工業電視視頻監控安全可持續電源系統改造技術研究

匡德彪

摘要：文章根據對飛來峽視頻監控系統電源運行存在安全隱患的情況進行分析，提出改造的必要性；通過對總負荷統計的分析，提出科學合理改造措施，確保了整個系統用電設備的安全可靠，對整個系統后續設備進行擴建及后續整個容量進行增加，以確保系統穩定運行。

關鍵詞：工業電視；視頻監控；可持續電源系統；總負荷統計；后續設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP277 文章編號：1009-2374（2016）03-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.015

1 概述

飛來峽視頻監控核心設備及主要監控分布于發電廠、船閘通航、溢流壩、北寮變電站、防洪倉庫、樞紐各出入口共58個監控。目前監控系統中運行的3臺3kVA-UPS不間斷電源的內置蓄電池容量過小，一旦交流失去，蓄電池組僅能給系統設備持續供電5分鐘。1999年投入運行至今存在電源系統隱患問題，電源系統的配置設計不合理而導致的電廠倒送電操作時UPS時常無動作，使得核心設備會突然非正常停電，導致系統癱瘓，甚至損壞核心設備，嚴重影響系統的正常運行。

2 改造必要性

從2009年至2014年11月，整個工業電視系統設備受倒送電源影響總數達到331次，受影響率最少年份75.8%、最多年份為112%；故障總數為57次，故障率最低年份11.6%、最多年份為18.9%，已經嚴重影響整套系統的運行及增加日常維護和故障處理工作。整個工業電視視頻可持續電源系統改造很有必要，電源改造完后提供穩壓及多種設備電壓提供保障，徹底消除瞬間失電情況對整個系統的運行設備影響及損害，還可以延伸對今后設備運行及后續系統擴容提供穩固電源平臺。

3 設計實施目標

根據工業電視系統電源存在的隱患情況，采用獨立電源擬配置一臺SATA 3C20KS 20kVA UPS、外接理士DJM12100 48節（單個電池12V100AH）閥控式密閉蓄電池采用串并組合容量達到300AH的可持續電源系統。運行要滿足三點要求：（1）一旦交流失電，3組蓄電池組能保障整個工業電視系統持續運行3個小時；（2）任意一組蓄電池組故障，剩下兩組蓄電池組能給設備提供電源運行2個小時；（3）突發情況下任意兩組蓄電池組故障，剩下一組蓄電池組能給設備提供電源運行1個小時。完全消除倒送電對整個系統電源運行的影響。

4 技術措施

4.1 工業電視設備負荷統計及可持續電源運行設計

此項目中所配主機型號為SATA UPS 3C20KS容量為20kVA，交流輸入電壓為AC380V，直流輸出電壓為DC192V。理士DJM12100閥控式密閉蓄電池12V 100AH，配置的蓄電池總數為48節，一組電池就需要16節串聯，采用串并組合電池容量達到300AH，保障整個工業電視核心設備及近區監控集中供電3個小時以上運行需求。

4.2 UPS、蓄電池、架構原理

SATA UPS 3C20KS額定容量20kVA，輸入配線三相四線+地線，電壓范圍210～475V，頻率范圍46～64Hz-50/60Hz自適應，輸入功率因數>0.99，額定功率因數0.8。

UPS配外置蓄電池架構采用串并組合原理：可持續電源系統采用理士DJM12100閥控式密閉蓄電池12V 100AH，蓄電池總數為48個，分成三組、單個蓄電池為12V/100AH，每16個蓄電池串聯為一組，單組輸出電壓為192V，容量為100AH；三組并聯輸出電壓為192V，容量為300AH。

優點：（1）任意一組蓄電池出現故障，只需斷開故障點的開關，另兩組蓄電池可以不受影響正常工作；（2）任意一組蓄電池都可以單獨擔負整個系統設備無外接電源情況下，可持續供電1小時。

4.3 工業電視負荷換算

4.3.1 傳輸電纜。電廠三樓中控室配電房備用4108開關為ABB型號SACE-S2N 160A三相交流開關，電源線路采用35平方銅芯35平方VV22 4×35+1×16（包鋼、室外防水、阻燃、鎧裝）電纜傳輸電流能達到196A安全載流量，滿足電源線路運行要求。

4.3.2 UPS容量計算：

設備功率=12200W

UPS功率=0.8

考慮UPS容量的冗余為20%～30%，UPS最佳工作狀態為負載70%～80%，設計UPS容量為1.2～1.3，選出UPS容量。

選用SATA UPS 3C20KS額定容量=20kVA，滿足運行要求。

4.3.3 設備運行容量計算：

供電時間（H）=（額定容量）UPS×功率因數/設備功率×標稱后備時間（4小時）

供電時間（H）=（20000W×0.8/15250）×標稱后備時間（4小時）

=（16000/15250）（4×60分鐘）

≈1.049≈1.05×240（分鐘）

=252分=4.2（小時）

4.3.4 蓄電池容量計算：SATA UPS 3C20KS功率因數為0.8，理士蓄電池單組直流電壓為輸出為192V、單個蓄電池直流電壓為12V、容量100AH。

電池個數=192/12V=16個

經公式得出1小時需要83AH，整個蓄電池需16個為一組，串聯三組并接組合電池容量為300AH。

I=300AH/833.6144=3.6小時。

通過以上公式計算得出，SATA UPS 3C20KS帶外接蓄電池組供電系統在無外接電源情況下，能滿足工業電視核心設備及近區監控點中的集中供電3小時以上運行需求。

5 組織施工

5.1 電纜布線要求

由于電源改造項目4芯35平方電纜鎧裝電纜布線環境要求較高，進行電纜布線施工及調試應遵循以下原則：

5.1.1 垂直敷設的線槽必須按底架安裝，水平部分用支架固定。固定支點之間的距離要根據線槽具體的負載量在1.5～2m之間。在進入接線盒、箱柜、轉彎和變形縫兩端及丁字接頭不大于0.5m。線槽固定支點間距離偏差小于50mm。底板離終點50mm處均應固定。

5.1.2 不同電壓、不同回路、不同頻率的強電線應分槽敷設或加隔離板放在同一槽內。

5.1.3 線槽與各種模塊底座連接對，底座應壓住槽板頭，高出螺母韻長度少于5mm。

5.1.4 線槽兩個固定點之間的接口只允許有一個，所有接口跨接處均裝上接地銅線或片，每層保證可靠的重復接地。

5.1.5 線槽交叉、轉彎、丁字連接要求：平整無扭曲，接縫緊密平直無刺無縫隙，槽板應緊貼建筑墻面，排列整齊。

5.1.6 新電纜絕緣電阻測量：1000V檔位絕緣搖表測試1分鐘電阻值>1000MΩ。

5.2 可持續電源系統改造具體實施

5.2.1 電源總開關：配電房的備用電源柜4108/三相250A空氣開關，作為工業電視監控視頻總電源接入點。經廠房電纜橋架拉100m 4芯35平方電纜到四樓繼保室，第三排第五個工業電視視頻監控、總電源柜開關處，經總分接開關與SATA UPS 3C20KS UPS相連。SATA UPS 3C20KS-UPS總輸出給UPS輸入電壓為AC380V，輸出電壓為AC220V。

5.2.2 可持續蓄電池電源連接SATA UPS 3C20KS UPS輸出端電源，為50m 4芯35平方電纜到蓄電池室的串并組合蓄電池組。

5.2.3 SATA UPS 3C20KS-UPS總輸出端電壓為AC220V，分多路電源分接開關，配送到各開關給整個分支系統設備供電。

6 可持續電源系統運行試驗檢測數據

6.1 運行電源及蓄電池測試

運行電源及蓄電池測試如表2所示：

表2

6.2 單組蓄電池組保障整套系統設備運行一個小時測試

單組蓄電池組保障整套系統設備運行一個小時測試如表3所示：

表3

6.3 兩組蓄電池組保障整套系統設備運行兩個小時測試

兩組蓄電池組保障整套系統設備運行兩個小時測試如表4所示：

表4

通過對設備持續多天試驗檢測，用FLUKE 17B萬用表測試得出上述數據，整個工業電視可持續電源系統改選，滿足任意單組蓄電池組保障系統設備運行一個小時、兩組系統電池保障兩小時、三組蓄電池滿足三小時以上設計要求。

7 結語

工業電視可持續電源系統改造2014年11月6日17∶00完成并投入運行，現已運行多個月電源系統運行可靠。工業電視電源系統改造建成能發揮重要電源平臺關鍵作用，保障整個系統日常運行及后續設備升級改造擴容全部需求。

參考文獻

[1] 劉光源.電工實用手冊[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 山特城堡系列3C20KS技術說明[S].

[3] 理士蓄電池DJM12100技術說明[S].

（責任編輯：周 瓊）