浅谈低压配电系统的改造

李大盛

（作者单位：甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台）

甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台长期承担甘肃省中短波转播发射任务，台站所处地理位置比较偏远，供电系统介入的是农网。台站目前处于建设初期，所有发射设备均未配置稳压系统，后期由于外电电压不稳定，导致台站部分发射设备无法正常运行。

1 基本情况

1.1 负荷及等级容量说明

甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台采用一路10 kV高压供电（高压进线前端由当地供电部门负责设计），柴油发电机作为备用电源。

台站前期设计总功率490 kW，设备使用功率为372.4 kW，工程属于建筑行业广播电视二类，其中一级用电负荷设备有中短波发射设备、消防系统设备、照明应急系统设备，容量约为124 kW；机房空调用电和锅炉房用电按二级负荷考虑，容量为165 kW；其他用电负荷为三级负荷。工作/行政用电设备配备正泰电器股份有限公司JKF8智能型低压无功功率自动补偿控制器，低压电容补偿柜可补偿容量为45 kvar，确保用电负载功率因数补偿后≥0.9[1]。

1.2 10 kV高压供电系统

采用一路10 kV高压供电，10 kV高压进线柜选用正泰电气股份有限公司SF6气体全绝缘全密封金属封闭开关设备，型号为NG7-12F，额定电压12 kV、额定电流630 A、额定频率50 Hz、防护等级IP 4x/IP 67、额定短时工频耐受电压42 kV：额定雷电冲击耐受电压75 kV、额定短时耐受电流20/4kA/S、额定短路关合电流50 kA。

操作选用专用操作手柄，确认下门关好后，电磁锁在打开状态，将手柄插入闭锁孔，逆时针转动为闭锁下门，锁上电磁锁，反之为解锁。闭锁状态时，可以操作负荷开关，顺时针转动为合闸，反之为分闸。负荷开关与闭锁孔之间有机械联锁，用于防止误操作，如果遇到操作困难，不可强行操作，需要仔细检查负荷开关状态后，再执行解锁操作。

1.3 电能计量方式选用

甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台采用高压计量方式，计量柜安装在10 kV电力网分口处，通过架空电缆、飞控高压隔离开关和组合式互感器等进行有效的采样，计量柜内元器件和计量仪表以当地供电部门确定的规格型号为准。

1.4 低压配电系统

系统构成：选用一台容量200 kVA，接线方式为Dyn11的干式变压器为台内电锅炉供电；选用两台容量均为250 kVA干式电力变压器，其中一台为台内中短波发射设备、办公区域用电、消防报警系统、机房控制设备供电；另一台为台内职工宿舍、院内路灯、不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、门房、水泵房供电。这两台容量均为250 kVA干式电力变压器可以独立运行，带各自母线段的负载，也可以通过微电脑综合自投装置，用一台变压器带台内所有用电负载，两台变压器可互为主备，整套装置设有电器连锁与闭锁，防误操作[2]。

1.5 备用电源设计

台站只有一路外电，备用电源选用一台功率为300 kVA的柴油发电机（由于当地特殊环境因素，柴油发电机符合所有一、二级负荷的用电要求），柴油发电机具备自动启动和手动启动两种功能，其自启动信号取自1TM和2TM进线断路器（当两路断路器均失电时，柴油发电机才能自启动），备用电源断路器母联具备电气锁。

由于台站所在地的外电源质量欠佳，原设计每台发射机配备一台相应功率的稳压电源，进线电源经稳压后供给发射机。稳压器放置在机房大厅内，发射机配电柜放置在变配电室内；控制室不允许瞬间停电负荷，应采用UPS供电；对消防用电负荷有两路电源配电，末端自投。

1.6 负载线路的敷设

本着供电可靠、维护操作方便、运行安全灵活、经济合理的原则，低压阻燃YJV电缆以放射式的方式配电。电缆通过配电室低压出线柜引出后，再通过配电室到播出机房的地沟引至发射机、机房内其他用电设备。其他建筑物的配电线路采用阻燃YJV22铠装电缆，通过直埋穿线管引至集中供电墙体预埋配电箱内，进行电源分配。

1.7 设备选型及布置

台站所选用高低压配电设备均满足高海拔台站的使用要求。配电室高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、变压器（选用一台容量为200 kVA，接线方式为Dyn11的干式变压器为台内电锅炉供电；选用两台容量均为250 kVA，接线方式为Dyn11的干式变压器为台内工作和行政负荷供电），低压进线柜、低压计量柜（实际未安装）、电容补偿柜、ATS柜、低压出线柜（GCS型抽屉式开关柜）等设备，均选用正泰电气股份有限公司配电设备，高压配电设备和低压配电设备合理排布在配电室两侧，低压配电系统采用TN-S接线方式。

1.8 电容补偿情况

因中短波发射设备负荷功率因数高于0.9，故1号变压器母线段不需要设置无功补偿装置，2号变压所带负载母线段功率因数小于0.9，只有0.86，所以集中对2号变压器负载母线段进行无功补偿，电容补偿装置容量为45 kvar，补偿后确保功率因数大于0.9。

1.9 防雷接地

甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台的发射机房按二类防雷考虑，发射机房接地电阻应＜1 Ω；职工宿舍、门房、水泵房建筑按三类防雷考虑，避雷接地、保护接地、工作接地共用一个接地装置，接地电阻应＜4 Ω，实测不满足要求时，应增设人工接地体[3]。在所有建筑物的屋顶敷设避雷带，引下线主要是利用建筑物结构柱内的两根主钢筋。此外，避雷带必须实现可靠焊接。

在配电室内设等电位盘做局部等电位连接，配电室和柴油发电机房内沿墙或电缆沟敷设宽度为4 cm、厚度为4 mm的镀锌扁钢，热镀锌扁钢与建筑物基础及电位盘最少要有两个可靠连接点，所有进出建筑物的电缆金属外皮和金属管道均应可靠接地。

1.10 防雷措施

防直击雷：在发射机房的屋面上设置面积不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷接闪器，防雷引下线主要是利用结构柱内主钢筋，主钢筋与接地装置可靠焊接，引下线距离应＜18 m。值班员宿舍的屋面设面积为20 m×20 m或24 m×16雷带接闪器，利用结构柱内主钢筋作防雷引下线，引下线距离≤25 m。

防感应雷和雷电波侵入措施：低压配电进线柜设过电压保护器，室外配电回路SPD浪涌保护器，在各配电和分箱处设置相应的浪涌保护器。电源电缆在进入水泵房和门房处需要重复接地，接地电阻值要求≤10 Ω。

2 存在的问题

长期统计数据显示，从变压器输出端电压波动范围为390～520 V。甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台经过多次和当地供电部门专业技术人员沟通，技术人员先后多次来台实地了解情况，检查变压器和供电设备，但高电压问题始终未能得到解决，最终，供电部门技术人员给出的解释是，台站10 kV供电系统接入的是农网，在这条主供电线路上有640户光伏发电用户，是造成台站白天电压升高且波动较大（夏季天气晴朗时，电压波动尤为明显），夜间电压趋于稳定的一个主要原因，电压升高时段集中在每天9点至18点。

3 维修改造的必要性

根据目前台站运行的实际情况，台站市电输入端的电压因光伏发电等因素的影响，供电环境波动比较大，造成台站大部分设备无法正常使用。改造后，一方面将有效地保障台站发射设备的正常运行，保证信号安全播出；另一方面可以保证生活用电设备的正常使用。

4 维修改造方案

4.1 改造方案一

将低压端电压稳定在台站内设备稳定运行的电压范围内，同时确保重要负荷（控制设备、发射机设备、预警系统供电等）不停电。台站内的中短波发射机设备也由UPS供电，响应国家广电总局第62号令，真正实现“零停播”。

此方案改造需在原3路低压进线柜的前端都相应地增加一套大型稳压设备（安装在配电室，从1号、2号、3号变压器次级输出的电压直接通过大型稳压设备稳压后输出，然后通过配电室低压装置给各负载供电），增加后可确保供给后端负荷的电压稳定在380 V±3%。由于供电电网的电压长期偏高，正常的一般稳压器无法胜任此环境，为此考虑选择一款集防雷、抑制浪涌、隔离、高电压降压为一体的稳压设备。

此隔稳一体机应具备基本的显示功能、实时记录功能（支持U盘导出）、具备RS485和RJ45接口（可远程监测一体机运行参数）、CPU数字式控制系统、回中功能、无级调整（采用滚针轴承）功能（见图1）。

图1 隔稳一体机拓扑图

其容量根据前端1、2、3号变压器容量配置，容量为250 kVA、250 kVA、200 kVA。

当市电电压为520 V时，隔稳一体机的输入电压范围为360～540 V，此时隔稳一体机的输出电压为380 V左右，可以满足负荷正常的工作需求。

当市电电压为390 V时，隔稳一体机的输入电压范围为360～540 V，此时隔稳一体机的输出电压为380 V左右，可以满足负荷正常的工作需求。

当市电电压为380 V时，隔稳一体机的输入电压范围为360～540 V，此时隔稳一体机的输出电压为380 V左右，可以满足负荷正常的工作需求（见图2）。

图2 改造后配电系统流程图

该一体机在控制电路中加装高频滤波器，能够避免传导性电磁干扰，也能有效地避免电网波形畸变或高频干扰情况下，由于取样出错造成稳压器失误的问题，而控制系统实行数字式的有效值采样显示，有效地克服了“失控”和“失真”现象[4]。

此方案优缺点分析：通过本方案改造可有效保障台站的设备供电环境，提高设备的使用效率，为安全播出提供有力保障，但改造费用较高。如果条件允许，台站内可增加一套智慧用电管理系统，对配电系统内各单元进行监测管理。

4.2 改造方案二

台站配电设备全部安装到位并已投入运行，原设计图纸中的稳压电源未提供，实际只提供了两组100 kVA的UPS。如何将UPS代替稳压电源接入配电系统中并投入使用是急需思考的问题。原有低压配电设备功能不全，所有出线回路均被占用，没有留下备用及应急回路，且回路容量较小，无法给UPS提供输入电源。

台站安装的在线式不间断电源系统型号为P10000/100 kVA，交流输入3/N/PE 380 VAC 151A/50 Hz，交流输出3/N/PE 380 VAC 121A/50 Hz，直流输入432 V/231 A。

（1）根据实际情况，结合图纸设计理念，原设计图纸稳压电源带了10部2 kW的短波发射机，8部1 kW的中波发射机，且低压出线电缆已接完毕。为减少电缆成本和施工成本，笔者计划将新增两台GCS低压配电柜放置于机房UPS电源柜旁，调整发射机和控制室电源改动到新配电柜中，便于机房检修和维护，新增配电柜双电源两路电缆分别取自配电室A02号柜和A04号柜顶母线。

（2）实际10部2 kW短波发射机，每部能耗功率为5 kW，共计50 kW；8部1 kW中波机，每部能耗功率为3 kW，共计24 kW；控制室负荷功率5 kW，所有负荷总计为79 kW。现场100 kVA的UPS功率因数80%，有功功率为80 kW，减去高原降容标准，实际功率为70 kW；UPS最佳运行状态为实际功率的80%，则70 kW×80%＝56 kW，按此计算一组UPS不能带所有负荷，建议两组并机使用，合计112 kW可带所有负荷[5]。

（3）因两组UPS并机使用，需要将原控制室电源线路调整到新设备中，由UPS来带。

（4）改造方法：增加一台双电源切换装置，将工艺用电变压器电源作为常用电源，将行政用电变压器电源作为备用电源，两路电源实现自动切换，机械互锁安全可靠，防止并列运行，形成主备切换，实现电源切换自动化功能。

在双电源下端增加UPS分路断路器和备用断路器，再从UPS引入加装并机断路器和出线分配回路，增加重要负荷出线回路在机房分配。

用YJV-3×70+2的两根电缆分别从A02号和A04号柜的柜顶母线铜排处并接至新增1P配电柜的双电源两侧，并在新增1P柜增加保护两路电缆的断路器。

用YJV-3×35+2的两根电缆，分别从新增1P配电柜的两路出线开关，接至两台UPS输入端。

用YJV-3×35+2的两根电缆，分别从两台UPS输出端，接至新增1P配电柜的输出负荷进线端。

用YJV-3×35+2的两根电缆，分别从新增1P配电柜的输出负荷输出端，接至新增2P出线柜的进线母线端。

将10部短波发射机电源电缆改接到新增低压出线柜的短波设备出线端，将8部中波发射机电源电缆改接到新增低压出线柜的中波设备出线端，将控制室电源电缆改接到新增2P出线柜的备用中波设备出线端。

制作新配电柜基础，就位新配电柜、连接新电缆，核准相序，调试UPS并机。

（5）需要材料：2台GCS低压配电柜；2根电缆YJV-1kV-3×702+2×352共计70 m；6根电缆YJV-1kV-3×352+2×162共计50 m；接线铜鼻子702 mm12个、352 mm44个、162 mm24个；电缆附件16套；配电柜基础1套；辅材1套。

本方案优缺点分析：按照此方案进行改造，可有效提高台站现有设备（UPS）的使用效率，减少改造成本，保证台里的发射设备正常运行，确保信号安全播出。

针对甘肃省广播电视局无线传输中心卓尼广播转播台目前的供电现状和存在的问题，本文提出以上两种低压配电系统的设计改造方案，以期能更好地保障台站的广播电视节目实现高效、优质、安全传播。