陜西新一代天氣雷達站供電系統分析

楊勝利

(西安市氣象局,西安 710016)

陜西新一代天氣雷達站供電系統分析

楊勝利

(西安市氣象局,西安 710016)

介紹了陜西雷達站供電模式的三種類型。對新一代天氣雷達站供電管網從結構上進行分析,探討柴油發電機、UPS電源、配電柜在供電線路中的正確連接方法,并介紹提高供電系統可靠性的幾種辦法。

天氣雷達站;供電管網;可靠性;陜西

陜西在近幾年陸續建成并投入運行七部新一代天氣雷達(CINRAD/CB)。雷達站的相關業務用電,也由新一代天氣雷達配套的供電系統提供。如何提高雷達站的供電質量、減少或避免停電事故的發生,對氣象預報工作至關重要,是關系到氣象業務數據采集和傳輸的重要問題[1]。目前雷達站供電系統的工作方式有三種,第一種是雷達站只有天氣雷達一項氣象業務;第二種是雷達站包含有地面業務、探空業務,又有職工生活區;第三種是雷達站設在氣象局大院內。為了使柴油發電機與UPS合理配套使用,保障雷達站探測業務正常進行和數據的及時上傳,簡要分析和探討了如何提高新一代天氣雷達站供電系統的穩定性。

1 分析思路

供電管網系統分輻射型結構和網格型結構,新一代天氣雷達站的供電管網是輻射型結構。評估一般供電系統的穩定性,傳統的評估指標是停電頻率、每次停電的持續時間、年停電時間、平均無故障工作時間(MTBF)和平均故障恢復時間(MTTR)等,這些指標屬于供電部門及電能設備的提供商研究的范疇。在雷達站管網系統中,以上這些指標已經能夠滿足業務需求,故對雷達站管網評估時,對上述指標不予研究,主要對管網的結構及供電設備的分布予以研討[2-8]。

2 供電管網分析

2.1 用電性質分類

雷達站用電分為兩大類,業務用電和生活用電。業務用電是指與業務有直接關聯的設備的用電,如氣象探測儀器、業務用計算機、網絡傳輸設備等相關設備的用電均為業務用電;生活用電是指除去氣象設備用電以外的其它用電,如傳達室、電梯、公寓、水泵房、生活區等用電。為了保障雷達站業務工作的正常運行,將供電線路分為主支路與副支路。業務用電為主要用電,電路連接在主支路中,主支路由UPS設備供電;生活用電為副用電,電路連接在副支路中。

2.2 UPS安裝位置

雷達機房按建筑設計為雙電源進線,即一路市電供電線路,另一路柴油發電機供電線路,由雙電源轉換開關控制。由于在雙電源轉換開關工作時,有一小段的時間間隔,考慮雙電源進線, UPS應該安裝在雷達機房。但是雷達機房通常緊靠雷達天線,遠離地面,若UPS安裝在雷達機房,維護不方便,特別是更換電池比較麻煩。所以,UPS應安裝在地面的房間里,盡量靠近配電室,便于維修及向其它用電器分配電源。

2.3 柴油發電機安裝位置

雷達站配備的發電機功率通常都比較大,一般在外來電源發生異常時不但要保證天氣雷達的正常工作,也向整個雷達站的所有設備供電。為全面考慮整個雷達站的電力供應,發電機應安裝在靠近變壓器的地方,便于與變壓器供電電路連接,確保業務工作的正常進行。

2.4 柴油發電機與UPS的連接

UPS(在線式工頻機OVERTOP,型號RT60KH)是雷達站非常重要的供電設備,在它的輸出線路中,不能有停電現象出現。它的輸出應保證雷達、地面、探空等氣象業務用電。柴油發電機(威爾信FGWILSON,P150E)有附件ATS轉換柜,這相當于雙電源轉換開關,利用它,能夠在市電與發電機之間進行切換,這兩條電路在切換時有幾秒鐘的間隔,切換由ATS轉換柜自動完成,這個步驟很關鍵,它能夠在市電失電時自動啟動發電機,在市電恢復時自動切換到市電,并及時停止發電機的工作。柴油發電機的輸出與變壓器的輸出通過ATS轉換柜整合為一路輸出線路,它的輸出電路就是UPS的輸入電路,這樣的連接是UPS的輸入在市電切換時僅僅有幾秒鐘的失電現象,完全能夠給UPS提供穩定的電源,保證UPS有可靠的電壓輸出。

2.5 UPS外設旁路開關

外設旁路開關很重要,盡管UPS內部有一個旁路開關。當UPS出現故障、輸入的電壓超出范圍等不能使UPS正常工作時,UPS會轉入旁路工作模式,電流經過UPS內部的旁路開關,繞過UPS機器內部工作電路向負載供電,并及時報警,這是UPS內部旁路開關的作用。當需要對UPS進行維修及停止UPS工作時,外設旁路開關是必須的。在UPS正常工作時,需要對UPS進行檢查,先設置UPS工作于旁路模式,待UPS工作于旁路時,再手動設置UPS旁路開關工作,這時,UPS內部的旁路開關與外設旁路開關同時工作。這種情況下,UPS的負載由穩定的UPS電壓切換到市電電壓或發電機電壓。整個切換中,UPS內部的旁路開關起到了重要作用。UPS工作時,UPS輸入、輸出同相電壓不同。當市電供電正常時,它首先將市電交流電源變成直流電源,然后UPS中的逆變器在機內脈寬調制控制信號的作用下,將直流電源在逆變器中變成功率放大的脈寬調制驅動電源信號,再經逆變器的輸出濾波重新變成需要的交流電來向負載供電。在UPS外設旁路開關工作時,可停止UPS的工作,對UPS進行必要的檢修。

2.6 關于配電箱及配電柜

在雷達站電路管網規劃時,有幾個位置必須設置配電柜。ATS與UPS之間,必須有一級配電柜,本級配電柜第一輸出支路至UPS設備,是主支路,也是業務支路,提供業務用電;第二支路是副支路,提供生活用電,線路至各生活用電的相關配電箱,包含照明、公寓、電梯、門房等。但是雷達站大院的消防用電不能接在副支路,由于消防水泵功率大于發電機功率,它需直接接在箱變室電壓輸出處。在UPS與天氣雷達之間,必須有一級配電柜,它是各業務用電的總節點,輸出至天氣雷達機房、天氣雷達值班室、地面值班室、探空值班室、網絡機房及各業務設備的配電箱。

2.7 各相負載電流的平衡

在雷達站,大部分用電器為單相供電,對于單相電的電路,盡管在基建施工布設線路時已經考慮了各配電箱電流的均衡,但在實際用電時,由于每相電路所帶負載不同,工作時段不同,在配電柜各相電流一般是不平衡的,所以要根據實際用電量,在各配電箱處調整負載,使三相電流初步平衡。在總配電柜處,必須使三相電流達到平衡。

3 結語

通過對陜西天氣雷達站供電系統的調研,屬于第一種供電類型的雷達站,供電系統比較簡單,UPS設備可給所有的用電器供電,要注意發電機與UPS的連接,讓ATS轉換柜發揮自動轉換作用。第二種供電類型的雷達站,業務用電由UPS提供,非業務用電由市電或發電機提供,但要注意在設置電路時,要將業務用電與生活用電進行分離。第三種供電類型的雷達站,UPS對所有設備提供電源,供電對象不分主次。一是控制各相電壓的負載量,不可讓負載量超過發電機和UPS的額定值,二是將非氣象業務用電與UPS剝離,三是不要讓發電機帶動大功率負載,如消防泵、中央空調等,注意各配電柜所帶負載的數量。總之,目前陜西幾個雷達站的供電系統是合格的。但隨著氣象業務的發展,供電線路負載會發生變化,需要對雷達站的配電系統進行檢查和調整,提高雷達站供電系統的可靠性、穩定性,保證雷達、觀測、預報工作的正常進行。

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[2] 郭清漢.淺析配網可靠性投資評估方法[J].中國科技信息,2005(11):139.

[3] 劉楊.淺談提高UPS運行可靠性的幾種方案[J].電氣應用,2008,27(2):50-52.

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[5] 沈德軍.關于UPS電源的幾點認識[J].科技資訊,2011(31):129.

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[7] 唐潞,李欣.柴油發電機組和UPS系統的匹配問題[J].電源世界,2008(2):40-43.

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TM133

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1006-4354(2013)06-0039-03

2013-07-15

楊勝利(1963—),男,漢,陜西西安人,本科,工程師,從事新一代天氣雷達保障工作。