廣播電視發射臺供電系統增容改造

王 麟，聶廣才，王義林

（安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230022）

目前，大蜀山發射臺已有12個調頻廣播頻點和11套電視及數字節目，大多為24 h的10 kW滿功率不間斷播出，而且每套節目都建立了多路信源傳輸系統，加上各種空調冷卻設備、辦公生活設施及塔燈景觀設施，如不加控制，高峰用電期時就會超過變壓器安全極限，成為安全播出的重大隱患。

1 供電系統現狀及增容需求分析

1.1 發射臺供電系統現狀

大蜀山發射臺有2路1 000 V外電，因高壓進線開關具有自動倒換功能，2路變壓器進電實際是并聯接在1路外電上的，次級出線接低壓配電柜控制柜，其中的智能控制開關可以自動倒換給負載供電。2006年供電系統進行過一次局部改造，將低壓接線柜的P2柜與其他柜體獨立開，主變壓器通過P3，P4，P5和P6低壓柜給機房供電，備變壓器在控制開關前端引線通過P2柜給生活區及其他負載供電，當主變壓器供電或主控開關故障，機械電器閉鎖節點將會將全部負載切換至備變壓器供電（如圖1所示），此時如果總負荷過大，應盡量減少或關閉P2柜上與播出無關的負載[1-2]。為確保變壓器安全，還制定了許多控、限電措施來保障用電安全。

1.2 供電系統增容需求分析

發射臺還將新增多套新節目，若在原供電系統架構下再做努力則變得越來越不切實際，根本的解決方法只能是系統增容，恰逢廣電總局無線局在安徽省部署無線廣播電視數字化項目，可為電力改造工程提供專項資金，以此為契機，大蜀山發射臺對這次改造進行了積極的籌措。最初需確定的就是新變壓器容量大小，增容后每臺變壓器不僅應能承受目前發射臺全部用電負荷，還應為今后發展預留空間。《全國民用建筑工程設計技術措施—電氣》給出了變壓器負荷率設計取值范圍為70%～85%，經過對低壓柜三相電流取樣的觀察，每相總電流一般為500～550 A，取相電壓220 V，總功耗約為330～363 kW，根據發射臺目前的發展空間，未來最多還有可能增加6～7套節目，按每套節目10 kW計算，總功耗可達400～433 kW，因此新變壓器額定容量500 kV·A是最合適的，既可以保證目前負荷率基本在標準范圍內，又完全適應未來發展需要。

2 改造方案設計

2.1 配電變壓器選型

配電變壓器的選型是這次改造的核心所在，市場上可供選擇的有干式變壓器和油浸式變壓器兩種。大蜀山發射臺原來使用的是合肥變壓器廠生產的金環牌SZ7-315/10型315 kV·A油浸式變壓器，長時間使用后老化嚴重，每年要更換變壓器油、絕緣膠墊，還有大量的日常檢查維護項目。隨著干變制造業水平的不斷提升，同容量、同電壓等級干變與油變的價格比有不斷下降的趨勢，同時干變還有以下油變無法比擬的技術優勢[3]：

1）無油、無污染、難燃阻燃、自熄防火、絕緣溫升等特點；2）損耗低、效率高、噪聲小，因為無油，不會產生有毒氣體，也不會污染環境；3）局部放電量小，可靠性高，可保證長期安全運行，壽命可達30年；4）抗裂、抗溫度變化，機械強度高，抗突發短路的能力強；5）防潮性能好，可在100%濕度下正常運行；6）體積小、重量輕，安裝便捷，無須調試，無須更換和檢查油料，運行維護成本低；7）有完善的溫度保護控制系統，為變壓器安全運行提供可靠保障。

鑒于以上優點，大蜀山發射臺設計新系統時決定使用干式變壓器，品牌上選擇業界口碑較好的ABB品牌，型號為SCBZ10-500/10有載調壓干式變壓器。該變壓器采用自然空氣冷卻，可在額定容量下長期連續運行，變壓器自帶2組GFDD570-110型橫流式冷卻風機，受BWDK系列變壓器用電阻溫度計控制，由溫控器根據設定溫度自動啟停風機，這樣當變壓器運行溫度較高時啟動風機冷卻，可延緩變壓器絕緣性能降低，延長變壓器使用壽命。

新變壓器使用黑龍江雙城市機電技術開發有限公司生產的SPKB3-165-10/35-9型真空有載分接開關，可與變壓器配套組成9級有載調壓系統，保證設備用電電壓穩定在一定的范圍內。開關為機電一體化結構，采用西門子PLC控制，由執行機構、分接選擇機構、快速切換機構、切換儲能機構、電氣控制幾部份組成，選用真空開關管作為切換的主要部件，可減小、消除工作弧光，實現檔位轉換。其原理如圖2所示，電機在電氣系統控制下轉動并驅動減速器工作，減速器輸出軸驅動選擇機構，并由立軸驅動彈簧儲能機構，選擇完成后，彈簧儲能機構釋放能量，驅動切換軸快速轉動一個角度，完成換擋動作。

2.2 電流互感器的技術要求

電流互感器是一種將一次回路的大電流成正比地變換為二次回路小電流的電流源，按其用途和性能特點分為兩大類，一類是測量用互感器，另一類是保護用互感器。大蜀山發射臺配電系統中主要涉及到第一類測量用互感器，它的作用是在電力系統正常運行狀態下進行電流變換，供給測量表計、運行狀態監視表計等儀表裝置[4]。

電流互感器的運行上限一般為120%額定電流，大蜀山發射臺原高壓進線柜中的電流互感器主要針對315 kV·A變壓器的電流負荷設計，現在500 kV·A變壓器增容近一倍，就需要根據新系統負荷更換適合的電流互感器。從安裝尺寸考慮，仍采用江蘇靖江互感器廠的LZZQB8-10系列電流互感器，但新互感器電流額定比需相應提高，滿足（I1N/I2N）新/（I1N/I2N）老≥500/315，原電流額定比為40 A/5 A，故新的一次額定電流應大于63.5 A。LZZQB8-10系列電流互感器更高電流額定比的產品還有50 A/5 A，75 A/5 A和100 A/5 A等，考慮到75 A/5 A的互感器已完全滿足要求，因此決定采用該型號。除了高壓進線柜外，大蜀山發射臺PT計量柜中的原JLDZ-10R系列電流/電壓組合式互感器的電流互感部分電流額定比也為40 A/5 A，也需更換為75 A/5 A的互感器。更換新產品后，還需將新的參數通過計算機控制程序寫入相關部分的控制器中。

低壓柜方面，在系統增容后，進線柜2個450 A施耐德Masterpact MT智能斷路開關已不能滿足要求，計劃更換為施耐德Masterpact MT08-40 H1型斷路器，額定電流為800 A。低壓進線柜還有三相的電流表，通過低壓電流互感器取樣，原來的電流表量程最大為500 A，必須更換成量程為800 A的新表，與之對應也需更換取樣用電流互感器，更換原理與高壓部分類似，不再贅述。

2.3 鐵磁諧振消除裝置的選擇和更換

電力系統中的鐵磁諧振過電壓是一種常見的內部過電壓現象，這種過電壓持續時間長，對電力系統的安全運行威脅極大。電力系統有大量感性和容性元件，能組成復雜的LC振蕩電路，在一定的能量作用下，特定參數配合的回路就會發生諧振現象，例如電壓互感器在正常條件下三相基本平衡，但在電壓互感器突然合閘、電網中單相接地突然消失等情況，會造成互感器的三相對地電壓隨之變化，出現過電壓使電壓互感器鐵心飽和，電感量降低，與線路對地電容形成的振蕩回路就有可能激發起鐵磁諧振。

大蜀山發射臺PT和避雷器柜原使用保定市中恒合力有限公司的消諧裝置產品，長期使用后已有壞損。變壓器增容后，一些電磁式電壓互感器進行了更換，鑒于原消諧裝置的狀況，需更換與新系統相匹配的鐵磁諧振消除裝置。考慮到尺寸和功能兼容的問題，決定使用原品牌新一代ZH-WTXA微機型鐵磁諧振消除裝置產品，該裝置在軟硬件的設計上進行了重大改進，無須整定和調試，使消諧成功率大大提高。裝置實時監測電壓互感器PT開口三角處電壓和頻率，當發生鐵磁諧振時，裝置瞬時啟動無觸點消諧元件（大功率可控硅），將PT開口三角繞組瞬間短接，產生強大阻尼，從而消除鐵磁諧振，出于PT安全的考慮裝置共可啟動3次消諧元件，通過微機控制可由液晶顯示屏和指示燈給出系統信息，裝置的原理框圖如圖3所示。

2.4 變壓器噪聲的處理

變壓器噪聲是變壓器運行時的固有特性。干式變壓器噪聲主要來源是鐵心的磁致伸縮噪聲、硅鋼片結構形式和裝配工藝等引起的噪聲。此外，外部部件振動和安裝環境等引發的噪音也是重要因素之一[5]。因前3個方面來自設計和生產環節無法改變，故后2個安裝環節的噪聲來源是需要重點考慮的。

干式變壓器的本體振動除了產生噪聲外，也可能引起建筑結構的共振，特別是大蜀山發射臺的情況——干變底座下是中空結構（原油變的吸油井），極易引起空腔共鳴聲，需要安裝時在變壓器底座與地基基礎之間安裝隔振材料，把剛性接觸改為彈性接觸，同時緊固變壓器上的螺絲，從而有效降低噪聲。

限于大蜀山發射臺變壓器房尺寸，干變位置靠墻最近處只有幾十厘米，墻面反射噪音與變壓器噪音疊加，可能使噪音增大，在配電房四周合適位置安裝一些吸聲材料就能有效減少噪聲。

事實上，大蜀山發射臺變壓器初裝調試時，確實出現一臺變壓器的噪聲過大的問題，經過以上的現場處理后，效果大為改善。

2.5 低壓無功電容補償柜改進

無功補償按性質分為三相電容自動補償、分相電容自動補償和三相混合補償方式。三相電容自動補償適用于三相負載平衡的供配電系統。因三相回路平衡，回路中無功電流相同，所以在補償時，調節無功功率參數的信號取自三相中的任意一相即可，三相回路同時投切，可以同時保證三相電壓的質量[6]。大蜀山發射臺使用的就是三相電容自動補償方式，其接線方式如圖4所示，采用LN接線方式，測量一相與中線間的相電壓，電流從同一相線上測量，共有6組電容用于投切。

改造前發現，原電容柜中的多組電容因過度補償和頻繁使用，有炸裂、漏液、老化現象，故這次改造中也必須對這種現狀進行處理。和廠家溝通后，確定從2個方面加以改進：

1）針對發射臺運行環境特點，更換電力電容器時應考慮使用抗灰塵、抗靜電的專用電力電容器，同時提高電容器的電壓等級，從而延長電容器的使用壽命；

2）由于無法改變總電容器組數，可增加每組中單臺單個電容的容量，減少投切頻率。

這些改進能有效延長設備使用壽命，確保補償后功率因數達到0.95以上，從而降低電能損耗，節省電費開支，提高設備的利用率，保證電能質量。

3 具體實施規劃

經與施工單位及供電公司協調，項目實施時間定為2011年7月上旬。鑒于省會骨干臺的重要性，節目多、影響面廣，在實施方案的制定上必須將減少停播放在第一位，為此，確定了以下的實施步驟：

1）改造發射臺變壓器房后方山體運輸通道，使之符合施工車輛進出標準。

2）7月3日周日夜里大多數節目結束后倒電至備用變壓器（少數節目夜間短暫倒電不計停播），第二天拆除舊的315 kV·A主用變壓器，更換500 kV·A主用變壓器和三相真空有載分接開關遠程控制端，同時更換主變壓器出線柜至變壓器的高壓電纜和變壓器到低壓柜的低壓電纜，此時雖會對計量和測量造成誤差，但已經具備通電使用條件，這一點事先已和供電局施工部門協商過。

3）7月4日夜里倒電至主用變壓器，第二天拆除舊的315 kV·A備用變壓器，更換500 kV·A備用變壓器和三相真空有載分接開關遠程控制端，同時更換備變壓器出線柜至變壓器的高壓電纜和變壓器到低壓柜的低壓電纜。

4）7月5日是檢修日，為防萬一，節目事先報停5 h，作為緩沖時間，同時協調租用了1臺10 kV·A的柴油發電機。上午先更換備變壓器進線柜3個電流互感器，倒備用變壓器，更換主用變壓器進線柜3個電流互感器，更換互感器后，由廠家通過計算機程序將新參數導入系統。

5）7月5日下午2點后為檢修時間，只有電視節目和部分調頻節目停機檢修，事先將在播的調頻節目發射機功率都降至1 kV左右，關機后將柴油發電機接至供電母排，調整供電相序后，再將這些發射機開啟維持節目播出，此時更換高壓PT計量柜中的電壓電流組合式互感器2個，接著關閉柴油發電機，倒回變壓器供電。其后分別更換2個低壓斷路器，中間需人工倒換1次，等待供電公司專家前來驗核，在專家查驗的過程中，因工作程序需要還需將2個高壓斷路器斷開1次，約5 min時間。這些工作完成后，即可合上高壓斷路器，恢復正常供電。

6）7月最后一個周二檢修日為7月26日，所有電視節目和調頻節目均停機檢修，斷電更換了低壓進線柜上的3個電流互感器和三相指示電流表，還更換了與新變壓器匹配的鐵磁諧振消除裝置。

7）檢查電容柜，和廠家確定了更換電容的技術方案，由其帶回定制組件，今后實施。

整個過程，充分利用發射臺周檢日的特點，除周二上午倒換變壓器1次、下午切換柴油發電機2次、人工互倒低壓斷路開關1次和專家檢測時間外，沒有任何多余的切換過程，總共停播時間不超過10 min，且僅限于幾套調頻節目，相對于上級允許的5 h報停時間，大大縮減了施工帶來的影響，經專家論證，該實施步驟是最優的。

4 總結

大蜀山發射臺供電系統的增容改造，在前期經過了周密的調研和論證分析，在項目進行前部署了詳細完善的改造方案，具體實施時還規劃出一套最優的實施步驟，有效減少了工程中停播的時長、次數和節目套數，這些措施使得改造得以優質勝利地完成，也為國內其他臺站今后類似改造提供了范例和經驗。通過這次供電系統的增容改造，不僅消除了供電安全隱患，提高了發射臺運行質量，還徹底掃除了發射臺未來升級發展的瓶頸，具有很高的現實意義。

[1]王麟，景忠文.發射臺10 kV供電線路改造[J].現代電視技術，2008（4）：116-119.

[2]王麟.廣電發射臺總控系統設計[J].電視技術，2008，32（11）：72-74.

[3]張承志，韓謝村.10 kV干式配電變壓器的選型[J].電網技術，2006，31（S2）：391-393.

[4]石榮章，譚魏.電流互感器的選用及誤差校驗[J].電氣應用，2007，30（11）：64-66.

[5]鐘佩蓮，李拓.干式變壓器噪聲分析及控制[J].機電工程技術，2010，39（8）：166-168.

[6]王永喜，曹洋，張殿英.低壓電容柜方案設計[J].電器開關，2010（4）：45-47.