贵州省广播电视局八九六台 刘开俊
对我台供配电系统进行重新设计,增加电力保障型电源,确保新设计后的供配电系统24h优质不间断供电。实现重要负荷使用电力保障型电源双回路供电方式供电,确保供电电路无单点故障停电威胁;实现在PC端实时监控供配电系统的运行状态与相关数据,部分场所实现智能控制与管理,整个台站采用智慧用电管理平台进行电力监控、管理。
设计改造后的高低压供配电系统需满足《中、短波广播电视发射台设计规范》、广电总局第62号令的要求,为实现我台电力系统“规范、标准、智慧”的管理目标,并兼顾未来的发展需求,按照“高标准、智慧化,既经济、又实用”的原则进行技术系统设计,使系统达到“先进、合理、可靠、经济、完善”的要求,具体目标如下。
改造后的电力供配电系统达到广播电视行业一级台站标准,接入两路不同变电站的市电,当一路外电发生故障,另一路外电不应同时受到损坏,同时配备250kVA的自发电系统。重要负载用电负荷由两套独立的保障型电源供电(智能一体化电源),生活类负载用电与重要负载用电分段供电设计,避免相互影响。保障型电源的供电容量不小于125kVA,提供30min的125kVA电力输出,具备双电源输入、防雷、隔离、稳压、不间断供电及智能监控功能,重要负载通过各自独立的STS静态开关由两路独立的保障型电源供电。
市电双电源允许最大电流为400A。台站现有的高压变系统容量为250kVA,为了能同时承受全台用电负荷的用电量,所以此双电源切换柜选取与高压变系统容量一样大小;综合设备的功率因数与线路低电压长期运行考虑,容量为250kVA的设备换算成电流计算方法如式(1):
注:P为设备功率,cosφ为设备功率因数(一般取0.9),市电正常偏差在±10%内(0.9-1.1)。
根据计算结果可知选用400A双电源切换开关比较合理。根据国标规定来看,输入端需要185mm²的铜电缆才能承受。双电源切换柜分两路输出,其中一路供给生活类负荷用电,另一路供给发射机房工艺类负荷用电,这样使生活用电与机房用电分开,避免了相互影响。
选择“智能一体化电源”的功率为125kVA。台里共有10kW中波发射机4台,采用一主一备的工作方式,信号柜2台,备用发射机2台和机房控制台1组;平时正常工作有两台10kW中波主发射机、信源柜1套和控制台1套,在特殊的时候会再开启一台备用发射机。根据广播电视中波发射机的耗电功率效率可知,3台10kW中波发射机大概需要90kVA功率的电源供电,信源柜与控制台大概5kVA功率不到,所以其共计总功率约为95kVA,考虑后期增加发射机的可能性,预留一定功率量的空间,所以最终选定125kVA“智能一体化电源”较为合适。
发电机设计时要考虑,当双路市电同时出现停电时,发电机启动供电供给机房工艺类用电负荷供电,考虑到“智能一体化电源”的主功率部件为工频UPS电源,从工频UPS电源的使用特性分析,UPS与发电机功率配比选为1:2,那么125kVA功率的“智能一体化电源”选用250kVA的发电机供电较为合理。
容量为125kVA的设备换算成电流计算方法如式(2):
计算出其电流约为190A左右,所以选用200A的配电柜可以满足其要求。
常用电池放电速率与放电时间对应表如表1所示。
表1 放电速率与放电时间对应表
125KVA“智能一体化电源”,续航30min,计算电池容量。
采用的计算方式为“恒功率”计算法,步骤如下:
(2)由(表1)后备时间查表得出电池放电速率为:1.66C。
(3)由放电速率及放电电流算出电池容量:
(注:125000为电源的功率,0.9为电源的输出功率因数,0.5为主备机各带一半用电负荷,12为12V铅酸电池,32为32节电池组,0.91为逆变效率,1.66为铅酸电池30min的放电速率。)
所以,单节电池容量要 ≥ 96.99Ah,故选择32节12V、100Ah的电池。
图1 供配电整体方案
所有柜体采用2000mm高的标准柜体,冷轧钢材质,厚度不低于国标,颜色统一为黑色,走线桥架为铝质材质,板材厚度不低于2mm,尺寸按现场制作。
采用施耐德400A的框架断路器组成双电源切换柜,实现自投自复、自投不自复、互为备份的功能。
采用工频双转换在线式12脉冲UPS电源。工频双转换在线式UPS的特点是技术成熟,性能稳定、可靠;工频UPS的输入主要通过工频整流滤波,其对恶劣供电环境的承受能力较强,不论市电好坏,都能够稳定可靠地工作,输入电压范围可连续且非常地宽,且适合配接各种发电机,最适合于电力不稳定的地区使用。从输出电路来看,工频UPS的输出经过隔离变压器,负载与UPS之间的互相影响会非常小,对严酷负载条件的承受能力较强。
选择沃尔沃发动机+马拉松发电机组合,主用功率250kVA,额定功率217kW,电启动,直列六缸、水冷、四冲程、闭式循环水冷、每缸四气门、废气涡轮增压空气中冷,直喷式燃油系统,具有水暖功能,保障冬天能顺利启动、运行可靠,具备体积小的优点。
采用GCS型交流380V、250A的低压抽屉式输出柜,具有方便维护、安全、经济、合理、可靠的原则。具有分断、接通能力高,动稳定性好,电气方案灵活,组合方便、实用性强,结构新颖、防护等级高等特点。
监测蓄电池运行状态,测量单体电池电压、极柱温度、内阻,将数据汇总上传到管理平台,实时显示电池工作状态,异常报警提示。
采用艾斯捷APS-3350系列静态转换开关,三相 380V 50A,切换时间≤6ms,标准机柜尺寸。具有当输入电源低压或超压时,设备会自动转向另一路电源;当任一时刻,某一路市电断电,自动切换到另一路正常电源,切换时间小于等于6ms。
选择具有的实时电流、电压数据采集、开关状态检测及远程控制功能,对配电设备提供不间断的保护和监控,提高配电系统的自动化水平,实现智能化、自动化的管理;系统能够完整的显示整个系统网络结构,在线诊断设备通讯状态,方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态,及时维护出现异常的设备,保证系统的稳定运行;所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库,在查询界面中能够自定义需要查询的参数、指定时间或选择查询最近更新的记录数据等,并通过报表方式显示出来;具有实时报警、实时监测,并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口,并发出声音或语音提醒的功能;具有历史事件记录存储和管理功能,对历史事件记录进行存储和管理,能对事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析;具有统计报表功能,提供数据依据,对各回路进行日、月运行状态统计形成报表;具有手机短信报警功能,实时报警信息可以发送到指定的系统管理人员手机上,使得用户能够及时掌握现场设备运行情况,消除隐患;具有远程监控功能,实时运行数据可以发送到云端服务器,使得管理者能够使用移动终端及时掌握现场设备运行情况,消除隐患。