中波发射台低压供配电系统智能化改造分析

袁宏润

（作者单位：云南省广播电视局楚雄692台）

目前，我国中波发射台传统低压供配电系统自身的设备配置相对简单，且相关设备需要进行手动操作，耗资巨大且难以实现不间断供电的目标，导致中波发射台的停播率较高[1]。为此，可在现有供电设备基础上对低压供配电系统进行智能化改造，在节约投入经费的同时，实现对相关供配电问题的有效解决，尽可能减少停播情况[2]。本文主要阐述智能化改造的设计思路，提出具体的改造方案，在原有供电设备基础上进行应急供电装置改造，并新增供电设备，利用智能监管平台进行实时动态监督，以实现不间断供电的改造目的，满足“不停播”要求。

1 传统低压供配电系统及问题分析

通常情况下，中波发射台传统低压供配电系统内包含两组10 kV的电源，两组电源之间可实现有效连接，通过机械控制手段实现对供配电系统的有效操控。之后在系统中引入高压电源，将其分别接入两组315 kVA的变压器柜之中。由此将10 kV的电源转变为0.4 kV的电压，从而实现高压向低压的转变[3]。最后，再利用开关设备将转化后的低电压传输到各设备室之中。

对于传统低压供配电系统而言，主要在如下几个方面容易出现问题：第一，因供配电设备老旧程度较高，一旦出现配件的严重磨损，更换难度较高，加上购买的配件难以保证其没有缺陷，导致配件的更换难上加难；第二，因供电设备使用年限长，导致其性能阈值相对较小，一旦出现电力负荷突然增加的情况，极易引发跳闸，从而对供配电系统的运行稳定性造成影响[4]；第三，传统供配电系统中的开关数量较多，存在各路开关功率分配不均衡的情况，从而对开关负荷提出更高的要求，同样容易引发跳闸事故。

2 中波发射台低压供配电系统智能化改造的设计思路

以某中波发射台的低压供配电系统为例，该系统中的原有设备包括一台100 kVA的稳压器，100 A和300 A的配电柜各一台，一台柴油发电和部分开关器件。在对低压供配电系统进行智能化改造的设计过程中，应尽量采用大容量的电池保证10 min以上的供电时间，从而解决因间断或切换供电导致的停播问题，同时减少柴油发电机的长时间运转。在考虑经济性问题的基础上，为实现不间断供电的目标，可以将蓄电池逆变供电仅作为市电断电或柴油发电机启动中间过程的供电使用，属于一种供电过渡保障[5]。

3 中波发射台低压供配电系统智能化改造方案

3.1 设备与器件的选型及应用

改造前的低压供配电系统如图1所示，其中TM代表电力变压器、C代表电容器、QS1、QS2、QS3代表隔离开关，SH1、SH2、SH3、SH4、SH5、SH6为手动控制开关，而K1、K2、K3与S1、S2、S3、S4代表不同配电柜中的开关编号，仅作区分，并无特殊含义。图2为改造后的供配电系统框图，其中TM代表电力变压器、C代表电容器、QS1、QS2、QS3代表隔离开关，而 K1、K2、K3与S1、S2、S3、S4、S5、S6代表不同配电柜中的开关编号，仅作区分，并无特殊含义。所设计的一体化“智能电源”主要包括无触点稳压器、不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、防雷隔离变压器、低压配电、双电源自动转换开关（Automatiac Transfer Switch，ATS）、机柜、电池组及开关器件。其中相关开关器件可对原有开关进行再利用。

图1 改造前系统框图

图2 改造后系统框图

（1）无触点稳压器：型号选择为SBW（W）-100 kVA的干式无触点调压式稳压器，其采用能够实现数字信号处理技术（Digital Signal Processing，DSP）的芯片控制，具有校正有效值、快速补偿稳压、电流过零切换等先进技术，将快速稳压、智能仪表以及故障诊断等功能集于一体，具有较高的输出电压精度，有助于供配电系统的高效和安全运行。

（2）UPS电源：对于UPS电源而言，选用的是SF-GD-3380型号，其标准电压为480 VDC，容量达到80 kVA。该型号为双变换在线式UPS，具有较高的输出稳定性，且具有较强的瞬时响应能力，适用于感性负载及非线性负载。同时，其能够在切换时间为0时实现持续供电。分析该型号UPS的技术特点，基于数字处理器，利用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC） 控 制技术和瞬时波形控制技术，能够有效解决输出电压失真的情况，使电源的可靠性和抗干扰性得到显著提升。此外，该型号UPS还具有过高压和短路保护等功能，能够很好地满足中波发射台不间断供电的需求。

（3）低压配电：系统改造中选用SF-PDG型号的低压配电单元。可依照中波发射台的真实需求情况对其进行改造加工及安装；同时，还可以采用镀锌钢特制机柜，以此达到更高的防护等级。

3.2 容量计算

3.2.1 UPS容量计算

计算之前先对中波发射台供配电系统的实际运行情况进行了解，对节目转播的情况进行分析，确定其发射功率在10 kW。具体负载包括发射机20 kW，以及信源、控制台、照明、空调等其他用电，共为12 kW。因UPS的延时不小于30 min，为此对于前端隔离变压器和稳压器要依照2.5倍取值，确保效率可以达到80%以上。由此同时转播两套节目时，对2台中波发射台的总耗电功率进行计算，总耗电功率为（10×2×2.5）/0.8=62.5 kVA。负载为12/0.8=15 kVA。二者相加得到总容量为77.5 kVA。所以在对UPS电源进行配置的过程中应确定其容量为80 kVA。

3.2.2 电池容量及数量计算

电池容量计算公式为容量=主机功率×功率因数/UPS直流电压×延时时间。由此将上述计算得到的UPS容量80 kVA代入其中，计算出的电池容量为66.67 AH。为此，选用100 AH的蓄电池，电池数量为480 V/12 V=40节。因UPS的标称容量是80 kVA，电压为480 VDC，通过计算确定ATS选用250 A。在配置稳压器和隔离变压器的过程中，选用100 kVA，单体容量为12 V 100 AH的40节蓄电池。但考虑目前容量仍相对较大，改造后的电池工作时间也要超过1 h，需要对空调等其他用电设备的使用严加控制。而从经济性角度考虑，改造更适合采用12 V 65 AH的电池。此外，将原有的PDG-100 A配电柜和SBW（S）-GD-100 kVA稳压器作为独立的应急式供电模式，不仅能够使原有设备得到合理利用，而且提供了更为有力的供电保障。

4 构建智能化监管平台

在完成对中波发射台低压供配电系统的智能化改造后，还可以搭建智能化监管平台，对供配电系统的运行进行实时的动态监测，以确保系统的可靠运行。

智能监管平台共分为两部分：一是设置在各中波发射台的自控系统，负责对上级下发的命令进行执行，并对本中波发射台的供配电系统运行数据进行采集；二是在核心机房所设置的监控管理系统，负责对各中波发射台供配电系统的运行状态进行动态监控。该平台借助虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）实现上述两大组成部分间的连接，并借助模型-视图-控制器（Model-View- Controller，MVC）模式展开平台设计，利用Spring开发后端程序。智能监管平台主要采用远程过程调用（Remote Procedure Call，RPC）框架，注重对远程调用的设计，采用JDK动态代理实现对同一类所有方法的全部代理。同时利用ZooKeeper对请求地址进行存储，并转交给调用方。通信协议采用传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP），在保证通信性能稳定、可靠的同时，利用Protocol Buffers作为序列化方案，最终实现对远程调用中对象问题的解决。

5 结语

对于中波发射台供配电系统的智能化改造，本文结合实际情况和需求，提出设计思路和方案，在尽量降低资金投入成本的基础上，最大限度地减少中波发射台的停播情况，从而更好地满足相关规范标准。在所设计的系统正式投入使用后，中波发射台的停播率有了明显降低，达到《广播电视发射台运行维护规程》中的年度运行指标规定，因供配电问题所造成的停播事件显著减少。在保证低压供配电系统正常运行的同时，节省了劳动成本投入，避免人为操作事故。无论是在经济方面，还是在社会方面，所提出的改造方案均取得十分不错的效益。