广播电视台低压配电系统智能一体化改造与维护

程兵兵

【摘要】广播电视传输发射台站的供配电系统是发射机等工艺设备正常运行的动力之源。供配电系统的高质量稳定运行，为广播电视节目安全优质播出提供了可靠的基础保障。依广电总局相关通报可见，近年来广播电视发射转播台站停播事故中，有一半以上事故是因为配电系统故障造成的。可见，供配电系统对维护安全优质播出生命线起着举足轻重的作用。下面结合实际，简要介绍本台低压配电系统智能一体化改造工程及日常维护要点。

【关键词】低压配电; 智能一体化; 不间断电源

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.019

1. 改造背景

我台新机房建造于上世纪90年代，随着时代更迭、行业革新，更多广播电视节目开播，电子管发射机也已进行固态化改造，且增加备份发射机。这些革新对台站电源系统的安全性和稳定性提出了更高的要求。原有的电源系统虽然经过多次改进，但主要是进行高压侧的改造或只是增加低压回路。历经多年高负荷运作，配电系统母排已損坏、线路零乱不堪、电气元件老化失效，存在严重的安全隐患，已经不符合现行发射转播台安全播出保障等级标准。因此，为了更好满足现代广播机房对供配电系统的需求，保障广播电视节目的安全优质播出，有必要对原有的低压配电系统进行一体化设计和智能化改造。

2. 实施方案

智能一体化电源系统改造工程项目是对原有配电设备进行改造，拆除旧设备（包括原机柜、设备、线缆、基础等），线缆重新架设、新增智能一体化电源系统及低压配电系统。改造方案紧紧围绕“高质量、不间断、既经济、又安全”的宗旨，通过本次改造，电源系统将形成由双路外电网一用一备方式送电、自备柴油发电机组和不间断电源组成的四级供电保障方案。整套方案将各系统之间有机的加以融合，通过智能监控管理平台，提供了整个系统的直观、可靠及安全运行的保障。系统具有防雷、隔离、滤波、稳压、不间断电源、监测监控等功能，实现了真正零停播要求及解决电网出现闪断问题，保证发射设备正常工作。一次系统图如图1所示。

2.1 低压进线柜

我台拥有来自南北方向不同变电所引入的两路架空式准专线10kV高压电源（即西后线和群峰线）。两路高压电源分别经主备变压器降压后接入低压进线柜，为机房提供双路独立低压电源，每路容量均为500kVA。0.4kV低压配电系统采用三相五线制，接地保护系统采用TN-S方式，中性点直接接地，并与变电所保护接地共用一组接地装置，接地电阻小于1欧姆。由于供电所电力调度需要，两路市电不能同时负荷。因此，两路市电采用一用一备运行方式。两路10kV电源同时在线，高压侧不联络。低压进线柜内设双切开关，带联锁装置，只有一台变压器负荷，保证低压出线回路能由两路高压电源取电。当单路失压后，ATS切换开关自动互投，但暂设互投不自复，以便供电所即时调整线路负荷。低压进线柜内装1000A/4P框架开关、电流互感器、多功能仪表、浪涌保护器等，进一步保证供电可靠性。

2.2 功率补偿柜

为提高电网的功率因数，降低供电线的损耗，提高供电效率，从而达到节能的目的。因此增配一台容量为200Kvar的无功功率补偿柜。无功功率补偿在0.4kV侧集中进行，补偿后功率因数在10kV高压侧达0.95以上。无功补偿方式为三相单相混合补偿，其中单相补偿容量不小于总容量的40%，采用模块化结构，由四台30Kvar三相共补设备和四台20Kvar分相补偿设备串接组成。因电容器在进行功率补偿的时候，难免会受到高次谐波和涌流的冲击，从而损坏电容器和增加电能消耗。为此，需要在补偿的时候进行谐波治理，抑制系统高次谐波，防止系统谐波震荡放大。系统采用电容器端串接7%电抗器，并针对发射机等工艺负载电环境特性加装了SH防爆器及温控装置，以提高严重谐波场合下运行的可靠度。并采用预充电同步开关技术，响应速度快，可频繁快速投切，性能稳定可靠，节能效果显著，能有效提高功率因数。

2.3 发电机接口柜

发电机接口柜内装1000A/4P双电源开关，采用ATS切换技术，两路输入电源互为备用，可ATS自动或手动切换，并具应急维护旁路等功能。两路电源分别接市电及自备发电机，采用电网-发电式的智能控制器（即F型） 。智能控制器对市电进行监测，当市电停电或故障时，经延时后向发电机发送启动指令，当发电机电压达到额定电压85%时，断开市电断路器，并自动切换到油机供电。ATS切换开关采用互投自复模式，当市电恢复正常时，经延时后自动切换回市电供电，并向发电机发送停机指令。发电机接口柜内同时装有电流互感器、多功能仪表等监测、保护设备，进一步保障系统安全稳定运行。

2.4 智能一体化电源

智能一体化电源是本次改造的核心，主要由防雷隔离变压器模块、稳压电源模块、不间断电源三部分组成，每部分均具有旁路直通功能。结构框图如图2所示。

防雷隔离变压器。在智能一体化电源中，线电压三相380V±40%、50Hz±5Hz市电或自发电首先输入1：1隔离变压器，对输入电源的隔离可以有效克服零点漂移、滤除谐波、减少电磁干扰、抑制尖峰、吸收雷电浪涌。并且采用进线三角型、出线星型（即△/Y）连接方式，产生新的中性线，有效净化电网，防止因电网中性线不良造成工艺设备运行异常，影响控制信号的采样及稳压电源的正常工作。

稳压电源。经隔离变压器输出的三相电接入稳压电源输入端。稳压电源由三相（单相）补偿变压器、三相（单相）调压变压器、传动系统、电刷接触系统和微机控制单元等组成。由电压检测单元对输出电压进行实时采样检测，根据输出电压值的变化，由微机控制系统发出控制信号转动伺服电机M，控制调压变压器TVV上的电刷组位置，以改变调压变压器的二次电压，从而调整补偿变压器的极性和大小，实现输出电压自动稳定的目的。由于采用32位高速DSP全数字化控制及可控硅无触点电子调压方式，只需2ms响应时间即可输出380V±1%的高精度稳定电压，并且可设定分调式，即三相电压各自调整，保证三相电压都在精度范围内，适合单相负载，适应各种复杂三相电力极不平衡的供电环境，使系统更加稳定可靠，如图3。

不间断电源。经稳压后的三相电源接入不间断电源输入端。不间断电源采用模块化设计，总功率为300KVA，并可扩充冗余至500KVA，功率模块支持在线热插拔，便于维护且不影响整体供电。不间断电源采用在线双变换式UPS，在停电或外电出现闪断时，由UPS持续供电，交直流供电转换时间为0ms，实现零切换输出。满足了真正零停播要求及解决电网出现闪断问题，保证发射机等工艺设备正常播出。不间断电源有四种工作模式，即市电模式、电池模式、旁路输入和维修旁路四种模式。主要由整流单元、逆变模块、静态开关等电路组成，其组成结构框图如图4所示：

正常工作状态下，手动维护旁路开关断开，市电主输入经整流器将交流电转换为直流电，直流电分两路，一路经过逆变器将直流逆变成交流，经静态开关输出给负载供电;另一路直流电直接给蓄电池充电，进行浮充。其中蓄电池由两组电池组并联组成，其接线图如图5所示。

每组电池组分别由40节免维护铅酸蓄电池串联组成，从中间引出一条中线，加上正极与负极组成正负电压，共三条线经独立直流断路器输出后，并联通过总直流断路器输出与UPS接线排相连。每组均可通过直流断路器控制独立工作。当主输入电源异常时，整流器不工作，蓄電池开始供电，直流电经逆变后为负载提供交流电源。当逆变器出现过载或故障时，静态开关将自动切换至旁路输入模式，跳过整流器、逆变器的双变换，直接为负载供电。手动维护旁路直通模式则相当于跳过整个UPS模块，直通为负载供电。

3. 改造的实施与效果

通过前期充分的现场察看和方案论证，制定详细的安装施工时间计划。包括拆机移出、设备搬运、就位安装、电路改造、电气设备之间的铜排或电缆连接、负载设备的接入、供电设备安装完成后的联动调试在内的整个实施过程按计划步骤安全有序、准时准点顺利完成。改造后的智能一体化低压配电系统各项功能指标符合设计要求，两路市电自动互投顺利，发电机组自启动切换正常，动作过程中UPS工作模式实现无缝切换，机房发射机及信源设备等工艺负载运行平稳。很好的解决了因电网断电、闪断、闪烁或者过欠压等电网问题所造成的工艺设备停机现像。改造后的配电机房实现了电力环境智能监控功能，为台站实现“无人值守”提供了基础。

4. 日常维护要点

应定期仔细对系统设备进行清灰养护，避免设备散热受影响。特别是我台地处沿海高山，潮湿灰尘附着容易造成设备电路腐蚀、控制逻辑混乱，直接影响设备的安全运行。

应定期对双电源切换开关、漏电保护开关等电气进行动作测试，以确保其安全可靠。

虽然采用免维护铅酸蓄电池，不用频繁对电池进行保养，但电池长期不使用时，需对电池进行放电测试，可在系统中设定电池为自动放电模式。并按期对电池逐一进行检测，内阻变大的应更换。

UPS采用旁路与整流主输入端共用同一路供电输入，另不同柜之间只有一组母线或母排连接，是所有负荷的唯一通道，没有备份，一旦发生故障，可能引起长时间的停播。因此，应定期记录系统各电气柜的进出口电参数，定时检测电气及接线端是否出现打火、接触不良等问题，做好日常维护并完善应急预案，加强应急演练。