测量造成误差，但已经具备通电使用条件，这一点事先已和供电局施工部门协商过。

3）7月4日夜里倒电至主用变压器，第二天拆除旧的315 kV·A备用变压器，更换500 kV·A备用变压器和三相真空有载分接开关远程控制端，同时更换备变压器出线柜至变压器的高压电缆和变压器到低压柜的低压电缆。

4）7月5日是检修日，为防万一，节目事先报停5 h，作为缓冲时间，同时协调租用了1台10 kV·A的柴油发电机。上午先更换备变压器进线柜3个电流互感器，倒备用变压器，更换主用变压器进线柜3个电流互感器，更换互感器后，由厂家通过计算机程序将新参数导入系统。

5）7月5日下午2点后为检修时间，只有电视节目和部分调频节目停机检修，事先将在播的调频节目发射机功率都降至1 kV左右，关机后将柴油发电机接至供电母排，调整供电相序后，再将这些发射机开启维持节目播出，此时更换高压PT计量柜中的电压电流组合式互感器2个，接着关闭柴油发电机，倒回变压器供电。其后分别更换2个低压断路器，中间需人工倒换1次，等待供电公司专家前来验核，在专家查验的过程中，因工作程序需要还需将2个高压断路器断开1次，约5 min时间。这些工作完成后，即可合上高压断路器，恢复正常供电。

6）7月最后一个周二检修日为7月26日，所有电视节目和调频节目均停机检修，断电更换了低压进线柜上的3个电流互感器和三相指示电流表，还更换了与新变压器匹配的铁磁谐振消除装置。

7）检查电容柜，和厂家确定了更换电容的技术方案，由其带回定制组件，今后实施。

整个过程，充分利用发射台周检日的特点，除周二上午倒换变压器1次、下午切换柴油发电机2次、人工互倒低压断路开关1次和专家检测时间外，没有任何多余的切换过程，总共停播时间不超过10 min，且仅限于几套调频节目，相对于上级允许的5 h报停时间，大大缩减了施工带来的影响，经专家论证，该实施步骤是最优的。

4 总结

大蜀山发射台供电系统的增容改造，在前期经过了周密的调研和论证分析，在项目进行前部署了详细完善的改造方案，具体实施时还规划出一套最优的实施步骤，有效减少了工程中停播的时长、次数和节目套数，这些措施使得改造得以优质胜利地完成，也为国内其他台站今后类似改造提供了范例和经验。通过这次供电系统的增容改造，不仅消除了供电安全隐患，提高了发射台运行质量，还彻底扫除了发射台未来升级发展的瓶颈，具有很高的现实意义。

[1]王麟，景忠文.发射台10 kV供电线路改造[J].现代电视技术，2008（4）：116-119.

[2]王麟.广电发射台总控系统设计[J].电视技术，2008，32（11）：72-74.

[3]张承志，韩谢村.10 kV干式配电变压器的选型[J].电网技术，2006，31（S2）：391-393.

[4]石荣章，谭魏.电流互感器的选用及误差校验[J].电气应用，2007，30（11）：64-66.

[5]钟佩莲，李拓.干式变压器噪声分析及控制[J].机电工程技术，2010，39（8）：166-168.

[6]王永喜，曹洋，张殿英.低压电容柜方案设计[J].电器开关，2010（4）：45-47.