廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

和安元

（永州市廣播電視臺(tái)，湖南 永州 425000）

0 引 言

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，地面無線電視、廣播覆蓋傳輸?shù)玫搅丝焖侔l(fā)展。永州市廣播電視臺(tái)無線數(shù)字電視業(yè)務(wù)在廣播電視發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下穩(wěn)步發(fā)展，并對(duì)播出的安全性制定了嚴(yán)格的考核制度。永州市廣播電視臺(tái)包含的調(diào)頻廣播頻道、電視頻道較多，現(xiàn)有的UPS電源系統(tǒng)不管從系統(tǒng)容量還是電源可靠性方面都需要進(jìn)行改善。UPS電源系統(tǒng)作為廣播電視臺(tái)傳輸播出系統(tǒng)的心臟，在整個(gè)傳輸系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，一旦信號(hào)前段的設(shè)備電源不穩(wěn)定，就會(huì)造成信號(hào)中斷，使整個(gè)播出系統(tǒng)發(fā)生癱瘓，造成長(zhǎng)時(shí)間的停播。因此，一套安全、穩(wěn)定的UPS電源系統(tǒng)必不可少。

1 UPS電源

UPS不間斷電源的輸出電壓穩(wěn)定在220 V或者380 V，當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí)，UPS能夠?yàn)樵O(shè)備繼續(xù)供電。后備式UPS屬于單變換型UPS電源，在電壓正常的情況下，逆變器處于非正常工作狀態(tài)，外電源通過交流旁路線路進(jìn)行供電。如果外電的電壓發(fā)生異常，后備式UPS將通過切換開關(guān)為蓄電池組供電[1]。當(dāng)UPS給蓄電池組供電后，蓄電池組正常工作，通過逆變器將電流轉(zhuǎn)換為交流電，為負(fù)載進(jìn)行電源供給。后備式不間斷電源的供電質(zhì)量較差，輸出電壓會(huì)隨著電壓的變化而發(fā)生變化，很難隔離來自外界的電網(wǎng)，且UPS本身存在的干擾不能用于精密設(shè)備。在線式不間斷電源屬于雙變型，外電正常蓄電池組進(jìn)行自動(dòng)充電，會(huì)通過逆變器為設(shè)備進(jìn)行供電，保證機(jī)房設(shè)備正常工作。在線式不間斷電源的逆變器一直處于正常的工作狀態(tài)，能夠消除來自外界的干擾，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的供電。

2 UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

發(fā)射機(jī)房UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合相關(guān)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，市電接入電源要按照相關(guān)實(shí)施細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用1路專線的方式，形成獨(dú)立的低壓回路；需要配置1臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，也是低壓回路，將兩個(gè)低壓回路各配置2臺(tái)UPS電源機(jī)組，保證低壓回路的正常用電。為了保證UPS電源的精度，輸入電壓要選擇III類。廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房采用的播出設(shè)備為后備式UPS，后備的工作時(shí)間需要持續(xù)在1 h以上。

2.2 設(shè)計(jì)方案

2.2.1 電容量設(shè)計(jì)

廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房分成三個(gè)部分進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)射，第一部分為微波信號(hào)接收設(shè)備和FM廣播發(fā)射設(shè)備；第二部分為電視發(fā)射設(shè)備；第三部分為日常使用設(shè)備。其中：第一部分的負(fù)載為2kW；第二

部分負(fù)載為3kW；第三部分負(fù)載為2.5kW。廣播電視系統(tǒng)設(shè)備的輸入功率大約為0.7kW，可以根據(jù)每一個(gè)負(fù)載的額定功率進(jìn)行累加，從而求出總的功率[2]。有些設(shè)備需要啟動(dòng)電流的數(shù)值才可以得到額定系數(shù)，根據(jù)每一部分的負(fù)載總量，計(jì)算UPS的容量：

式（1）中，Cups為UPS容量（kVA）；Cload為負(fù)載容量（kVA），是UPS額定容量的75%。

蓄電池的使用壽命是放電容量的80%，需要換算負(fù)載容量的單位，將kW換成kVA。設(shè)備在啟動(dòng)過程中會(huì)受到?jīng)_擊電流，系統(tǒng)的負(fù)載率大約為75%，當(dāng)超過75%時(shí)將會(huì)獲得較高的系統(tǒng)效率，因此可采用3路UPS進(jìn)行供電配置，將幾臺(tái)獨(dú)立的UPS的額定容量設(shè)置為6kVA。UPS放電的能力要達(dá)到1 h以上，外部電源中斷后，UPS電源要支持機(jī)房中的設(shè)備工作時(shí)間能夠持續(xù)1 h以上，讓UPS輸出的三相可以達(dá)到負(fù)載均衡。當(dāng)外電中斷后，在1 h內(nèi)需要啟動(dòng)本地柴油發(fā)電機(jī)，以維持更長(zhǎng)的工作時(shí)間。

2.2.2 UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1為永州廣播電視陽(yáng)明山微波傳輸發(fā)射機(jī)房供配電系統(tǒng)的工作原理圖。第1個(gè)獨(dú)立的低壓回路中的市電，需要通過專用的變壓器為其輸入電源；第2個(gè)獨(dú)立的低壓回路是應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，可以為三相電源進(jìn)行輸入電力。通過三相切換開關(guān)的電源，將其輸入給三相的穩(wěn)壓器，為三相電源提供穩(wěn)定性高的電壓。三相配電機(jī)柜負(fù)責(zé)為三相交流電源分配用電單元，每一組的電源都采用三相四線制進(jìn)行傳送。三相用電單元中，每一組用電單元中都配置了UPS電源[3]，能夠起到一定的穩(wěn)壓效果。本文采用3臺(tái)獨(dú)立的UPS工作的方式，以防止電源中斷，能夠在斷電的瞬間迅速接入電源繼續(xù)工作。

圖1 永州廣播電視陽(yáng)明山微波傳輸發(fā)射機(jī)房供配電系統(tǒng)

每一臺(tái)UPS穩(wěn)壓電源供應(yīng)的設(shè)備不同，F(xiàn)M發(fā)射機(jī)柜中包含了微波接收和發(fā)射機(jī)等設(shè)備；電視發(fā)射機(jī)柜中包含了RF推動(dòng)設(shè)備；日常供配電設(shè)備中包含了機(jī)房照明和其他溫度控制設(shè)備。UPS電源能夠保證每一組的負(fù)載均衡[4]，每一臺(tái)UPS穩(wěn)壓電源器裝置中都包含了一個(gè)旁路開關(guān)，其作用是當(dāng)UPS不能正常工作時(shí)，可采用人工的方式進(jìn)行供電。

2.3 接地防雷

接地防雷系統(tǒng)是廣播電視中一個(gè)較為重要的部分，也是供配電系統(tǒng)的重要組成。如果接地不良或者雷電都會(huì)影響發(fā)射機(jī)房的安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生安全事故。發(fā)射機(jī)房接地防雷系統(tǒng)需要對(duì)設(shè)備電源進(jìn)行接地，并設(shè)置防雷接地和兩套地網(wǎng)，保證電源的接地電阻和防雷接地電阻≤3 Ω[5]。機(jī)房?jī)?nèi)需要鋪設(shè)銅條，提供良好的接地條件，機(jī)房的UPS輸出配電柜中要安裝防浪涌的設(shè)備，以保護(hù)機(jī)房中的設(shè)備。

3 廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房UPS的使用和維護(hù)

UPS電源需要盡量放在清潔、干燥的地方[6-7]，避免外界灰塵腐蝕UPS內(nèi)部的線路；同時(shí)，避免UPS電源受到強(qiáng)光照射，禁止一切輻射熱源，要合理安置UPS電源的位置。環(huán)境的溫度對(duì)UPS電源的影響較大，如果內(nèi)部環(huán)境的溫度較高，將損壞電池；如果內(nèi)部環(huán)境的溫度過低，會(huì)影響電池的使用壽命。內(nèi)部環(huán)境的溫度最好保持在25 ℃左右，這樣的環(huán)境溫度對(duì)機(jī)械設(shè)備沒有較大影響。充放電電源的UPS電源電流與電池的容量有很大關(guān)聯(lián)，如果放電電流過大，將會(huì)影響電池的使用壽命。正常情況下，UPS電源在運(yùn)行過程中能夠符合要求，但也要防止意外的發(fā)生，比如電池突然發(fā)生短路，會(huì)造成電源中斷。UPS電池是一種備用狀態(tài)，設(shè)備在正常的情況下是充電狀態(tài)，只有發(fā)生停電時(shí)才會(huì)發(fā)生放電。如果充電的電壓過高，會(huì)發(fā)生電池充電不足的情況。放電深度會(huì)對(duì)UPS電源的使用壽命造成一定影響，如果放電的深度較深，則循環(huán)使用的次數(shù)就會(huì)逐漸降低，使用UPS電源時(shí)要避免發(fā)生深度放電的情況[8]。雖然UPS電源有低電位的保護(hù)功能，當(dāng)放電電池為10.5 V時(shí)，UPS電源會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。但如果UPS處于輕負(fù)載的狀態(tài)下，會(huì)造成電池深度放電。

4 結(jié) 論

為廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房設(shè)置一個(gè)合理的UPS供電系統(tǒng)，能夠有效改善廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房的供電效果和供電質(zhì)量，有效解決因市電發(fā)生停電而造成停播事故，避免計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)大量丟失。正確選擇廣播電視傳輸發(fā)射機(jī)房中的UPS電源，能夠極大提高廣播電視傳輸發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴?/p>