中波發射臺低壓供配電系統智能化改造分析

袁宏潤

（作者單位：云南省廣播電視局楚雄692臺）

目前，我國中波發射臺傳統低壓供配電系統自身的設備配置相對簡單，且相關設備需要進行手動操作，耗資巨大且難以實現不間斷供電的目標，導致中波發射臺的停播率較高[1]。為此，可在現有供電設備基礎上對低壓供配電系統進行智能化改造，在節約投入經費的同時，實現對相關供配電問題的有效解決，盡可能減少停播情況[2]。本文主要闡述智能化改造的設計思路，提出具體的改造方案，在原有供電設備基礎上進行應急供電裝置改造，并新增供電設備，利用智能監管平臺進行實時動態監督，以實現不間斷供電的改造目的，滿足“不停播”要求。

1 傳統低壓供配電系統及問題分析

通常情況下，中波發射臺傳統低壓供配電系統內包含兩組10 kV的電源，兩組電源之間可實現有效連接，通過機械控制手段實現對供配電系統的有效操控。之后在系統中引入高壓電源，將其分別接入兩組315 kVA的變壓器柜之中。由此將10 kV的電源轉變為0.4 kV的電壓，從而實現高壓向低壓的轉變[3]。最后，再利用開關設備將轉化后的低電壓傳輸到各設備室之中。

對于傳統低壓供配電系統而言，主要在如下幾個方面容易出現問題：第一，因供配電設備老舊程度較高，一旦出現配件的嚴重磨損，更換難度較高，加上購買的配件難以保證其沒有缺陷，導致配件的更換難上加難；第二，因供電設備使用年限長，導致其性能閾值相對較小，一旦出現電力負荷突然增加的情況，極易引發跳閘，從而對供配電系統的運行穩定性造成影響[4]；第三，傳統供配電系統中的開關數量較多，存在各路開關功率分配不均衡的情況，從而對開關負荷提出更高的要求，同樣容易引發跳閘事故。

2 中波發射臺低壓供配電系統智能化改造的設計思路

以某中波發射臺的低壓供配電系統為例，該系統中的原有設備包括一臺100 kVA的穩壓器，100 A和300 A的配電柜各一臺，一臺柴油發電和部分開關器件。在對低壓供配電系統進行智能化改造的設計過程中，應盡量采用大容量的電池保證10 min以上的供電時間，從而解決因間斷或切換供電導致的停播問題，同時減少柴油發電機的長時間運轉。在考慮經濟性問題的基礎上，為實現不間斷供電的目標，可以將蓄電池逆變供電僅作為市電斷電或柴油發電機啟動中間過程的供電使用，屬于一種供電過渡保障[5]。

3 中波發射臺低壓供配電系統智能化改造方案

3.1 設備與器件的選型及應用

改造前的低壓供配電系統如圖1所示，其中TM代表電力變壓器、C代表電容器、QS1、QS2、QS3代表隔離開關，SH1、SH2、SH3、SH4、SH5、SH6為手動控制開關，而K1、K2、K3與S1、S2、S3、S4代表不同配電柜中的開關編號，僅作區分，并無特殊含義。圖2為改造后的供配電系統框圖，其中TM代表電力變壓器、C代表電容器、QS1、QS2、QS3代表隔離開關，而 K1、K2、K3與S1、S2、S3、S4、S5、S6代表不同配電柜中的開關編號，僅作區分，并無特殊含義。所設計的一體化“智能電源”主要包括無觸點穩壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、防雷隔離變壓器、低壓配電、雙電源自動轉換開關（Automatiac Transfer Switch，ATS）、機柜、電池組及開關器件。其中相關開關器件可對原有開關進行再利用。

圖1 改造前系統框圖

圖2 改造后系統框圖

（1）無觸點穩壓器：型號選擇為SBW（W）-100 kVA的干式無觸點調壓式穩壓器，其采用能夠實現數字信號處理技術（Digital Signal Processing，DSP）的芯片控制，具有校正有效值、快速補償穩壓、電流過零切換等先進技術，將快速穩壓、智能儀表以及故障診斷等功能集于一體，具有較高的輸出電壓精度，有助于供配電系統的高效和安全運行。

（2）UPS電源：對于UPS電源而言，選用的是SF-GD-3380型號，其標準電壓為480 VDC，容量達到80 kVA。該型號為雙變換在線式UPS，具有較高的輸出穩定性，且具有較強的瞬時響應能力，適用于感性負載及非線性負載。同時，其能夠在切換時間為0時實現持續供電。分析該型號UPS的技術特點，基于數字處理器，利用專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC） 控 制技術和瞬時波形控制技術，能夠有效解決輸出電壓失真的情況，使電源的可靠性和抗干擾性得到顯著提升。此外，該型號UPS還具有過高壓和短路保護等功能，能夠很好地滿足中波發射臺不間斷供電的需求。

（3）低壓配電：系統改造中選用SF-PDG型號的低壓配電單元。可依照中波發射臺的真實需求情況對其進行改造加工及安裝；同時，還可以采用鍍鋅鋼特制機柜，以此達到更高的防護等級。

3.2 容量計算

3.2.1 UPS容量計算

計算之前先對中波發射臺供配電系統的實際運行情況進行了解，對節目轉播的情況進行分析，確定其發射功率在10 kW。具體負載包括發射機20 kW，以及信源、控制臺、照明、空調等其他用電，共為12 kW。因UPS的延時不小于30 min，為此對于前端隔離變壓器和穩壓器要依照2.5倍取值，確保效率可以達到80%以上。由此同時轉播兩套節目時，對2臺中波發射臺的總耗電功率進行計算，總耗電功率為（10×2×2.5）/0.8=62.5 kVA。負載為12/0.8=15 kVA。二者相加得到總容量為77.5 kVA。所以在對UPS電源進行配置的過程中應確定其容量為80 kVA。

3.2.2 電池容量及數量計算

電池容量計算公式為容量=主機功率×功率因數/UPS直流電壓×延時時間。由此將上述計算得到的UPS容量80 kVA代入其中，計算出的電池容量為66.67 AH。為此，選用100 AH的蓄電池，電池數量為480 V/12 V=40節。因UPS的標稱容量是80 kVA，電壓為480 VDC，通過計算確定ATS選用250 A。在配置穩壓器和隔離變壓器的過程中，選用100 kVA，單體容量為12 V 100 AH的40節蓄電池。但考慮目前容量仍相對較大，改造后的電池工作時間也要超過1 h，需要對空調等其他用電設備的使用嚴加控制。而從經濟性角度考慮，改造更適合采用12 V 65 AH的電池。此外，將原有的PDG-100 A配電柜和SBW（S）-GD-100 kVA穩壓器作為獨立的應急式供電模式，不僅能夠使原有設備得到合理利用，而且提供了更為有力的供電保障。

4 構建智能化監管平臺

在完成對中波發射臺低壓供配電系統的智能化改造后，還可以搭建智能化監管平臺，對供配電系統的運行進行實時的動態監測，以確保系統的可靠運行。

智能監管平臺共分為兩部分：一是設置在各中波發射臺的自控系統，負責對上級下發的命令進行執行，并對本中波發射臺的供配電系統運行數據進行采集；二是在核心機房所設置的監控管理系統，負責對各中波發射臺供配電系統的運行狀態進行動態監控。該平臺借助虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）實現上述兩大組成部分間的連接，并借助模型-視圖-控制器（Model-View- Controller，MVC）模式展開平臺設計，利用Spring開發后端程序。智能監管平臺主要采用遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）框架，注重對遠程調用的設計，采用JDK動態代理實現對同一類所有方法的全部代理。同時利用ZooKeeper對請求地址進行存儲，并轉交給調用方。通信協議采用傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP），在保證通信性能穩定、可靠的同時，利用Protocol Buffers作為序列化方案，最終實現對遠程調用中對象問題的解決。

5 結語

對于中波發射臺供配電系統的智能化改造，本文結合實際情況和需求，提出設計思路和方案，在盡量降低資金投入成本的基礎上，最大限度地減少中波發射臺的停播情況，從而更好地滿足相關規范標準。在所設計的系統正式投入使用后，中波發射臺的停播率有了明顯降低，達到《廣播電視發射臺運行維護規程》中的年度運行指標規定，因供配電問題所造成的停播事件顯著減少。在保證低壓供配電系統正常運行的同時，節省了勞動成本投入，避免人為操作事故。無論是在經濟方面，還是在社會方面，所提出的改造方案均取得十分不錯的效益。