淺談低壓配電系統的改造

李大盛

（作者單位：甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺）

甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺長期承擔甘肅省中短波轉播發射任務，臺站所處地理位置比較偏遠，供電系統介入的是農網。臺站目前處于建設初期，所有發射設備均未配置穩壓系統，后期由于外電電壓不穩定，導致臺站部分發射設備無法正常運行。

1 基本情況

1.1 負荷及等級容量說明

甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺采用一路10 kV高壓供電（高壓進線前端由當地供電部門負責設計），柴油發電機作為備用電源。

臺站前期設計總功率490 kW，設備使用功率為372.4 kW，工程屬于建筑行業廣播電視二類，其中一級用電負荷設備有中短波發射設備、消防系統設備、照明應急系統設備，容量約為124 kW；機房空調用電和鍋爐房用電按二級負荷考慮，容量為165 kW；其他用電負荷為三級負荷。工作/行政用電設備配備正泰電器股份有限公司JKF8智能型低壓無功功率自動補償控制器，低壓電容補償柜可補償容量為45 kvar，確保用電負載功率因數補償后≥0.9[1]。

1.2 10 kV高壓供電系統

采用一路10 kV高壓供電，10 kV高壓進線柜選用正泰電氣股份有限公司SF6氣體全絕緣全密封金屬封閉開關設備，型號為NG7-12F，額定電壓12 kV、額定電流630 A、額定頻率50 Hz、防護等級IP 4x/IP 67、額定短時工頻耐受電壓42 kV：額定雷電沖擊耐受電壓75 kV、額定短時耐受電流20/4kA/S、額定短路關合電流50 kA。

操作選用專用操作手柄，確認下門關好后，電磁鎖在打開狀態，將手柄插入閉鎖孔，逆時針轉動為閉鎖下門，鎖上電磁鎖，反之為解鎖。閉鎖狀態時，可以操作負荷開關，順時針轉動為合閘，反之為分閘。負荷開關與閉鎖孔之間有機械聯鎖，用于防止誤操作，如果遇到操作困難，不可強行操作，需要仔細檢查負荷開關狀態后，再執行解鎖操作。

1.3 電能計量方式選用

甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺采用高壓計量方式，計量柜安裝在10 kV電力網分口處，通過架空電纜、飛控高壓隔離開關和組合式互感器等進行有效的采樣，計量柜內元器件和計量儀表以當地供電部門確定的規格型號為準。

1.4 低壓配電系統

系統構成：選用一臺容量200 kVA，接線方式為Dyn11的干式變壓器為臺內電鍋爐供電；選用兩臺容量均為250 kVA干式電力變壓器，其中一臺為臺內中短波發射設備、辦公區域用電、消防報警系統、機房控制設備供電；另一臺為臺內職工宿舍、院內路燈、不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、門房、水泵房供電。這兩臺容量均為250 kVA干式電力變壓器可以獨立運行，帶各自母線段的負載，也可以通過微電腦綜合自投裝置，用一臺變壓器帶臺內所有用電負載，兩臺變壓器可互為主備，整套裝置設有電器連鎖與閉鎖，防誤操作[2]。

1.5 備用電源設計

臺站只有一路外電，備用電源選用一臺功率為300 kVA的柴油發電機（由于當地特殊環境因素，柴油發電機符合所有一、二級負荷的用電要求），柴油發電機具備自動啟動和手動啟動兩種功能，其自啟動信號取自1TM和2TM進線斷路器（當兩路斷路器均失電時，柴油發電機才能自啟動），備用電源斷路器母聯具備電氣鎖。

由于臺站所在地的外電源質量欠佳，原設計每臺發射機配備一臺相應功率的穩壓電源，進線電源經穩壓后供給發射機。穩壓器放置在機房大廳內，發射機配電柜放置在變配電室內；控制室不允許瞬間停電負荷，應采用UPS供電；對消防用電負荷有兩路電源配電，末端自投。

1.6 負載線路的敷設

本著供電可靠、維護操作方便、運行安全靈活、經濟合理的原則，低壓阻燃YJV電纜以放射式的方式配電。電纜通過配電室低壓出線柜引出后，再通過配電室到播出機房的地溝引至發射機、機房內其他用電設備。其他建筑物的配電線路采用阻燃YJV22鎧裝電纜，通過直埋穿線管引至集中供電墻體預埋配電箱內，進行電源分配。

1.7 設備選型及布置

臺站所選用高低壓配電設備均滿足高海拔臺站的使用要求。配電室高壓進線柜、高壓計量柜、高壓出線柜、變壓器（選用一臺容量為200 kVA，接線方式為Dyn11的干式變壓器為臺內電鍋爐供電；選用兩臺容量均為250 kVA，接線方式為Dyn11的干式變壓器為臺內工作和行政負荷供電），低壓進線柜、低壓計量柜（實際未安裝）、電容補償柜、ATS柜、低壓出線柜（GCS型抽屜式開關柜）等設備，均選用正泰電氣股份有限公司配電設備，高壓配電設備和低壓配電設備合理排布在配電室兩側，低壓配電系統采用TN-S接線方式。

1.8 電容補償情況

因中短波發射設備負荷功率因數高于0.9，故1號變壓器母線段不需要設置無功補償裝置，2號變壓所帶負載母線段功率因數小于0.9，只有0.86，所以集中對2號變壓器負載母線段進行無功補償，電容補償裝置容量為45 kvar，補償后確保功率因數大于0.9。

1.9 防雷接地

甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺的發射機房按二類防雷考慮，發射機房接地電阻應＜1 Ω；職工宿舍、門房、水泵房建筑按三類防雷考慮，避雷接地、保護接地、工作接地共用一個接地裝置，接地電阻應＜4 Ω，實測不滿足要求時，應增設人工接地體[3]。在所有建筑物的屋頂敷設避雷帶，引下線主要是利用建筑物結構柱內的兩根主鋼筋。此外，避雷帶必須實現可靠焊接。

在配電室內設等電位盤做局部等電位連接，配電室和柴油發電機房內沿墻或電纜溝敷設寬度為4 cm、厚度為4 mm的鍍鋅扁鋼，熱鍍鋅扁鋼與建筑物基礎及電位盤最少要有兩個可靠連接點，所有進出建筑物的電纜金屬外皮和金屬管道均應可靠接地。

1.10 防雷措施

防直擊雷：在發射機房的屋面上設置面積不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷接閃器，防雷引下線主要是利用結構柱內主鋼筋，主鋼筋與接地裝置可靠焊接，引下線距離應＜18 m。值班員宿舍的屋面設面積為20 m×20 m或24 m×16雷帶接閃器，利用結構柱內主鋼筋作防雷引下線，引下線距離≤25 m。

防感應雷和雷電波侵入措施：低壓配電進線柜設過電壓保護器，室外配電回路SPD浪涌保護器，在各配電和分箱處設置相應的浪涌保護器。電源電纜在進入水泵房和門房處需要重復接地，接地電阻值要求≤10 Ω。

2 存在的問題

長期統計數據顯示，從變壓器輸出端電壓波動范圍為390～520 V。甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺經過多次和當地供電部門專業技術人員溝通，技術人員先后多次來臺實地了解情況，檢查變壓器和供電設備，但高電壓問題始終未能得到解決，最終，供電部門技術人員給出的解釋是，臺站10 kV供電系統接入的是農網，在這條主供電線路上有640戶光伏發電用戶，是造成臺站白天電壓升高且波動較大（夏季天氣晴朗時，電壓波動尤為明顯），夜間電壓趨于穩定的一個主要原因，電壓升高時段集中在每天9點至18點。

3 維修改造的必要性

根據目前臺站運行的實際情況，臺站市電輸入端的電壓因光伏發電等因素的影響，供電環境波動比較大，造成臺站大部分設備無法正常使用。改造后，一方面將有效地保障臺站發射設備的正常運行，保證信號安全播出；另一方面可以保證生活用電設備的正常使用。

4 維修改造方案

4.1 改造方案一

將低壓端電壓穩定在臺站內設備穩定運行的電壓范圍內，同時確保重要負荷（控制設備、發射機設備、預警系統供電等）不停電。臺站內的中短波發射機設備也由UPS供電，響應國家廣電總局第62號令，真正實現“零停播”。

此方案改造需在原3路低壓進線柜的前端都相應地增加一套大型穩壓設備（安裝在配電室，從1號、2號、3號變壓器次級輸出的電壓直接通過大型穩壓設備穩壓后輸出，然后通過配電室低壓裝置給各負載供電），增加后可確保供給后端負荷的電壓穩定在380 V±3%。由于供電電網的電壓長期偏高，正常的一般穩壓器無法勝任此環境，為此考慮選擇一款集防雷、抑制浪涌、隔離、高電壓降壓為一體的穩壓設備。

此隔穩一體機應具備基本的顯示功能、實時記錄功能（支持U盤導出）、具備RS485和RJ45接口（可遠程監測一體機運行參數）、CPU數字式控制系統、回中功能、無級調整（采用滾針軸承）功能（見圖1）。

圖1 隔穩一體機拓撲圖

其容量根據前端1、2、3號變壓器容量配置，容量為250 kVA、250 kVA、200 kVA。

當市電電壓為520 V時，隔穩一體機的輸入電壓范圍為360～540 V，此時隔穩一體機的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負荷正常的工作需求。

當市電電壓為390 V時，隔穩一體機的輸入電壓范圍為360～540 V，此時隔穩一體機的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負荷正常的工作需求。

當市電電壓為380 V時，隔穩一體機的輸入電壓范圍為360～540 V，此時隔穩一體機的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負荷正常的工作需求（見圖2）。

圖2 改造后配電系統流程圖

該一體機在控制電路中加裝高頻濾波器，能夠避免傳導性電磁干擾，也能有效地避免電網波形畸變或高頻干擾情況下，由于取樣出錯造成穩壓器失誤的問題，而控制系統實行數字式的有效值采樣顯示，有效地克服了“失控”和“失真”現象[4]。

此方案優缺點分析：通過本方案改造可有效保障臺站的設備供電環境，提高設備的使用效率，為安全播出提供有力保障，但改造費用較高。如果條件允許，臺站內可增加一套智慧用電管理系統，對配電系統內各單元進行監測管理。

4.2 改造方案二

臺站配電設備全部安裝到位并已投入運行，原設計圖紙中的穩壓電源未提供，實際只提供了兩組100 kVA的UPS。如何將UPS代替穩壓電源接入配電系統中并投入使用是急需思考的問題。原有低壓配電設備功能不全，所有出線回路均被占用，沒有留下備用及應急回路，且回路容量較小，無法給UPS提供輸入電源。

臺站安裝的在線式不間斷電源系統型號為P10000/100 kVA，交流輸入3/N/PE 380 VAC 151A/50 Hz，交流輸出3/N/PE 380 VAC 121A/50 Hz，直流輸入432 V/231 A。

（1）根據實際情況，結合圖紙設計理念，原設計圖紙穩壓電源帶了10部2 kW的短波發射機，8部1 kW的中波發射機，且低壓出線電纜已接完畢。為減少電纜成本和施工成本，筆者計劃將新增兩臺GCS低壓配電柜放置于機房UPS電源柜旁，調整發射機和控制室電源改動到新配電柜中，便于機房檢修和維護，新增配電柜雙電源兩路電纜分別取自配電室A02號柜和A04號柜頂母線。

（2）實際10部2 kW短波發射機，每部能耗功率為5 kW，共計50 kW；8部1 kW中波機，每部能耗功率為3 kW，共計24 kW；控制室負荷功率5 kW，所有負荷總計為79 kW。現場100 kVA的UPS功率因數80%，有功功率為80 kW，減去高原降容標準，實際功率為70 kW；UPS最佳運行狀態為實際功率的80%，則70 kW×80%＝56 kW，按此計算一組UPS不能帶所有負荷，建議兩組并機使用，合計112 kW可帶所有負荷[5]。

（3）因兩組UPS并機使用，需要將原控制室電源線路調整到新設備中，由UPS來帶。

（4）改造方法：增加一臺雙電源切換裝置，將工藝用電變壓器電源作為常用電源，將行政用電變壓器電源作為備用電源，兩路電源實現自動切換，機械互鎖安全可靠，防止并列運行，形成主備切換，實現電源切換自動化功能。

在雙電源下端增加UPS分路斷路器和備用斷路器，再從UPS引入加裝并機斷路器和出線分配回路，增加重要負荷出線回路在機房分配。

用YJV-3×70+2的兩根電纜分別從A02號和A04號柜的柜頂母線銅排處并接至新增1P配電柜的雙電源兩側，并在新增1P柜增加保護兩路電纜的斷路器。

用YJV-3×35+2的兩根電纜，分別從新增1P配電柜的兩路出線開關，接至兩臺UPS輸入端。

用YJV-3×35+2的兩根電纜，分別從兩臺UPS輸出端，接至新增1P配電柜的輸出負荷進線端。

用YJV-3×35+2的兩根電纜，分別從新增1P配電柜的輸出負荷輸出端，接至新增2P出線柜的進線母線端。

將10部短波發射機電源電纜改接到新增低壓出線柜的短波設備出線端，將8部中波發射機電源電纜改接到新增低壓出線柜的中波設備出線端，將控制室電源電纜改接到新增2P出線柜的備用中波設備出線端。

制作新配電柜基礎，就位新配電柜、連接新電纜，核準相序，調試UPS并機。

（5）需要材料：2臺GCS低壓配電柜；2根電纜YJV-1kV-3×702+2×352共計70 m；6根電纜YJV-1kV-3×352+2×162共計50 m；接線銅鼻子702 mm12個、352 mm44個、162 mm24個；電纜附件16套；配電柜基礎1套；輔材1套。

本方案優缺點分析：按照此方案進行改造，可有效提高臺站現有設備（UPS）的使用效率，減少改造成本，保證臺里的發射設備正常運行，確保信號安全播出。

針對甘肅省廣播電視局無線傳輸中心卓尼廣播轉播臺目前的供電現狀和存在的問題，本文提出以上兩種低壓配電系統的設計改造方案，以期能更好地保障臺站的廣播電視節目實現高效、優質、安全傳播。