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贵州广电技术中心电源系统改造

【原作者】：陈秀荣李正亚杨再礼(贵州人民广播电台技术中心，贵州省贵阳市550002)
【摘　要】：通过对贵州人民广播电台技术中心电源系统改造工程的介绍，对于如何通过系统设计和规划施工，建设一个安全可靠、经济适用的供电系统提供了一个较为完备的解决方案。
【关键词】：电源系统机房改造

　　1．供电系统改造工程背景

贵州人民广播电台技术中心机房建造于70年代，最初只开办了2套广播节目。近年来，随着广播事业的发展和技术的进步，相继成立了经济频道、音乐频道和健康频道等系列台，播出机房由原来的2间增加到4间，新建了一间总控机房和一间微波机房，另外还有4间语言录制机房、6间节目制作机房以及一个200m2录音棚；技术设备也逐步由模拟设备向数字设备过渡，数字音频工作站系统、数字调音台以及其他数字设备陆续投入使用。这些发展和进步对技术中心机房电源系统的安全性、稳定性和可靠性提出了更高的要求。原有的电源系统虽然经过多次改进，但基本上只是增加一间机房和增加一组回路，经过多年的使用后，电源系统输出的线路零乱不堪，配电器件老化失效，存在严重的事故隐患，已经远远不能满足现代广播机房对电源系统的要求。因此，为了更好地适应现代广播机房的要求，满足4个系列台广播节目的优质安全播出，有必要对原有的电源系统特别是配电柜进行重新设计和全面改造。

2．电源系统的设计原则在重新对电源系统进行设计时，着重从以下几个方面进行考虑。

1)在满足功能要求的前提下，使系统的性价比最高，既安全可靠又经济适用，并结合实际情况，使设计的系统建成后更便于操作和维护。
2)严格按照低压配电系统国标进行设计，电源系统的容量不但满足4套节目播出录制机房设备的运行要求，而且要留有足够的裕量，满足今后扩容的需要，输出的回路也要留有备份。
3)科学合理的电力分配。为了保证技术中心机房的设备可靠运行，避免大功率空调、照明灯、墙壁插座等负载用电对设备用电造成不良影响，严格区分三相电的分配，一相用于设备运行，一相用于机房空调，一相用于机房照明和墙壁插座。三相配电接近平衡，降低中线回流，使设备运行更加稳定。　4)自备柴油发电机组。因为市电有可能由于天灾(地震、雷击、输电系统短路或断路)人祸而停电，因此必须有第三路电力系统——自备柴油发电机组，作为市电的后备电源，以保障设备用电安全。
5)一般市电供电质量不高，存在持续的高压或低压、浪涌、高压尖峰、高压瞬变、下陷、频率漂移，甚至临时停电等情况，无法满足设备的安全运行要求。为获得高质量的电能，必须接入UPS不间断电源系统。
6)为UPS电源配置高质量的长效免维护电池组，作为市电和自备发电的下一级后备电源，进一步提高电源系统的可靠性。
7)技术中心现有两路市电供电线路，一路是地埋电缆，另一路是架空电缆。考虑到节目播出的重要性，市电送入后要对异常的电压尖峰进行抑制，设备安装防雷及超电压保护、短路保护、过载保护等仍然是十分必要的。
8)为提高电源系统的安全可靠性，采购的设备应尽量选用符合国家有关标准的优质名牌产品，安装中严格按照图纸施工，不能随意乱改乱接。

　　3．供电系统的总体设计

技术中心电源系统采用双路外电网送电、自备柴油发电机组和UPS电源4级电源保障的供电方案。根据技术中心各机房重要性的不同，将它们划分为两类：甲类机房为与节目播出直接有关的机房，包括播出机房、总控机房、微波机房和语言录制机房；乙类机房包括节目制作机房和录音棚。甲类机房事关节目的安全播出，必须重点保障；乙类机房供电的安全性相对而言没有甲类机房重要，在系统设计时应有所侧重。在双路外电网电源中，市电1号给甲类机房供电，市电2号给乙类机房供电，市电2号同时作为甲类机房的市电1号的备用电源；自备柴油发电机组作为第3级电源只为甲类机房供电而不为乙类机房供电；UPS电源为甲类机房设备用电第4级电源。
采用上述设计方案：一方面实现电源系统改造的目的，重点保障甲类机房设备供电安全，从而实现节目的不间断安全播出；另一方面减轻自备柴油发电机组和UPS电源的负载，降低对它们的功率要求，达到既安全可靠又经济适用的目的。

贵州人民广播电台技术中心电源系统如图1所示（略）。

图1．电台技术中心电源系统改造图

3．1 双路外电网送电切换工作过程
正常情况下：DK1接通市电1号，由市电1号给甲类机房供电；DK2接通市电2号，DK3 接通，由市电2号给乙类机房供电。当市电1号有故障时，DK1切换到市电2号一方，市电2号同时为甲类机房和乙类机房供电；当两路市电都有故障时，启动柴油发电机组，DK2切换到柴油发电机组一方，由柴油发电机组给甲类机房供电；在市电停电而柴油发电机组尚未启动送电期间，由UPS电源通过电池放电给甲类机房设备供电。在两路市电都有故障的情况下，仍有柴油发电机组和UPS电源互为补充，以确保机房设备用电的安全。
3．2 配电柜
配电柜是在技术力量雄厚的专业开关厂家订购的，所有器件均为法国施耐德产品，所有连接母线均为镀锌铜排。其中，DK1和DK2为HS13BX-400/30型旋转式刀切换开关，具有过热和过电流保护功能的脱扣；DK3为HDBBX-400/31型配有11只型号为NSD100N的三相过载断路器K1～K11，其中K1～K7控制甲类机房用电，K8～K11控制乙类机房用电，其额定电流根据机房负载大小，分别为50～100A，用于对各路负载的开关控制和过载保护；另外，还配有短路保护的保险以及电压表、电流表、互感器、指示灯等附件。
3．3 自备柴油发电机组
柴油发电机组是1990年购置的，虽然时间较早，但经过大修后，运转良好，仍能满足机房用电的要求，所以没有更新。该机组的生产厂家为云南柴油机厂，发电机组输出的功率为165kW。
3．4 UPS不间断电源
由于机房设备均为220V供电，从经济性出发，选用单相220V供电输出的在线式UPS电源，串联接入设备用电所在的那一相上，以确保设备用电安全可靠。采用分散式U PS 供电，即各甲类机房单独配备UPS电源而不使用大功率UPS电源统一供电。UPS电池品牌众多，经过反复比较，最终选用SANTAK(山特)Castle系列3C 2kVA在线式UPS电源，它具有宽电压输入、正弦波输出、零转换时间、旁路输出、强抗干扰等特点，能为播出设备提供高质量的不间断正弦波电源。UPS电池采用SANTAK指定使用的冠军牌阀控式铅酸蓄电池，设计放电使用时间为4h。
3．5 接地和防雷
接地是抑制干扰的关键，防雷器再好，如果接地不好也无济于事。接地分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地是设备信号地，保护接地是设备外壳地，防雷接地是建筑物地，所有接地都应考虑从电网串入的雷电干扰，我们将以上3种接地公用一组接地而组成联合接地。计算机负载通常要求电源中线与地线的电位差在2V以下，由于外电网供电及负载设备用电的3相不平衡，往往使中线处于高电位状态，而UPS输入输出端是公用中线，这就会使UPS在运行、检测、维修时造成故障危及设备用电安全。为此，将终端负载中线强迫接地是一种有效的接地方式，具有良好防雷和抗外来电磁干扰的性能。
电源系统输入端采用德国DEHNbloc/3型并联接入避雷模块。经测量，机房电源系统的接地电阻小于4Ω。

　　4．工程实施与维护

4．1 设计方案经过论证及确定后，改造工程进入实施阶段，施工中要求严格按照设计图纸、遵循电力设备安装标准，做到设备安放合理，走线安全美观，接线正确可靠。从局配电机房到我台技术中心采用导线标准截面积为70mm2×3＋35mm2 ×1的铜质4芯电缆，配电柜到各机房采用8mm2×3＋4mm2×1的4线铜芯软电缆。电缆接头均用专用气压夹钳制作，以确保铜鼻头和导线连接可靠。在各输入输出电缆接头连接好之后，用万用表详细检查各路走线，在确保各路无短路、断路、各相电之间无串接等情况下，逐级加电调试：
　　首先将S1倒向市电1号端，然后将S2倒向市电2号端，并且合上S3，观察各表头指示是否正常；
　　最后将K1～K11合上，检查各机房插座电压是否正常。经过以上步骤后，便可以接上负载，观察各电流表的指示和系统的承载能力，待一切正常之后，系统便可投入使用。

4．2 改造工程完成之后，及时制定维护管理制度，建立电源系统紧急事故处理预案，加强日常维护工作，经常检查配电柜表头指示是否正常，各开关、接头、插座有无打火、接触不良等现象，定期对UPS电池作充放电检测，为柴油发电机组加满油和水，给电瓶充好电，使整个电源系统始终保持在良好的工作状态，以确保设备正常运行、节目安全播出。

5．改造后的效果

技术中心电源系统改造工程完成后，我们在节目停播期间进行了一次电源系统出现双路外电网送电相继停电的演习，要求按照电源系统紧急事故处理预案进行处理。从演习的结果看，改造后的电源系统完全达到设计要求，启动柴油发电机组后，各电源开关顺利切换，完成给甲类机房的供电，切换期间，UPS不间断电源工作正常，机房设备特别是数字调音台和音频工作站系统平稳运行，没有出现重启和死机的情况。和原有电源系统相比较，改造后的电源系统更为合理、可靠、经济，改造工作达到了既安全可靠又经济适用的目标。

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