250千伏安智能一體化電源及應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計

貴州省廣播電視局八九六臺 劉開俊

對我臺供配電系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，增加電力保障型電源，確保新設(shè)計后的供配電系統(tǒng)24h優(yōu)質(zhì)不間斷供電。實(shí)現(xiàn)重要負(fù)荷使用電力保障型電源雙回路供電方式供電，確保供電電路無單點(diǎn)故障停電威脅；實(shí)現(xiàn)在PC端實(shí)時監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與相關(guān)數(shù)據(jù)，部分場所實(shí)現(xiàn)智能控制與管理，整個臺站采用智慧用電管理平臺進(jìn)行電力監(jiān)控、管理。

1 設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計改造后的高低壓供配電系統(tǒng)需滿足《中、短波廣播電視發(fā)射臺設(shè)計規(guī)范》、廣電總局第62號令的要求，為實(shí)現(xiàn)我臺電力系統(tǒng)“規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、智慧”的管理目標(biāo)，并兼顧未來的發(fā)展需求，按照“高標(biāo)準(zhǔn)、智慧化，既經(jīng)濟(jì)、又實(shí)用”的原則進(jìn)行技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計，使系統(tǒng)達(dá)到“先進(jìn)、合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、完善”的要求，具體目標(biāo)如下。

改造后的電力供配電系統(tǒng)達(dá)到廣播電視行業(yè)一級臺站標(biāo)準(zhǔn)，接入兩路不同變電站的市電，當(dāng)一路外電發(fā)生故障，另一路外電不應(yīng)同時受到損壞，同時配備250kVA的自發(fā)電系統(tǒng)。重要負(fù)載用電負(fù)荷由兩套獨(dú)立的保障型電源供電（智能一體化電源），生活類負(fù)載用電與重要負(fù)載用電分段供電設(shè)計，避免相互影響。保障型電源的供電容量不小于125kVA，提供30min的125kVA電力輸出，具備雙電源輸入、防雷、隔離、穩(wěn)壓、不間斷供電及智能監(jiān)控功能，重要負(fù)載通過各自獨(dú)立的STS靜態(tài)開關(guān)由兩路獨(dú)立的保障型電源供電。

2 設(shè)備功率計算

2.1 雙電源切換柜

市電雙電源允許最大電流為400A。臺站現(xiàn)有的高壓變系統(tǒng)容量為250kVA，為了能同時承受全臺用電負(fù)荷的用電量，所以此雙電源切換柜選取與高壓變系統(tǒng)容量一樣大小；綜合設(shè)備的功率因數(shù)與線路低電壓長期運(yùn)行考慮，容量為250kVA的設(shè)備換算成電流計算方法如式(1)：

注：P為設(shè)備功率，cosφ為設(shè)備功率因數(shù)（一般取0.9），市電正常偏差在±10%內(nèi)（0.9-1.1）。

根據(jù)計算結(jié)果可知選用400A雙電源切換開關(guān)比較合理。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定來看，輸入端需要185mm2的銅電纜才能承受。雙電源切換柜分兩路輸出，其中一路供給生活類負(fù)荷用電，另一路供給發(fā)射機(jī)房工藝類負(fù)荷用電，這樣使生活用電與機(jī)房用電分開，避免了相互影響。

2.2 保障型電源“智能一體電源”

選擇“智能一體化電源”的功率為125kVA。臺里共有10kW中波發(fā)射機(jī)4臺，采用一主一備的工作方式，信號柜2臺，備用發(fā)射機(jī)2臺和機(jī)房控制臺1組；平時正常工作有兩臺10kW中波主發(fā)射機(jī)、信源柜1套和控制臺1套，在特殊的時候會再開啟一臺備用發(fā)射機(jī)。根據(jù)廣播電視中波發(fā)射機(jī)的耗電功率效率可知，3臺10kW中波發(fā)射機(jī)大概需要90kVA功率的電源供電，信源柜與控制臺大概5kVA功率不到，所以其共計總功率約為95kVA，考慮后期增加發(fā)射機(jī)的可能性，預(yù)留一定功率量的空間，所以最終選定125kVA“智能一體化電源”較為合適。

2.3 自發(fā)電系統(tǒng)（柴油發(fā)電機(jī)組）

發(fā)電機(jī)設(shè)計時要考慮，當(dāng)雙路市電同時出現(xiàn)停電時，發(fā)電機(jī)啟動供電供給機(jī)房工藝類用電負(fù)荷供電，考慮到“智能一體化電源”的主功率部件為工頻UPS電源，從工頻UPS電源的使用特性分析，UPS與發(fā)電機(jī)功率配比選為1：2，那么125kVA功率的“智能一體化電源”選用250kVA的發(fā)電機(jī)供電較為合理。

2.4 輸出饋電柜

容量為125kVA的設(shè)備換算成電流計算方法如式(2)：

計算出其電流約為190A左右，所以選用200A的配電柜可以滿足其要求。

2.5 鉛酸蓄電池組

常用電池放電速率與放電時間對應(yīng)表如表1所示。

表1 放電速率與放電時間對應(yīng)表

125KVA“智能一體化電源”，續(xù)航30min，計算電池容量。

采用的計算方式為“恒功率”計算法，步驟如下：

（2）由（表1）后備時間查表得出電池放電速率為：1.66C。

（3）由放電速率及放電電流算出電池容量：

（注：125000為電源的功率，0.9為電源的輸出功率因數(shù)，0.5為主備機(jī)各帶一半用電負(fù)荷，12為12V鉛酸電池，32為32節(jié)電池組，0.91為逆變效率，1.66為鉛酸電池30min的放電速率。）

所以，單節(jié)電池容量要 ≥ 96.99Ah，故選擇32節(jié)12V、100Ah的電池。

3 供配電整體方案圖（圖1）

圖1 供配電整體方案

4 設(shè)備選擇

所有柜體采用2000mm高的標(biāo)準(zhǔn)柜體，冷軋鋼材質(zhì)，厚度不低于國標(biāo)，顏色統(tǒng)一為黑色，走線橋架為鋁質(zhì)材質(zhì)，板材厚度不低于2mm，尺寸按現(xiàn)場制作。

4.1 切換柜

采用施耐德400A的框架斷路器組成雙電源切換柜，實(shí)現(xiàn)自投自復(fù)、自投不自復(fù)、互為備份的功能。

4.2 不間斷電源

采用工頻雙轉(zhuǎn)換在線式12脈沖UPS電源。工頻雙轉(zhuǎn)換在線式UPS的特點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定、可靠；工頻UPS的輸入主要通過工頻整流濾波，其對惡劣供電環(huán)境的承受能力較強(qiáng)，不論市電好壞，都能夠穩(wěn)定可靠地工作，輸入電壓范圍可連續(xù)且非常地寬，且適合配接各種發(fā)電機(jī)，最適合于電力不穩(wěn)定的地區(qū)使用。從輸出電路來看，工頻UPS的輸出經(jīng)過隔離變壓器，負(fù)載與UPS之間的互相影響會非常小，對嚴(yán)酷負(fù)載條件的承受能力較強(qiáng)。

4.3 柴油發(fā)電機(jī)

選擇沃爾沃發(fā)動機(jī)+馬拉松發(fā)電機(jī)組合，主用功率250kVA，額定功率217kW，電啟動，直列六缸、水冷、四沖程、閉式循環(huán)水冷、每缸四氣門、廢氣渦輪增壓空氣中冷，直噴式燃油系統(tǒng)，具有水暖功能，保障冬天能順利啟動、運(yùn)行可靠，具備體積小的優(yōu)點(diǎn)。

4.4 配電輸出柜

采用GCS型交流380V、250A的低壓抽屜式輸出柜，具有方便維護(hù)、安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的原則。具有分?jǐn)唷⒔油芰Ω撸瑒臃€(wěn)定性好，電氣方案靈活，組合方便、實(shí)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)新穎、防護(hù)等級高等特點(diǎn)。

4.5 電池管理系統(tǒng)

監(jiān)測蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，測量單體電池電壓、極柱溫度、內(nèi)阻，將數(shù)據(jù)匯總上傳到管理平臺，實(shí)時顯示電池工作狀態(tài)，異常報警提示。

4.6 STS靜態(tài)開關(guān)

采用艾斯捷APS-3350系列靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，三相 380V 50A，切換時間≤6ms，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜尺寸。具有當(dāng)輸入電源低壓或超壓時，設(shè)備會自動轉(zhuǎn)向另一路電源；當(dāng)任一時刻，某一路市電斷電，自動切換到另一路正常電源，切換時間小于等于6ms。

4.7 智慧用電管理系統(tǒng)設(shè)計要求

選擇具有的實(shí)時電流、電壓數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)檢測及遠(yuǎn)程控制功能，對配電設(shè)備提供不間斷的保護(hù)和監(jiān)控，提高配電系統(tǒng)的自動化水平，實(shí)現(xiàn)智能化、自動化的管理；系統(tǒng)能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；所有實(shí)時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、指定時間或選擇查詢最近更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來；具有實(shí)時報警、實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實(shí)時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒的功能；具有歷史事件記錄存儲和管理功能，對歷史事件記錄進(jìn)行存儲和管理，能對事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析；具有統(tǒng)計報表功能，提供數(shù)據(jù)依據(jù)，對各回路進(jìn)行日、月運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計形成報表；具有手機(jī)短信報警功能，實(shí)時報警信息可以發(fā)送到指定的系統(tǒng)管理人員手機(jī)上，使得用戶能夠及時掌握現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，消除隱患；具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)可以發(fā)送到云端服務(wù)器，使得管理者能夠使用移動終端及時掌握現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，消除隱患。