中波发射台低压供配电系统智能化改造

刘丽娜 宋彬彬

【摘要】在网络技术和数字技术成熟发展的背景下，中波发射台智能化和数字化建设水平逐渐提升。本文主要探究中波发射台低压供配电系统智能化改造方案。通过优化设计原系统中的供电设备，改造为手动应急供电的形式，并积极引用新设备，实现智能化连续供配电系统改造建设，同时，在建立智能监管平台的基础上以智能、实时监督供配电系统。改造完成的低压供配电系统智能化水平较高，可实现连续供电，无须人工操作，且成本投入较低，能显著减小停播率。

【关键词】中波发射台；低压供配电；智能化

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.14.023

以往中波发射台低压供配电系统设计存在一定不足，不仅设备较为简单，以人工操作方式为主，而且成本消耗较多，无法实现连续供电。这些种种问题致使中波发射台停播率居高不下。基于此，有必要以提高智能化水平、降低停播率为目的，优化设计现有供电设备，实现低压供配电系统改造。本文重点分析系统智能化改造思路，合理设计改造方案，构建智能监管平台，以实现连续供电，满足广播电视台零停播的要求。

1. 传统低压供配电系统问题分析

在以往中波发射台低压供配电系统中，通常采用两组10kV电源，通过有效连接两组电源，利用机械控制的方式来操控供配电系统，进而将高压电源引入其中，分别与容量为315kVA的两组变压器柜相连，以此转换高压为低压，即转换10kV电源输出0.4kV电压，并基于开关设备的应用，向各设备室传输转化完成的低电压。以往低压供配电系统主要存在三个问题。首先，供配电系统设备老化严重，在配件磨损的情况下，更换配件的难度较大，加之新配件质量难以得到保证，所以使配件更换工作难上加难。其次，供电设备投入使用时间较长，性能阈值明显降低，如果遇到电力负荷突然加大的情况，较易发生跳闸，进而影响供配电系统正常运行。最后，供配电系统中设有较多开关，各路开关功率分配失衡，对开关负荷的要求较高，这同样加大了跳闸事故发生的可能。

2. 中波发射台低压供配电系统智能化改造设计思路

本文以贵州省广播电视局为例进行重点讲解。在低压供配电系统改造前，供配电设备主要包括1台SBW-GD-100kVA稳压器、1台PDG-100A配电柜、1台PDG-300A配电柜、1台柴油发电机组以及部分开关装置。在设计低压供配电系统智能化改造方案时，主要利用容量较大的电池组，以保证供电时长在10分钟以上，来解决由于切换、闪断现象造成的中波发射台停播問题，同时，降低柴油发电机运行时长，基于经济性考虑，为实现连续供电目的，仅将蓄电池逆变供电用于启动柴油发电机过程或市电断电情况下，为供电提供过渡保障。通过这一设计思路，在现有供配电设备的基础上，增加新设备：UPS电源、低压配电、无触点稳压器、防雷隔离变压器、ATS双电源智能开关以及机柜，并基于规范化和维修便利性的考虑，在同一机柜中安装无触点稳压器和防雷隔离变压器，在同一机柜中安装UPS电源、低压配电以及UPS电源，并在一个机柜中安装UPS电源组。利用三个机柜安装新增设备，构建智能一体化电源模式，通过这种方式，设备安装具备较高合理性和规范性，且占地较小，可为后续维护检修提供便利。

3. 中波发射台低压供配电系统智能化改造设计方案

3.1 设备器件选用

贵州省广播电视局低压供配电系统改造前，系统框图如下图1所示。其中，TM、C分别表示电力变压器和电容器；QS1～3、SH1～6分别表示隔离开关和手动控制开关，而K1～3、S1～4表示各配电柜中的开关。贵州省广播电视局低压供配电系统改造后，系统框图如下图2所示。其中，增加了智能一体化电源，主要包括UPS电源、低压配电、无触点稳压器、防雷隔离变压器、ATS双电源智能开关以及机柜和开关装置，这些开关装置可应用原低压配电系统中的开关装置。

3.1.1 防雷隔离变压器

从本质上讲，防雷隔离变压器属于复合防雷设备，由防雷器件、屏蔽隔离变压器以及交流电容等器件组成，能及时泄放平抑雷击电流，有效降低雷击残压，提供接地隔离和保护。比如，在30kV浪涌电压侵入的情况下，通过防雷隔离变压器，传输至次级线路仅会产生一定残压，所以在中波发射台机房中具备较高适用性。本文改造设计方案主要选用SGB-100kVA的防雷隔离变压器，基于此发挥抑制浪涌、降低谐波干扰、解决零位飘逸以及防雷隔离的作用。

3.1.2 无触点稳压器

本文改造设计方案主要选用SBW-100kVA干式无触点调压稳压器，其所具备的优势较多，基于DSP运算计量芯片进行控制，能提高交流采样速度，精确校正有效值，可实现电流过零切换和快速补偿稳压，通过有机结合智能仪表、快速稳压以及故障诊断，使产品安全性提高、生产效果加强，并可输出高精度电压。

3.1.3 ATS双电源智能开关

这种双电源智能开关由开关装置和控制器构成，能对电源予以自动检测，在常用电源发生故障的情况下，可自动转换负载，进而利用备用电源，呈现自投自复式特点，可实现智能切换，并对故障问题进行报警。本文改造设计方案主要选用WATSGC-200/4RF双电源智能开关，其智能化水平较高，能自动切换柴油发电气组和市电供电模式。同时，这一智能开关还具备三个突出功能。一是发电机启动信号功能，在常用电源发生故障的情况下，控制器会向发电机发出启动信号，机身位置设有联网接口，可发挥遥控作用。二是短路保护、过载保护功能，能实现过欠压自动转换、缺相自动转换，并进行智能报警。三是控制器以单片机应用为主，硬件虽简单，但具有强大功能，且便于扩展，可靠性较高。

3.1.4 UPS电源

本文改造设计方案主要选用SF-GD-3380型号的UPS电源，其标称容量和电压分别为80kVA、480DC。相对而言，双变换在线式UPS电源具备较高输出稳定度和较强瞬时响应能力，能良好适应非线性负载和感性负载，尤其不会耗费切换时间。这一型号的UPS电源具有以下技术特点：应用数字处理器技术、ASIC控制技术，采用瞬时波形控制模式，能有效避免输出电压失真，提高可靠性和抗干扰性，具备输出短路保护作用、输入过压保护作用等，可实现连续供电。

3.1.5 低压配电

本文改造设计方案主要选用SF-PDG低压配电单元，可结合中波发射台实际需求予以加工和安装，同时，可采用定制形式制作机柜，为满足较高防护等级要求，还可利用镀锌钢材料制作。

3.2 容量计算

计算容量前，先明确中波发射台供配电系统运行实际状况，在节目转播过程中，其发射功率为10kW，负载主要包括发射机与发射机房其他用电。其中，发射机为20kW；发射机房涉及信源处理、控制台以及照明、空调等，依据12kW计算。由于行业配置要求UPS延时不小于30分钟，前端隔离变压器的取值以2.5倍为基准，稳压器的取值同样采取2.5倍形式，并保证效率在80%以上，进而计算两套节目同时转播的情况下，两台中波发射机总耗电功率、其他负载分别为：（10×2×2.5）/0.8=62.5kVA和12/0.8=15kVA，总容量为62.5+15=75.5kVA，所以配置容量为80kVA的UPS电源。

待完成上述计算后，计算电池容量和数量。其中，电池容量=主机功率（80kVA）×功率因数（0.8）÷UPS电源直流电压（480DC）×延时时间（30分钟），经计算所得电池容量为66.67AH，所以选择容量为100AH的蓄电池。电池数量=480V/12V=40节。UPS电源容量和标称电池电压分为80kVA、480DC，经计算：80kVA/480DC=166.7A，所以结合计算结果，ATS选用250A。同时，在隔离变压器配置和稳压器配置时，选择100kVA，40节单体容量为12V100AH的蓄电池。采用这一配置方案，容量依然较大，由于系统改造后要保证电池工作时间在1小时以上，所以应控制其他用电设备的使用，尤其是空调设备。而基于经济性考虑，采用12V65AH电池进行改造更为合适。

在本文改造设计方案中，以独立的应急手动供电模式对PDG-100A配电柜和SBW-GD-100kVA稳压器进行优化设计，满足广播电视安全播出相关规定中对应急保障的要求，并将原系统中的PDG-300A配电柜作为总配电柜，使配电设备的应用更为合理。同时，在系统改造过程中，除智能一体化电源中的开关器件外，其他部位都使用系统中原有的开关器件。通过组合设计原有设备与新增设备，可解决以往存在的供配电问题，有效实现连续智能化供电。

4. 智能一体化电源工作原理分析

在向稳压器传输市电前，通过防雷隔离变压器来抑制浪涌、降低谐波干扰、解决零位漂移问题、提供防雷隔离，进而由稳压器将处于304～465V范围内的电压稳定保持在380V左右的水平，并向ATS双电源切换开关主路中传输，其备路与发动机相连，ATS双电源切换开关可对主路和备路的供电情况予以自动检测，主路优先自动切换市电和发电机，最终向UPS电源传输进行双变换，经低压配电单元向各用电设备供电。

在市电停电或供电出现异常问题后，由CPU控制单元对异常予以检测，并发出控制指令，切换开关至UPS电池组，通过逆变为各用电设备供电，同时，由ATS双电源切换开关电压检测电路感知主路异常情况，通过MUC控制单元向断路器N发出控制指令，以断开主路，进而接通断路器R，开关切换至备用电源。在ATS双电源切换开关所具备的发电机气动信号功能的作用下，在遇到常用电源发生故障的情况时，会控制发电机自动启动。由智能一体机对发电机输出质量进行检测，待确定发电机输出电压满足稳定性要求后，断开CPU控制单元电源，切换至油机供电方式。在这一过程中，ATS双电源切换开关和UPS作用较大，所以分别对两者工作原理进行分析。

第一，ATS双电源切换开关。本文改造设计方案选用的ATS双电源切换工作原理，呈现自投自复式特点，主要基于电磁线圈瞬时通电发挥自动切换作用，通过应用过零位技术，保证切换过程零飞弧，通过运用微电子控制技术、机械联锁技术和电气联锁技术，使开关本体具备较强隔离性、可靠性以及较高抗干扰能力。当常用电源处于正常运行状态时，功能键位于自动挡位置，常用断路器N为合，备用断路器R为分，并锁定机械连锁传动机构，以对常用电源进行保护，保证电源与用电设备接通。MUC微机控制电路会自动检测、判断两路电压状况，进而发出合闸指令或分闸指令。当常用电源出现异常现象时，如电源停电、电源缺相、三相电压失衡、过压、欠压以及闪断等，ATS双电源切换开关自动切换至备用电源，此时常用断路器N为分，备用断路器R为合，由控制电路向电机发出指令，使机械连锁传动机构在电机带动下锁定，对备用电源进行保护，保证电源与用电设备接通，并将发电机开启。在常用电源运行状态恢复正常后，基于ATS双电源切换开关所具备的自投自复式特点，会优先选择常用电源，开关将自动切换至主路上，由常用电源为用电设备供电，并将柴油发电机关闭。如果经检测发现备用电源存在故障问题时，会发出警报，向用户予以告警，立即对备用电源进行检修，以确保供电正常。

第二，UPS。本文改造设计方案选用的UPS属于一种全新的电源系统，主要应用SCR、数字处理器、高精度采集技术、IGBT模块，融合采用隔离变压器、稳压器以及各种开关装置等，具备隔离市电输入、解决零点漂移问题、降低谐波干扰和电磁干扰、抑制尖峰、吸收雷电浪涌、连续供电、保证电压稳定、多路输出以及通过远程进行监控、监测作用，在广播发射台低压供配电系统中极为适用。本文改造设计方案选用的UPS主要由逆变器、整流器、静态转换开关以及备用电池构成，经逆变器产生交流电输出，由UPS本身控制电压、波形以及频率，具备稳压功能、稳频功能、净化功能和连续功能等。市电进入整流器后转化为直流电向逆变器输出，由逆变器转换成380VAC的交流电，通过双变换后利用静态开关向用电设备输出供电。同时，基于智能充电器将整流器输出的直流电提供给电池组进行充电，以便在电力中断的情况下应用。由此可看出，无论是否有市电，都由DC/AC逆变器为用电设备供电，所以，不管市电供电质量高低，都不会影响电力输出，且不消耗转换时间。但需要注意的是，连续供电系统并非在停电情况下才动作，如果出现过压、欠压、闪断、瞬时突波等现象，必然会降低供电质量而影响设备正常运行，所以连续供电系统都会动作，以便提供稳定电力。

5. 結束语

本文主要探究中波发射台低压供配电系统智能化改造设计方案，通过优化设计原系统中的供电设备，改造为手动应急供电的形式，并积极引用新设备，以降低改造过程资金投入，利用最低成本，在最大程度上减小中波发射台停播率，使其达到广播电视局零停播的要求。通过智能化改造系统后，不仅能保证系统正常运行，还能节省劳动成本，从而显著提高经济效益和社会效益。

参考文献：

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[3]许晓春，陈子勇.基于态势感知的中波发射台智慧化运维管理系统设计[J].广播与电视技术，2021，48（07）：101-104.

作者简介：刘丽娜，辽宁锦州，编辑，研究方向：微波发射，中波发射;宋彬彬，辽宁锦州，工程师，研究方向：电视信号接收，广播信号.