大功率UPS在廣電無線發(fā)射臺(tái)中的應(yīng)用

韋宏朝 徐有返 曾添基 劉思思 陳天江 李澤

（廣西廣播電視技術(shù)中心玉林分中心）

一、前言

無線覆蓋作為廣播電視信號(hào)傳輸?shù)闹饕绞?，為廣大人民群眾提供豐富多彩的廣播電視節(jié)目，極大地豐富了人民群眾的業(yè)余文化生活，已成為廣大群眾業(yè)余生活不可缺少的一部分。隨著社會(huì)的發(fā)展以及人民群眾對(duì)廣播電視節(jié)目收聽收看的要求越來越高，廣播電視信號(hào)安全優(yōu)質(zhì)播出中愈發(fā)重要。而電力作為無線發(fā)射臺(tái)站的“血液”，是決定節(jié)目信號(hào)是否安全優(yōu)質(zhì)播出的關(guān)鍵，若電力供應(yīng)出現(xiàn)故障，勢(shì)必會(huì)造成廣播電視信號(hào)的停播，因此引入大型UPS創(chuàng)造穩(wěn)定的供電環(huán)境是非常必要的。

二、UPS的基本原理

UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種具有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻不間斷電源，主要用于重要系統(tǒng)為電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電異常時(shí)，UPS立即將電池的電能，通過逆變向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，實(shí)現(xiàn)了不間斷供電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載硬件及軟件數(shù)據(jù)不受損壞。UPS按照輸出容量劃分大小，10KVA以上為大型UPS。

（一）UPS基本構(gòu)造

圖1 在線式UPS原理框架圖

目前大功率UPS全部為在線式UPS，它具有雙變換在線式電路結(jié)構(gòu)，屬于串聯(lián)功率調(diào)整傳輸方式。其主要由7部分組成，即輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池組、充電電路、逆變器電路、靜態(tài)開關(guān)電路、控制監(jiān)測(cè)顯示及保護(hù)電路，如圖1所示。

（二）UPS工作原理

在線式UPS正常工作時(shí)逆變器一直處于工作狀態(tài)，市電存在時(shí)，將市電交流電通過整流濾波電路變換為直流電，然后再將直流電通過DC /AC 逆變器變換成純凈穩(wěn)定的正弦波電壓向負(fù)載供電。后備電池接在直流母線上，市電掉電后，由電池逆變后給負(fù)載繼續(xù)供電。在線式UPS主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾，同時(shí)對(duì)蓄電池充電管理，在停電時(shí)則使用電池給逆變器供電。

（三）UPS四種工作模式

1.市電模式

市電接入U(xiǎn)PS后，經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波、穩(wěn)頻處理后給負(fù)載提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，同時(shí)市電通過獨(dú)立的充電器給后備電池充電。此時(shí)UPS處于時(shí)刻準(zhǔn)備著的狀態(tài)，一旦市電發(fā)生異常（斷電、大幅度波動(dòng)等）UPS立即接管負(fù)載的電力供應(yīng)，將電池的電力儲(chǔ)備經(jīng)過逆變器處理后給負(fù)載提供穩(wěn)定的正弦波交流電。市電模式是UPS的正常工作模式，在此模式下UPS可以發(fā)揮不間斷供電的職能，保護(hù)核心設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.旁路模式

市電經(jīng)整流、濾波處理后不經(jīng)過逆變器直接給負(fù)載供電。此模式下UPS不能發(fā)揮不間斷切換的功能。

3.電池模式

一旦市電發(fā)生異常時(shí)，將儲(chǔ)存于蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，此時(shí)逆變器的輸入改由電池組來供應(yīng)，逆變器持續(xù)提供電力，供給負(fù)載繼續(xù)使用，達(dá)到持續(xù)供電功能。

4.維修模式

當(dāng)UPS電源進(jìn)行檢修時(shí)，通過手動(dòng)設(shè)置旁路保證負(fù)載設(shè)備的正常供電，當(dāng)維修操作完成后，重新啟動(dòng)UPS電源，此時(shí)的UPS電源轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行。

三、UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）運(yùn)用UPS的目的

廣播電視無線發(fā)射臺(tái)站大多處于偏遠(yuǎn)高山上，市電供電極其不穩(wěn)定，臺(tái)站雖然配備二路供電，在一定程度上避免了停電引起的長(zhǎng)時(shí)間停播。但自動(dòng)切換裝置的切換時(shí)間約為0.3至0.5秒，油機(jī)啟動(dòng)也需要一定的時(shí)間，在這期間設(shè)備會(huì)掉電停機(jī)，所以兩路供電仍不能完全保證供電的連續(xù)性，特別是在主電源中斷后又立即恢復(fù)的情況下，自動(dòng)切換裝置可能會(huì)從主電源切至備用電源后又立即切回，造成供電兩次中斷，而且電源閃斷帶來的沖擊很有可對(duì)設(shè)備造成危害。引入大功率UPS作為全臺(tái)供電電源完美地解決了市電停電、閃斷、電壓波動(dòng)、電網(wǎng)雜波干擾等危害，達(dá)到發(fā)射設(shè)備不間斷播出的目的。

（二）UPS的選擇

1.主機(jī)的選擇

UPS作為全臺(tái)供電電源使用，需要為全臺(tái)設(shè)備提供3個(gè)小時(shí)的供電時(shí)間，以機(jī)房負(fù)載40KVA為例，以UPS運(yùn)行效率80%計(jì)算，需要選擇至少48KVA以上的主機(jī)。

2.后備電池的選擇

蓄電池放電電流的計(jì)算公式

I=P×0.8×COS∮÷（N×M×U），其中P為UPS額定功率，COS∮為UPS輸出功率因素，N為逆變效率，M為電池個(gè)數(shù)，U為電池最低放電電壓。

蓄電池容量的計(jì)算公式

容量（AH）=電池放電電流÷放電速度

以機(jī)房負(fù)載40KVA，供電時(shí)間3個(gè)小時(shí)為例，電池最低放電電壓為10.5V，逆變效率為0.9，再加上30%的冗余，綜合主機(jī)額定輸入電壓實(shí)際情況，應(yīng)選擇12V/100AH鉛酸免維護(hù)電池一組30個(gè)，共四組并接。

（三）UPS的接入

1.接入配電系統(tǒng)

廣播電視三級(jí)以上無線發(fā)射臺(tái)站均有主備兩路電源，主備電源經(jīng)過ATS優(yōu)選后輸出供負(fù)載使用，大功率UPS作為全臺(tái)電源使用，為達(dá)到不間斷輸出應(yīng)接在ATS后，如圖2所示。

圖2 UPS接入配電系統(tǒng)

2.接入遠(yuǎn)程監(jiān)控

目前UPS主機(jī)均可通過SNMP網(wǎng)絡(luò)適配器接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)和人機(jī)交互功能。其兩項(xiàng)重要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控功能可以對(duì)UPS各種運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控；報(bào)警管理功能可以在超越報(bào)警登記及使用權(quán)限時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息，并將該信息傳遞給系統(tǒng)管理人員，以便于管理人員能夠采取切實(shí)可行的措施進(jìn)行處理。

四、UPS使用與維護(hù)檢修

（一）使用中注意事項(xiàng)

1.如果考慮后期擴(kuò)容，選擇了較大容量的主機(jī)，實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)油機(jī)的現(xiàn)有功率設(shè)置UPS主機(jī)的輸出容量。

2.不要頻繁地關(guān)/開和啟動(dòng)UPS，間隔要6秒以上，否則可能“啟動(dòng)失敗”—即UPS電源處于既無市電輸出又無逆變輸出的不正常狀態(tài)。

3.不要超負(fù)荷運(yùn)行，UPS電源最大負(fù)荷應(yīng)是其標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載量的80%，例于一臺(tái)10KW的UPS、它最大負(fù)載是8KW，逆變狀態(tài)下超負(fù)載使用，易擊穿逆變?nèi)龢O管。實(shí)際使用中臺(tái)站大型空調(diào)、生活用電、站外用電及各類感性負(fù)載，應(yīng)接在UPS前。

4.遵循正常的開/關(guān)順序，由于在一般負(fù)載啟動(dòng)瞬間存在沖擊電流，會(huì)沖擊UPS內(nèi)部元件，縮短元器件的使用壽命，甚至造成元器件的損害。一般在旁路狀態(tài)時(shí)，抗沖擊能力較強(qiáng)，我們可以利用這一特點(diǎn)在開機(jī)時(shí)采用以下方式：先選市電給UPS，使其處于旁路狀態(tài)（沖擊電流由大到?。僦饌€(gè)打開負(fù)載，然后UPS面板開機(jī)、使其處于逆變狀態(tài)。開機(jī)時(shí)千萬別將所有負(fù)載同時(shí)開啟，也不能帶負(fù)載關(guān)機(jī)。關(guān)機(jī)順序：先逐個(gè)關(guān)閉負(fù)載，再將UPS面板關(guān)機(jī)，使UPS處于旁路工作而充電器繼續(xù)對(duì)電池充電。若不需要UPS輸出，將UPS完全關(guān)閉后再將輸入市電斷開即可。

5.要防止電池短路和過度放電，長(zhǎng)期不用的電池應(yīng)每三個(gè)月充電l2小時(shí)，而長(zhǎng)期只充不放的電池也應(yīng)每三個(gè)月放電一次。

（二）定期維護(hù)

1.日檢

1）檢查UPS是否處于開機(jī)狀態(tài)；2）檢查控制面板：確認(rèn)所有LED指示正常，液晶屏顯示的所有參數(shù)正常，面板上沒有報(bào)警；3）有無異常噪聲；4）檢查風(fēng)扇、避雷器等是否完好；5）觀察機(jī)房溫度，應(yīng)控制在0至30度；6）觀察機(jī)房是否潮濕，如果濕度超過90%，應(yīng)啟動(dòng)抽濕設(shè)備；7）觀察機(jī)房的灰塵等情況。

2.周檢

1）測(cè)量并記錄輸入電壓/電流；2）測(cè)量并記錄電池充電電壓/電流；3）測(cè)量并記錄UPS輸出電壓/各相電流，并同以前數(shù)值進(jìn)行比較； 4）檢查各接線柱是否存在打火跡象。

3.月檢

1）功能測(cè)試；2）檢查電池。

4.年檢

1）檢查UPS功率器件和輔助器件，檢查電容是否漏液、變形等；2）檢查磁性元件是否過溫痕跡、緊固程度及有無裂痕；3）檢查電纜是否老化、磨損和過溫痕跡，檢查印刷電路板接頭須牢固；4）檢查印刷電路板清潔度和完整性。

（三）維護(hù)工作中重點(diǎn)內(nèi)容

1.測(cè)試“市電逆變”和“市電旁路”切換是否正常

首先確認(rèn)設(shè)備工作于“市電逆變”，做好負(fù)載的數(shù)據(jù)備份等；再按“關(guān)機(jī)”鍵，使設(shè)備由“市電逆變”轉(zhuǎn)到“市電旁路”；如果正常，再按“開機(jī)”鍵，使設(shè)備由“市電旁路”切回“市電逆變”。

2.測(cè)試“電網(wǎng)供電”和“油機(jī)供電”的切換

首先確認(rèn)設(shè)備工作于“電網(wǎng)輸入”，做好負(fù)載的數(shù)據(jù)備份等；再進(jìn)行“油機(jī)”切換，使設(shè)備由“電網(wǎng)供電”轉(zhuǎn)到“油機(jī)供電”；如果正常，運(yùn)行一段時(shí)間后，再切換回“電網(wǎng)供電”。

3.測(cè)試“市電逆變”和“電池逆變”切換是否正常

首先確認(rèn)設(shè)備工作于“市電逆變”；再切斷設(shè)備的市電交流輸入，觀察設(shè)備能否切換到“電池逆變”；如果正常再加上市電，使設(shè)備切回到“市電逆變”。

4.電池檢查

對(duì)電池放電檢查一定要保證負(fù)載安全性的前提下進(jìn)行。進(jìn)行電池放電檢查前，要確認(rèn)電池已經(jīng)充滿，且負(fù)載量不低于UPS標(biāo)稱容量的30%?？梢酝ㄟ^后臺(tái)監(jiān)控發(fā)出電池自檢命令，進(jìn)行自檢，也可以通過手動(dòng)放電，測(cè)量電池組端電壓與放電時(shí)間的曲線，測(cè)量每節(jié)電池端電壓的變化，評(píng)估單節(jié)電池的健康狀況。

五、總結(jié)

大功率UPS的應(yīng)用有效地解決了廣播電視無線發(fā)射臺(tái)站市電停電、閃斷、電壓波動(dòng)、電網(wǎng)雜波等危害，為設(shè)備提供穩(wěn)定、純凈、高質(zhì)量的不間斷電源，進(jìn)一步保障廣播電視節(jié)目安全優(yōu)質(zhì)播出，更好的適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展以及人民群眾對(duì)廣播電視節(jié)目收聽收看越來越高的要求，更好的服務(wù)人民群眾。