淺談低壓配電系統(tǒng)的改造

李大盛

（作者單位：甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)）

甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)長(zhǎng)期承擔(dān)甘肅省中短波轉(zhuǎn)播發(fā)射任務(wù)，臺(tái)站所處地理位置比較偏遠(yuǎn)，供電系統(tǒng)介入的是農(nóng)網(wǎng)。臺(tái)站目前處于建設(shè)初期，所有發(fā)射設(shè)備均未配置穩(wěn)壓系統(tǒng)，后期由于外電電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致臺(tái)站部分發(fā)射設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。

1 基本情況

1.1 負(fù)荷及等級(jí)容量說(shuō)明

甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)采用一路10 kV高壓供電（高壓進(jìn)線前端由當(dāng)?shù)毓╇姴块T負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)），柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。

臺(tái)站前期設(shè)計(jì)總功率490 kW，設(shè)備使用功率為372.4 kW，工程屬于建筑行業(yè)廣播電視二類，其中一級(jí)用電負(fù)荷設(shè)備有中短波發(fā)射設(shè)備、消防系統(tǒng)設(shè)備、照明應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)備，容量約為124 kW；機(jī)房空調(diào)用電和鍋爐房用電按二級(jí)負(fù)荷考慮，容量為165 kW；其他用電負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。工作/行政用電設(shè)備配備正泰電器股份有限公司JKF8智能型低壓無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器，低壓電容補(bǔ)償柜可補(bǔ)償容量為45 kvar，確保用電負(fù)載功率因數(shù)補(bǔ)償后≥0.9[1]。

1.2 10 kV高壓供電系統(tǒng)

采用一路10 kV高壓供電，10 kV高壓進(jìn)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(guān)設(shè)備，型號(hào)為NG7-12F，額定電壓12 kV、額定電流630 A、額定頻率50 Hz、防護(hù)等級(jí)IP 4x/IP 67、額定短時(shí)工頻耐受電壓42 kV：額定雷電沖擊耐受電壓75 kV、額定短時(shí)耐受電流20/4kA/S、額定短路關(guān)合電流50 kA。

操作選用專用操作手柄，確認(rèn)下門關(guān)好后，電磁鎖在打開狀態(tài)，將手柄插入閉鎖孔，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為閉鎖下門，鎖上電磁鎖，反之為解鎖。閉鎖狀態(tài)時(shí)，可以操作負(fù)荷開關(guān)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為合閘，反之為分閘。負(fù)荷開關(guān)與閉鎖孔之間有機(jī)械聯(lián)鎖，用于防止誤操作，如果遇到操作困難，不可強(qiáng)行操作，需要仔細(xì)檢查負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)后，再執(zhí)行解鎖操作。

1.3 電能計(jì)量方式選用

甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)采用高壓計(jì)量方式，計(jì)量柜安裝在10 kV電力網(wǎng)分口處，通過(guò)架空電纜、飛控高壓隔離開關(guān)和組合式互感器等進(jìn)行有效的采樣，計(jì)量柜內(nèi)元器件和計(jì)量?jī)x表以當(dāng)?shù)毓╇姴块T確定的規(guī)格型號(hào)為準(zhǔn)。

1.4 低壓配電系統(tǒng)

系統(tǒng)構(gòu)成：選用一臺(tái)容量200 kVA，接線方式為Dyn11的干式變壓器為臺(tái)內(nèi)電鍋爐供電；選用兩臺(tái)容量均為250 kVA干式電力變壓器，其中一臺(tái)為臺(tái)內(nèi)中短波發(fā)射設(shè)備、辦公區(qū)域用電、消防報(bào)警系統(tǒng)、機(jī)房控制設(shè)備供電；另一臺(tái)為臺(tái)內(nèi)職工宿舍、院內(nèi)路燈、不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、門房、水泵房供電。這兩臺(tái)容量均為250 kVA干式電力變壓器可以獨(dú)立運(yùn)行，帶各自母線段的負(fù)載，也可以通過(guò)微電腦綜合自投裝置，用一臺(tái)變壓器帶臺(tái)內(nèi)所有用電負(fù)載，兩臺(tái)變壓器可互為主備，整套裝置設(shè)有電器連鎖與閉鎖，防誤操作[2]。

1.5 備用電源設(shè)計(jì)

臺(tái)站只有一路外電，備用電源選用一臺(tái)功率為300 kVA的柴油發(fā)電機(jī)（由于當(dāng)?shù)靥厥猸h(huán)境因素，柴油發(fā)電機(jī)符合所有一、二級(jí)負(fù)荷的用電要求），柴油發(fā)電機(jī)具備自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)兩種功能，其自啟動(dòng)信號(hào)取自1TM和2TM進(jìn)線斷路器（當(dāng)兩路斷路器均失電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)才能自啟動(dòng)），備用電源斷路器母聯(lián)具備電氣鎖。

由于臺(tái)站所在地的外電源質(zhì)量欠佳，原設(shè)計(jì)每臺(tái)發(fā)射機(jī)配備一臺(tái)相應(yīng)功率的穩(wěn)壓電源，進(jìn)線電源經(jīng)穩(wěn)壓后供給發(fā)射機(jī)。穩(wěn)壓器放置在機(jī)房大廳內(nèi)，發(fā)射機(jī)配電柜放置在變配電室內(nèi)；控制室不允許瞬間停電負(fù)荷，應(yīng)采用UPS供電；對(duì)消防用電負(fù)荷有兩路電源配電，末端自投。

1.6 負(fù)載線路的敷設(shè)

本著供電可靠、維護(hù)操作方便、運(yùn)行安全靈活、經(jīng)濟(jì)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(guò)配電室低壓出線柜引出后，再通過(guò)配電室到播出機(jī)房的地溝引至發(fā)射機(jī)、機(jī)房?jī)?nèi)其他用電設(shè)備。其他建筑物的配電線路采用阻燃YJV22鎧裝電纜，通過(guò)直埋穿線管引至集中供電墻體預(yù)埋配電箱內(nèi)，進(jìn)行電源分配。

1.7 設(shè)備選型及布置

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

1.8 電容補(bǔ)償情況

因中短波發(fā)射設(shè)備負(fù)荷功率因數(shù)高于0.9，故1號(hào)變壓器母線段不需要設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置，2號(hào)變壓所帶負(fù)載母線段功率因數(shù)小于0.9，只有0.86，所以集中對(duì)2號(hào)變壓器負(fù)載母線段進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，電容補(bǔ)償裝置容量為45 kvar，補(bǔ)償后確保功率因數(shù)大于0.9。

1.9 防雷接地

甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)的發(fā)射機(jī)房按二類防雷考慮，發(fā)射機(jī)房接地電阻應(yīng)＜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(hù)接地、工作接地共用一個(gè)接地裝置，接地電阻應(yīng)＜4 Ω，實(shí)測(cè)不滿足要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)人工接地體[3]。在所有建筑物的屋頂敷設(shè)避雷帶，引下線主要是利用建筑物結(jié)構(gòu)柱內(nèi)的兩根主鋼筋。此外，避雷帶必須實(shí)現(xiàn)可靠焊接。

在配電室內(nèi)設(shè)等電位盤做局部等電位連接，配電室和柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)沿墻或電纜溝敷設(shè)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(chǔ)及電位盤最少要有兩個(gè)可靠連接點(diǎn)，所有進(jìn)出建筑物的電纜金屬外皮和金屬管道均應(yīng)可靠接地。

1.10 防雷措施

防直擊雷：在發(fā)射機(jī)房的屋面上設(shè)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(jié)構(gòu)柱內(nèi)主鋼筋，主鋼筋與接地裝置可靠焊接，引下線距離應(yīng)＜18 m。值班員宿舍的屋面設(shè)面積為20 m×20 m或24 m×16雷帶接閃器，利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)主鋼筋作防雷引下線，引下線距離≤25 m。

防感應(yīng)雷和雷電波侵入措施：低壓配電進(jìn)線柜設(shè)過(guò)電壓保護(hù)器，室外配電回路SPD浪涌保護(hù)器，在各配電和分箱處設(shè)置相應(yīng)的浪涌保護(hù)器。電源電纜在進(jìn)入水泵房和門房處需要重復(fù)接地，接地電阻值要求≤10 Ω。

2 存在的問題

長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從變壓器輸出端電壓波動(dòng)范圍為390～520 V。甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)經(jīng)過(guò)多次和當(dāng)?shù)毓╇姴块T專業(yè)技術(shù)人員溝通，技術(shù)人員先后多次來(lái)臺(tái)實(shí)地了解情況，檢查變壓器和供電設(shè)備，但高電壓?jiǎn)栴}始終未能得到解決，最終，供電部門技術(shù)人員給出的解釋是，臺(tái)站10 kV供電系統(tǒng)接入的是農(nóng)網(wǎng)，在這條主供電線路上有640戶光伏發(fā)電用戶，是造成臺(tái)站白天電壓升高且波動(dòng)較大（夏季天氣晴朗時(shí)，電壓波動(dòng)尤為明顯），夜間電壓趨于穩(wěn)定的一個(gè)主要原因，電壓升高時(shí)段集中在每天9點(diǎn)至18點(diǎn)。

3 維修改造的必要性

根據(jù)目前臺(tái)站運(yùn)行的實(shí)際情況，臺(tái)站市電輸入端的電壓因光伏發(fā)電等因素的影響，供電環(huán)境波動(dòng)比較大，造成臺(tái)站大部分設(shè)備無(wú)法正常使用。改造后，一方面將有效地保障臺(tái)站發(fā)射設(shè)備的正常運(yùn)行，保證信號(hào)安全播出；另一方面可以保證生活用電設(shè)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(wěn)定在臺(tái)站內(nèi)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的電壓范圍內(nèi)，同時(shí)確保重要負(fù)荷（控制設(shè)備、發(fā)射機(jī)設(shè)備、預(yù)警系統(tǒng)供電等）不停電。臺(tái)站內(nèi)的中短波發(fā)射機(jī)設(shè)備也由UPS供電，響應(yīng)國(guó)家廣電總局第62號(hào)令，真正實(shí)現(xiàn)“零停播”。

此方案改造需在原3路低壓進(jìn)線柜的前端都相應(yīng)地增加一套大型穩(wěn)壓設(shè)備（安裝在配電室，從1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)變壓器次級(jí)輸出的電壓直接通過(guò)大型穩(wěn)壓設(shè)備穩(wěn)壓后輸出，然后通過(guò)配電室低壓裝置給各負(fù)載供電），增加后可確保供給后端負(fù)荷的電壓穩(wěn)定在380 V±3%。由于供電電網(wǎng)的電壓長(zhǎng)期偏高，正常的一般穩(wěn)壓器無(wú)法勝任此環(huán)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(wěn)壓設(shè)備。

此隔穩(wěn)一體機(jī)應(yīng)具備基本的顯示功能、實(shí)時(shí)記錄功能（支持U盤導(dǎo)出）、具備RS485和RJ45接口（可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)一體機(jī)運(yùn)行參數(shù)）、CPU數(shù)字式控制系統(tǒng)、回中功能、無(wú)級(jí)調(diào)整（采用滾針軸承）功能（見圖1）。

圖1 隔穩(wěn)一體機(jī)拓?fù)鋱D

其容量根據(jù)前端1、2、3號(hào)變壓器容量配置，容量為250 kVA、250 kVA、200 kVA。

當(dāng)市電電壓為520 V時(shí)，隔穩(wěn)一體機(jī)的輸入電壓范圍為360～540 V，此時(shí)隔穩(wěn)一體機(jī)的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負(fù)荷正常的工作需求。

當(dāng)市電電壓為390 V時(shí)，隔穩(wěn)一體機(jī)的輸入電壓范圍為360～540 V，此時(shí)隔穩(wěn)一體機(jī)的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負(fù)荷正常的工作需求。

當(dāng)市電電壓為380 V時(shí)，隔穩(wěn)一體機(jī)的輸入電壓范圍為360～540 V，此時(shí)隔穩(wěn)一體機(jī)的輸出電壓為380 V左右，可以滿足負(fù)荷正常的工作需求（見圖2）。

圖2 改造后配電系統(tǒng)流程圖

該一體機(jī)在控制電路中加裝高頻濾波器，能夠避免傳導(dǎo)性電磁干擾，也能有效地避免電網(wǎng)波形畸變或高頻干擾情況下，由于取樣出錯(cuò)造成穩(wěn)壓器失誤的問題，而控制系統(tǒng)實(shí)行數(shù)字式的有效值采樣顯示，有效地克服了“失控”和“失真”現(xiàn)象[4]。

此方案優(yōu)缺點(diǎn)分析：通過(guò)本方案改造可有效保障臺(tái)站的設(shè)備供電環(huán)境，提高設(shè)備的使用效率，為安全播出提供有力保障，但改造費(fèi)用較高。如果條件允許，臺(tái)站內(nèi)可增加一套智慧用電管理系統(tǒng)，對(duì)配電系統(tǒng)內(nèi)各單元進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。

4.2 改造方案二

臺(tái)站配電設(shè)備全部安裝到位并已投入運(yùn)行，原設(shè)計(jì)圖紙中的穩(wěn)壓電源未提供，實(shí)際只提供了兩組100 kVA的UPS。如何將UPS代替穩(wěn)壓電源接入配電系統(tǒng)中并投入使用是急需思考的問題。原有低壓配電設(shè)備功能不全，所有出線回路均被占用，沒有留下備用及應(yīng)急回路，且回路容量較小，無(wú)法給UPS提供輸入電源。

臺(tái)站安裝的在線式不間斷電源系統(tǒng)型號(hào)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(jù)實(shí)際情況，結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)理念，原設(shè)計(jì)圖紙穩(wěn)壓電源帶了10部2 kW的短波發(fā)射機(jī)，8部1 kW的中波發(fā)射機(jī)，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(jì)劃將新增兩臺(tái)GCS低壓配電柜放置于機(jī)房UPS電源柜旁，調(diào)整發(fā)射機(jī)和控制室電源改動(dòng)到新配電柜中，便于機(jī)房檢修和維護(hù)，新增配電柜雙電源兩路電纜分別取自配電室A02號(hào)柜和A04號(hào)柜頂母線。

（2）實(shí)際10部2 kW短波發(fā)射機(jī)，每部能耗功率為5 kW，共計(jì)50 kW；8部1 kW中波機(jī)，每部能耗功率為3 kW，共計(jì)24 kW；控制室負(fù)荷功率5 kW，所有負(fù)荷總計(jì)為79 kW?，F(xiàn)場(chǎng)100 kVA的UPS功率因數(shù)80%，有功功率為80 kW，減去高原降容標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際功率為70 kW；UPS最佳運(yùn)行狀態(tài)為實(shí)際功率的80%，則70 kW×80%＝56 kW，按此計(jì)算一組UPS不能帶所有負(fù)荷，建議兩組并機(jī)使用，合計(jì)112 kW可帶所有負(fù)荷[5]。

（3）因兩組UPS并機(jī)使用，需要將原控制室電源線路調(diào)整到新設(shè)備中，由UPS來(lái)帶。

（4）改造方法：增加一臺(tái)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，機(jī)械互鎖安全可靠，防止并列運(yùn)行，形成主備切換，實(shí)現(xiàn)電源切換自動(dòng)化功能。

在雙電源下端增加UPS分路斷路器和備用斷路器，再?gòu)腢PS引入加裝并機(jī)斷路器和出線分配回路，增加重要負(fù)荷出線回路在機(jī)房分配。

用YJV-3×70+2的兩根電纜分別從A02號(hào)和A04號(hào)柜的柜頂母線銅排處并接至新增1P配電柜的雙電源兩側(cè)，并在新增1P柜增加保護(hù)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(guān)，接至兩臺(tái)UPS輸入端。

用YJV-3×35+2的兩根電纜，分別從兩臺(tái)UPS輸出端，接至新增1P配電柜的輸出負(fù)荷進(jìn)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(fù)荷輸出端，接至新增2P出線柜的進(jìn)線母線端。

將10部短波發(fā)射機(jī)電源電纜改接到新增低壓出線柜的短波設(shè)備出線端，將8部中波發(fā)射機(jī)電源電纜改接到新增低壓出線柜的中波設(shè)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(shè)備出線端。

制作新配電柜基礎(chǔ)，就位新配電柜、連接新電纜，核準(zhǔn)相序，調(diào)試UPS并機(jī)。

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

本方案優(yōu)缺點(diǎn)分析：按照此方案進(jìn)行改造，可有效提高臺(tái)站現(xiàn)有設(shè)備（UPS）的使用效率，減少改造成本，保證臺(tái)里的發(fā)射設(shè)備正常運(yùn)行，確保信號(hào)安全播出。

針對(duì)甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心卓尼廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)目前的供電現(xiàn)狀和存在的問題，本文提出以上兩種低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造方案，以期能更好地保障臺(tái)站的廣播電視節(jié)目實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、安全傳播。