陕西新一代天气雷达站供电系统分析

杨胜利

(西安市气象局,西安 710016)

陕西新一代天气雷达站供电系统分析

杨胜利

(西安市气象局,西安 710016)

介绍了陕西雷达站供电模式的三种类型。对新一代天气雷达站供电管网从结构上进行分析,探讨柴油发电机、UPS电源、配电柜在供电线路中的正确连接方法,并介绍提高供电系统可靠性的几种办法。

天气雷达站;供电管网;可靠性;陕西

陕西在近几年陆续建成并投入运行七部新一代天气雷达(CINRAD/CB)。雷达站的相关业务用电,也由新一代天气雷达配套的供电系统提供。如何提高雷达站的供电质量、减少或避免停电事故的发生,对气象预报工作至关重要,是关系到气象业务数据采集和传输的重要问题[1]。目前雷达站供电系统的工作方式有三种,第一种是雷达站只有天气雷达一项气象业务;第二种是雷达站包含有地面业务、探空业务,又有职工生活区;第三种是雷达站设在气象局大院内。为了使柴油发电机与UPS合理配套使用,保障雷达站探测业务正常进行和数据的及时上传,简要分析和探讨了如何提高新一代天气雷达站供电系统的稳定性。

1 分析思路

供电管网系统分辐射型结构和网格型结构,新一代天气雷达站的供电管网是辐射型结构。评估一般供电系统的稳定性,传统的评估指标是停电频率、每次停电的持续时间、年停电时间、平均无故障工作时间(MTBF)和平均故障恢复时间(MTTR)等,这些指标属于供电部门及电能设备的提供商研究的范畴。在雷达站管网系统中,以上这些指标已经能够满足业务需求,故对雷达站管网评估时,对上述指标不予研究,主要对管网的结构及供电设备的分布予以研讨[2-8]。

2 供电管网分析

2.1 用电性质分类

雷达站用电分为两大类,业务用电和生活用电。业务用电是指与业务有直接关联的设备的用电,如气象探测仪器、业务用计算机、网络传输设备等相关设备的用电均为业务用电;生活用电是指除去气象设备用电以外的其它用电,如传达室、电梯、公寓、水泵房、生活区等用电。为了保障雷达站业务工作的正常运行,将供电线路分为主支路与副支路。业务用电为主要用电,电路连接在主支路中,主支路由UPS设备供电;生活用电为副用电,电路连接在副支路中。

2.2 UPS安装位置

雷达机房按建筑设计为双电源进线,即一路市电供电线路,另一路柴油发电机供电线路,由双电源转换开关控制。由于在双电源转换开关工作时,有一小段的时间间隔,考虑双电源进线, UPS应该安装在雷达机房。但是雷达机房通常紧靠雷达天线,远离地面,若UPS安装在雷达机房,维护不方便,特别是更换电池比较麻烦。所以,UPS应安装在地面的房间里,尽量靠近配电室,便于维修及向其它用电器分配电源。

2.3 柴油发电机安装位置

雷达站配备的发电机功率通常都比较大,一般在外来电源发生异常时不但要保证天气雷达的正常工作,也向整个雷达站的所有设备供电。为全面考虑整个雷达站的电力供应,发电机应安装在靠近变压器的地方,便于与变压器供电电路连接,确保业务工作的正常进行。

2.4 柴油发电机与UPS的连接

UPS(在线式工频机OVERTOP,型号RT60KH)是雷达站非常重要的供电设备,在它的输出线路中,不能有停电现象出现。它的输出应保证雷达、地面、探空等气象业务用电。柴油发电机(威尔信FGWILSON,P150E)有附件ATS转换柜,这相当于双电源转换开关,利用它,能够在市电与发电机之间进行切换,这两条电路在切换时有几秒钟的间隔,切换由ATS转换柜自动完成,这个步骤很关键,它能够在市电失电时自动启动发电机,在市电恢复时自动切换到市电,并及时停止发电机的工作。柴油发电机的输出与变压器的输出通过ATS转换柜整合为一路输出线路,它的输出电路就是UPS的输入电路,这样的连接是UPS的输入在市电切换时仅仅有几秒钟的失电现象,完全能够给UPS提供稳定的电源,保证UPS有可靠的电压输出。

2.5 UPS外设旁路开关

外设旁路开关很重要,尽管UPS内部有一个旁路开关。当UPS出现故障、输入的电压超出范围等不能使UPS正常工作时,UPS会转入旁路工作模式,电流经过UPS内部的旁路开关,绕过UPS机器内部工作电路向负载供电,并及时报警,这是UPS内部旁路开关的作用。当需要对UPS进行维修及停止UPS工作时,外设旁路开关是必须的。在UPS正常工作时,需要对UPS进行检查,先设置UPS工作于旁路模式,待UPS工作于旁路时,再手动设置UPS旁路开关工作,这时,UPS内部的旁路开关与外设旁路开关同时工作。这种情况下,UPS的负载由稳定的UPS电压切换到市电电压或发电机电压。整个切换中,UPS内部的旁路开关起到了重要作用。UPS工作时,UPS输入、输出同相电压不同。当市电供电正常时,它首先将市电交流电源变成直流电源,然后UPS中的逆变器在机内脉宽调制控制信号的作用下,将直流电源在逆变器中变成功率放大的脉宽调制驱动电源信号,再经逆变器的输出滤波重新变成需要的交流电来向负载供电。在UPS外设旁路开关工作时,可停止UPS的工作,对UPS进行必要的检修。

2.6 关于配电箱及配电柜

在雷达站电路管网规划时,有几个位置必须设置配电柜。ATS与UPS之间,必须有一级配电柜,本级配电柜第一输出支路至UPS设备,是主支路,也是业务支路,提供业务用电;第二支路是副支路,提供生活用电,线路至各生活用电的相关配电箱,包含照明、公寓、电梯、门房等。但是雷达站大院的消防用电不能接在副支路,由于消防水泵功率大于发电机功率,它需直接接在箱变室电压输出处。在UPS与天气雷达之间,必须有一级配电柜,它是各业务用电的总节点,输出至天气雷达机房、天气雷达值班室、地面值班室、探空值班室、网络机房及各业务设备的配电箱。

2.7 各相负载电流的平衡

在雷达站,大部分用电器为单相供电,对于单相电的电路,尽管在基建施工布设线路时已经考虑了各配电箱电流的均衡,但在实际用电时,由于每相电路所带负载不同,工作时段不同,在配电柜各相电流一般是不平衡的,所以要根据实际用电量,在各配电箱处调整负载,使三相电流初步平衡。在总配电柜处,必须使三相电流达到平衡。

3 结语

通过对陕西天气雷达站供电系统的调研,属于第一种供电类型的雷达站,供电系统比较简单,UPS设备可给所有的用电器供电,要注意发电机与UPS的连接,让ATS转换柜发挥自动转换作用。第二种供电类型的雷达站,业务用电由UPS提供,非业务用电由市电或发电机提供,但要注意在设置电路时,要将业务用电与生活用电进行分离。第三种供电类型的雷达站,UPS对所有设备提供电源,供电对象不分主次。一是控制各相电压的负载量,不可让负载量超过发电机和UPS的额定值,二是将非气象业务用电与UPS剥离,三是不要让发电机带动大功率负载,如消防泵、中央空调等,注意各配电柜所带负载的数量。总之,目前陕西几个雷达站的供电系统是合格的。但随着气象业务的发展,供电线路负载会发生变化,需要对雷达站的配电系统进行检查和调整,提高雷达站供电系统的可靠性、稳定性,保证雷达、观测、预报工作的正常进行。

[1] 谭智勇.谢远宁.柴油发电机与UPS的配套使用[J].科技经济市场,2006(10):24.

[2] 郭清汉.浅析配网可靠性投资评估方法[J].中国科技信息,2005(11):139.

[3] 刘杨.浅谈提高UPS运行可靠性的几种方案[J].电气应用,2008,27(2):50-52.

[4] 陈亮.高可靠性数据中心电源系统的设计[J].电工技术杂志,2003(9):67-69.

[5] 沈德军.关于UPS电源的几点认识[J].科技资讯,2011(31):129.

[6] 罗孝春.某厂UPS装置存在问题浅析[J].硅谷,2011(22):143-144.

[7] 唐潞,李欣.柴油发电机组和UPS系统的匹配问题[J].电源世界,2008(2):40-43.

[8] 余卫斌.地球站供配电系统改造设计与实践[J].广播与电视技术,2007(10):116-118.

TM133

:B

1006-4354(2013)06-0039-03

2013-07-15

杨胜利(1963—),男,汉,陕西西安人,本科,工程师,从事新一代天气雷达保障工作。