大功率UPS在廣電無線發射臺中的應用

韋宏朝 徐有返 曾添基 劉思思 陳天江 李澤

（廣西廣播電視技術中心玉林分中心）

一、前言

無線覆蓋作為廣播電視信號傳輸的主要方式，為廣大人民群眾提供豐富多彩的廣播電視節目，極大地豐富了人民群眾的業余文化生活，已成為廣大群眾業余生活不可缺少的一部分。隨著社會的發展以及人民群眾對廣播電視節目收聽收看的要求越來越高，廣播電視信號安全優質播出中愈發重要。而電力作為無線發射臺站的“血液”，是決定節目信號是否安全優質播出的關鍵，若電力供應出現故障，勢必會造成廣播電視信號的停播，因此引入大型UPS創造穩定的供電環境是非常必要的。

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，主要用于重要系統為電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電異常時，UPS立即將電池的電能，通過逆變向負載繼續供應220V交流電，實現了不間斷供電，使負載維持正常工作并保護負載硬件及軟件數據不受損壞。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構，屬于串聯功率調整傳輸方式。其主要由7部分組成，即輸入整流濾波電路、功率因數校正電路、蓄電池組、充電電路、逆變器電路、靜態開關電路、控制監測顯示及保護電路，如圖1所示。

（二）UPS工作原理

在線式UPS正常工作時逆變器一直處于工作狀態，市電存在時，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定的正弦波電壓向負載供電。后備電池接在直流母線上，市電掉電后，由電池逆變后給負載繼續供電。在線式UPS主要功能是穩壓及防止電波干擾，同時對蓄電池充電管理，在停電時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UPS后，經過穩壓、濾波、穩頻處理后給負載提供穩定的電源供應，同時市電通過獨立的充電器給后備電池充電。此時UPS處于時刻準備著的狀態，一旦市電發生異常（斷電、大幅度波動等）UPS立即接管負載的電力供應，將電池的電力儲備經過逆變器處理后給負載提供穩定的正弦波交流電。市電模式是UPS的正常工作模式，在此模式下UPS可以發揮不間斷供電的職能，保護核心設備的穩定運行。

2.旁路模式

市電經整流、濾波處理后不經過逆變器直接給負載供電。此模式下UPS不能發揮不間斷切換的功能。

3.電池模式

一旦市電發生異常時，將儲存于蓄電池中的直流電轉換為交流電，此時逆變器的輸入改由電池組來供應，逆變器持續提供電力，供給負載繼續使用，達到持續供電功能。

4.維修模式

當UPS電源進行檢修時，通過手動設置旁路保證負載設備的正常供電，當維修操作完成后，重新啟動UPS電源，此時的UPS電源轉為正常運行。

三、UPS系統設計

（一）運用UPS的目的

廣播電視無線發射臺站大多處于偏遠高山上，市電供電極其不穩定，臺站雖然配備二路供電，在一定程度上避免了停電引起的長時間停播。但自動切換裝置的切換時間約為0.3至0.5秒，油機啟動也需要一定的時間，在這期間設備會掉電停機，所以兩路供電仍不能完全保證供電的連續性，特別是在主電源中斷后又立即恢復的情況下，自動切換裝置可能會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設備造成危害。引入大功率UPS作為全臺供電電源完美地解決了市電停電、閃斷、電壓波動、電網雜波干擾等危害，達到發射設備不間斷播出的目的。

（二）UPS的選擇

1.主機的選擇

UPS作為全臺供電電源使用，需要為全臺設備提供3個小時的供電時間，以機房負載40KVA為例，以UPS運行效率80%計算，需要選擇至少48KVA以上的主機。

2.后備電池的選擇

蓄電池放電電流的計算公式

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為電池個數，U為電池最低放電電壓。

蓄電池容量的計算公式

容量（AH）=電池放電電流÷放電速度

以機房負載40KVA，供電時間3個小時為例，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，綜合主機額定輸入電壓實際情況，應選擇12V/100AH鉛酸免維護電池一組30個，共四組并接。

（三）UPS的接入

1.接入配電系統

廣播電視三級以上無線發射臺站均有主備兩路電源，主備電源經過ATS優選后輸出供負載使用，大功率UPS作為全臺電源使用，為達到不間斷輸出應接在ATS后，如圖2所示。

圖2 UPS接入配電系統

2.接入遠程監控

目前UPS主機均可通過SNMP網絡適配器接入遠程監控系統，具有實時監控、報警管理、統計和人機交互功能。其兩項重要功能是實時監控功能可以對UPS各種運行參數及狀態進行有效的監控；報警管理功能可以在超越報警登記及使用權限時產生報警信息，并將該信息傳遞給系統管理人員，以便于管理人員能夠采取切實可行的措施進行處理。

四、UPS使用與維護檢修

（一）使用中注意事項

1.如果考慮后期擴容，選擇了較大容量的主機，實際使用中應根據油機的現有功率設置UPS主機的輸出容量。

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

3.不要超負荷運行，UPS電源最大負荷應是其標準負載量的80%，例于一臺10KW的UPS、它最大負載是8KW，逆變狀態下超負載使用，易擊穿逆變三極管。實際使用中臺站大型空調、生活用電、站外用電及各類感性負載，應接在UPS前。

4.遵循正常的開/關順序，由于在一般負載啟動瞬間存在沖擊電流，會沖擊UPS內部元件，縮短元器件的使用壽命，甚至造成元器件的損害。一般在旁路狀態時，抗沖擊能力較強，我們可以利用這一特點在開機時采用以下方式：先選市電給UPS，使其處于旁路狀態（沖擊電流由大到小），再逐個打開負載，然后UPS面板開機、使其處于逆變狀態。開機時千萬別將所有負載同時開啟，也不能帶負載關機。關機順序：先逐個關閉負載，再將UPS面板關機，使UPS處于旁路工作而充電器繼續對電池充電。若不需要UPS輸出，將UPS完全關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，長期不用的電池應每三個月充電l2小時，而長期只充不放的電池也應每三個月放電一次。

（二）定期維護

1.日檢

1）檢查UPS是否處于開機狀態；2）檢查控制面板：確認所有LED指示正常，液晶屏顯示的所有參數正常，面板上沒有報警；3）有無異常噪聲；4）檢查風扇、避雷器等是否完好；5）觀察機房溫度，應控制在0至30度；6）觀察機房是否潮濕，如果濕度超過90%，應啟動抽濕設備；7）觀察機房的灰塵等情況。

2.周檢

1）測量并記錄輸入電壓/電流；2）測量并記錄電池充電電壓/電流；3）測量并記錄UPS輸出電壓/各相電流，并同以前數值進行比較； 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）維護工作中重點內容

1.測試“市電逆變”和“市電旁路”切換是否正常

首先確認設備工作于“市電逆變”，做好負載的數據備份等；再按“關機”鍵，使設備由“市電逆變”轉到“市電旁路”；如果正常，再按“開機”鍵，使設備由“市電旁路”切回“市電逆變”。

2.測試“電網供電”和“油機供電”的切換

首先確認設備工作于“電網輸入”，做好負載的數據備份等；再進行“油機”切換，使設備由“電網供電”轉到“油機供電”；如果正常，運行一段時間后，再切換回“電網供電”。

3.測試“市電逆變”和“電池逆變”切換是否正常

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

4.電池檢查

對電池放電檢查一定要保證負載安全性的前提下進行。進行電池放電檢查前，要確認電池已經充滿，且負載量不低于UPS標稱容量的30%?？梢酝ㄟ^后臺監控發出電池自檢命令，進行自檢，也可以通過手動放電，測量電池組端電壓與放電時間的曲線，測量每節電池端電壓的變化，評估單節電池的健康狀況。

五、總結

大功率UPS的應用有效地解決了廣播電視無線發射臺站市電停電、閃斷、電壓波動、電網雜波等危害，為設備提供穩定、純凈、高質量的不間斷電源，進一步保障廣播電視節目安全優質播出，更好的適應社會的發展以及人民群眾對廣播電視節目收聽收看越來越高的要求，更好的服務人民群眾。