無人值守微波站的供電系統(tǒng)

趙培瑞

（山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)，山東 煙臺(tái) 265200）

0 引 言

為滿足微波鏈路視距傳播的技術(shù)要求，微波站經(jīng)常建設(shè)在山頂，人煙稀少、條件艱苦、交通不便。因此，無人值守成為微波站的常規(guī)建設(shè)要求。在無人值守的情況下，要實(shí)現(xiàn)微波設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)行，確保鏈路暢通，對系統(tǒng)軟配置、運(yùn)維管理、檢修維護(hù)以及供配電等方面都提出了更高的要求[1]。2022 年，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)根據(jù)上級的統(tǒng)一安排，對所屬北官莊和跑馬嶺2 處微波站進(jìn)行了升級改造，并結(jié)合工作實(shí)際，科學(xué)維護(hù)設(shè)備設(shè)施，在長期的工作中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)如下，希望能為相關(guān)技術(shù)人員開展微波傳輸業(yè)務(wù)提供參考。

1 微波設(shè)備簡介

微波設(shè)備采用日本電氣股份有限公司（NEC）產(chǎn)品，單方向開啟3 波道進(jìn)行站間傳輸，其中2 路為“1+1”熱備份配置，發(fā)射主要業(yè)務(wù)，承載多路電視和廣播信號。另一路傳遞站間業(yè)務(wù)，包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控等。微波設(shè)備功率較小，無高電壓大電流節(jié)點(diǎn)，在日常工作中能夠長期保持穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

2 供電系統(tǒng)分析

2.1 微波直流電源柜

2019 年，對原直流電源柜進(jìn)行了報(bào)廢處理，選用了維諦電源柜為微波設(shè)備及交換機(jī)供電。該電源系統(tǒng)的性能優(yōu)良，適合無人值守站的工作環(huán)境，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)[3]。

（1）整流模塊性能先進(jìn)。整流模塊集成度高，在體積大幅減小的同時(shí)，充分滿足了微波設(shè)備所需功率，功率密度大；模塊采用有源功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，功率因數(shù)可達(dá)0.99，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電能和降低碳排放的目標(biāo)；模塊支持熱插拔，發(fā)生故障時(shí)可以快速更換模塊，便于檢修維護(hù)人員進(jìn)行操作；模塊設(shè)有輸出過壓硬件保護(hù)和軟件保護(hù)功能，能夠防止出現(xiàn)模塊和微波設(shè)備損壞。

（2）該電源設(shè)備提供較為完善的通信接口，包括RS232、干節(jié)點(diǎn)等多種通信接口，可以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)通過RS232通信接口，外接協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將外電數(shù)據(jù)、直流電源數(shù)據(jù)、電池信息、告警信息等實(shí)時(shí)回傳至發(fā)射臺(tái)機(jī)房，方便值班人員監(jiān)看抄表。

（3）具有完善的電池管理功能。自動(dòng)檢測電池電壓，達(dá)到闕值自動(dòng)保護(hù)，甩開指定的負(fù)載，防止過度放電損傷電池。具備定時(shí)均充功能，定期為電池進(jìn)行均充，保持電池性能。山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)將均充電壓設(shè)置為56 V，浮充電壓設(shè)置為53.5 V。此外，具備放電試驗(yàn)功能，便于維護(hù)人員掌握電池工作狀態(tài)。

（4）具有完備的監(jiān)測、故障保護(hù)和故障告警功能。監(jiān)控單元設(shè)有多個(gè)監(jiān)測端子，對關(guān)鍵觸點(diǎn)和環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。可以保存200 條歷史告警記錄，便于維護(hù)人員了解詳情，分析原因并解決故障問題。

（5）具備完善的防雷功能。在交流側(cè)和直流側(cè)都采用了防雷設(shè)計(jì)，避免雷擊對電源柜造成損害，提高了雷電環(huán)境下的生存率，保障了供電安全。

2.2 大容量蓄電池組

高山無人值守微波站受實(shí)際工作環(huán)境限制，架設(shè)2 條外電線路成本過高，而單條外電線路則容易斷電，尤其是在雨雪冰凍雷電環(huán)境下，且一旦斷電難以修復(fù)，微波設(shè)備將面臨長時(shí)間停電導(dǎo)致鏈路停傳的境況。因此，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)跑馬嶺微波站使用1 000 Ah 容量的蓄電池組為微波設(shè)備提供后備電源。1 000 Ah 電池組由2 組500 Ah蓄電池并聯(lián)而成，單節(jié)蓄電池容量為500 Ah，電壓為2.2 V 左右，是免維護(hù)鉛酸蓄電池。當(dāng)外電中斷時(shí)，微波設(shè)備無縫切換到蓄電池組供電。在3 對波道同時(shí)開啟的情況下，蓄電池組能夠維持微波設(shè)備正常運(yùn)行30 h 以上，為臺(tái)站組織維護(hù)人員及時(shí)上山采取應(yīng)急措施預(yù)留了充足的時(shí)間。

由于溫度變化對蓄電池組的影響較大，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)在蓄電池室內(nèi)安裝了空調(diào)，并加裝了空調(diào)來電自啟動(dòng)器。停電時(shí)，空調(diào)關(guān)閉，當(dāng)恢復(fù)供電時(shí)，啟動(dòng)器能對空調(diào)發(fā)出控制指令，使空調(diào)按照設(shè)定好的溫度和模式運(yùn)行[4]。

每次進(jìn)入蓄電池室進(jìn)行檢修工作時(shí)，要先開窗進(jìn)行一段時(shí)間的通風(fēng)，將電池組釋放的有毒氣體排出，防止人員過量吸入影響身體健康。

2.3 雙電源切換配電盤及備用發(fā)電機(jī)

雖然安裝了大容量蓄電池組，但是如果停電時(shí)間過長，2 組蓄電池也會(huì)耗盡。為了排除外界天氣等因素的影響，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)在跑馬嶺配備了一臺(tái)12 kW 柴油靜音三相發(fā)電機(jī)，將發(fā)電機(jī)輸出電纜鋪設(shè)到機(jī)房，并制作了一個(gè)新的配電盤，能夠?qū)崿F(xiàn)雙電源切換功能，使微波設(shè)備供電可以在市電與發(fā)電機(jī)供電之間自由切換，確保微波設(shè)備的正常運(yùn)行。即使在大雪封山季節(jié)發(fā)生長時(shí)間的停電事故，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)維護(hù)人員也能徒步登山到微波機(jī)房啟動(dòng)發(fā)電機(jī)給設(shè)備供電。

3 供電系統(tǒng)的升級改造及維護(hù)

為確保微波設(shè)備供電安全萬無一失，保障傳輸鏈路暢通，在硬件設(shè)備配置完善的基礎(chǔ)上，要重視供電系統(tǒng)的及時(shí)更新升級和日常檢修維護(hù)，使供電系統(tǒng)更加可靠、穩(wěn)定。近年來，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)采取了諸多措施，以優(yōu)化供電系統(tǒng)的性能，更好地適應(yīng)無人值守環(huán)境下的微波設(shè)備運(yùn)行。

3.1 改造微波直流電源柜

山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)根據(jù)接入的各種設(shè)備的工作電流，計(jì)算相應(yīng)的保險(xiǎn)和空開電流數(shù)值，并按數(shù)值更換，使保險(xiǎn)和空開切實(shí)起到保護(hù)作用。同時(shí)，將微波直流電源柜的一次負(fù)載和二次負(fù)載按照工作實(shí)際做了更改，將主要設(shè)備、線路交換機(jī)等集中到二次負(fù)載下電電路，將不直接涉及鏈路傳輸?shù)脑O(shè)備集中到一次負(fù)載下電電路。調(diào)整后，當(dāng)長時(shí)間停電，電池電壓下降到44 V 時(shí)，甩開一次負(fù)載，保證鏈路不中斷。當(dāng)電池電壓下降到43.2 V 時(shí)，甩開二次負(fù)載，進(jìn)入電池保護(hù)狀態(tài)。這樣可以最大限度利用蓄電池組的續(xù)航能力，保障微波設(shè)備的供電安全。微波直流電源柜流單元和監(jiān)控單元如圖1 所示。

圖1 微波直流電源柜直流單元和監(jiān)控單元

電池端傳感器將蓄電池組電壓發(fā)送至監(jiān)控單元M520S，監(jiān)控單元對照預(yù)設(shè)電壓門限值進(jìn)行判斷，當(dāng)電池組電壓低于44 V 時(shí)，輸出相應(yīng)電平，控制KMD2負(fù)載下電接觸器執(zhí)行斷開操作，甩開直流保險(xiǎn)1 ～5以及直流空開7，這樣負(fù)載支路連接的一次負(fù)載全部退出供電回路。當(dāng)電池組電壓低于43.2 V 時(shí)，監(jiān)控單元M520S 輸出相應(yīng)電平，控制KMD1電池保護(hù)接觸器執(zhí)行斷開操作，甩開直流空開1 ～6，這樣電池支路連接的二次負(fù)載全部退出供電回路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電池的目的。

在調(diào)整直流電源柜的過程中，由于檢修時(shí)間較短且空間場地限制，無法從蓄電池組端斷開連接線纜，在進(jìn)行保險(xiǎn)和空開拆卸換位的過程中容易發(fā)生打火。這就要求在操作時(shí)必須嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，科學(xué)設(shè)計(jì)操作流程，防止微波及相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)異常，具體實(shí)施過程如下：

（1）做好調(diào)整升級準(zhǔn)備工作，備齊所需材料工具，明確操作流程，制定應(yīng)急預(yù)案；

（2）告知鏈路首站，協(xié)調(diào)上下游臺(tái)站切換微波信號源，開始操作；

（3）嚴(yán)格按照操作流程，拔下微波設(shè)備馬爾可夫決策過程（Markov Decision Process，MDP）單元主、備電源插頭，微波設(shè)備停止運(yùn)行；

（4）關(guān)閉線路交換機(jī)，先關(guān)閉備堆疊交換機(jī)，再關(guān)閉主堆疊交換機(jī)，主備交換機(jī)通過STACK 指示燈識(shí)別；

（5）關(guān)閉直流電源柜下方一路交流電輸入空開，電源柜自動(dòng)轉(zhuǎn)成蓄電池供電；

（6）用插拔手柄拆下微波直流電源柜負(fù)載支路中的全部保險(xiǎn)，關(guān)閉全部空開；

（7）安裝新空開及保險(xiǎn)，按照一次下電和二次下電要求，將負(fù)載接入相應(yīng)回路；

（8）安裝完畢后，確認(rèn)線纜連接穩(wěn)固，并貼好標(biāo)簽，便于后期維護(hù)；

（9）合上直流供電回路中的全部空開，蓄電池組供電應(yīng)當(dāng)恢復(fù)；

（10）連接MDP 單元主、備電源插頭，微波設(shè)備恢復(fù)供電；

（11）合上直流電源柜下方交流電輸入空開，直流電源柜外電恢復(fù)，交流電經(jīng)整流模塊為負(fù)載供電；

（12）現(xiàn)場查看微波直流電源柜、微波機(jī)架各板卡、交換機(jī)指示燈有無告警，并用網(wǎng)管進(jìn)一步查看，詢問上下游相鄰臺(tái)站信號是否正常；

（13）用微波公務(wù)向鏈路首站報(bào)告。

3.2 配電盤改造

為實(shí)現(xiàn)長時(shí)間停電情況下的微波設(shè)備正常運(yùn)行，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)對微波配電盤進(jìn)行了改造，將備用發(fā)電機(jī)接入供電回路，實(shí)現(xiàn)緊急狀態(tài)下的雙電源供電。具體電路如圖2 所示。

圖2 雙電源切換配電盤電路

K1、K2是塑料外殼式斷路器，一般在供配電電路中使用，也可以用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)。正常情況下，斷路器可以實(shí)現(xiàn)線路之間的不經(jīng)常轉(zhuǎn)換，或者用于控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉。因此，在配電網(wǎng)絡(luò)中，斷路器常用來分配電能或者為電路和下游設(shè)備提供欠壓、過壓、短路保護(hù)。K3、K4、K6、K7是4P 的空氣開關(guān)。

K5是三相四線防誤式刀開關(guān)，用于控制市電與發(fā)電機(jī)供電的倒換。防誤開關(guān)是在有備用電源下防止備用電源和主電源互通的刀開關(guān)。負(fù)載連接中間的閘刀上，主電源和備用電源分別接到該開關(guān)上、下兩端的卡簧柱上。

一般情況下，配電盤處于市電供電狀態(tài)，當(dāng)外電出現(xiàn)長時(shí)間中斷，蓄電池電量不足時(shí)，開啟發(fā)電機(jī)，操作配電盤上的相應(yīng)開關(guān)，轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)供電。需要注意的是，在開啟發(fā)電機(jī)時(shí)，一定要提前開窗，開啟排氣扇，保持通風(fēng)良好。

3.3 蓄電池維護(hù)

為保證蓄電池組的性能，盡量延長其使用壽命，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)每年對蓄電池組進(jìn)行放電試驗(yàn)。考慮溫度變化對電池的影響，放電試驗(yàn)安排在每年春季和秋季進(jìn)行，具體日期的確定要充分考慮重要保障期時(shí)間，重大會(huì)議和活動(dòng)前一個(gè)月內(nèi)不安排放電試驗(yàn)，避免發(fā)生人為責(zé)任事故。放電時(shí)間根據(jù)設(shè)備工作電流和蓄電池組容量確定，以跑馬嶺站為例，一般要持續(xù)放電10 h 以上[5]。

4 結(jié) 論

通過不斷完善微波站供電系統(tǒng)的硬件配置，科學(xué)檢修維護(hù)設(shè)備設(shè)施，山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)無人值守微波站長年保持穩(wěn)定運(yùn)行，從未發(fā)生因供電設(shè)備故障、外電中斷等因素造成的停播停傳事件，充分證明了山東省廣播電視傳輸保障中心萊陽轉(zhuǎn)播臺(tái)所采取相關(guān)技術(shù)措施的有效性，切實(shí)為鏈路的安全可靠傳輸提供了堅(jiān)強(qiáng)保障。