UPS在廣播電視系統中的應用淺析

徐茂棟

（作者單位：上海東方傳媒技術有限公司）

隨著科技水平的不斷發展，廣播電視已逐步成為人們生活的必需品。信息設備對電能的穩定和質量有很高的技術指標要求，普通的市電會因天氣、環境、人為等因素，引起線路波動、故障，甚至可能會發生斷電等情況，有些地區因電能質量差影響設備的運行，所以會在供配電系統中加入不間斷、穩定、高效的電源，以保證設備的運行不受外界因素的影響。播控機房的供配電系統能直接影響廣播電視系統的正常運行，而且由于廣播電視24小時不間斷持續播出的特性，因此對播控機房的系統供電有很高要求。為此，播控機房內會配置UPS，利用UPS的可靠、高效、經濟、環保等供電優點，增強系統的穩定性，從而達到持續供電的目的。

1 UPS基本概述

1.1 UPS的功能

隨著現代科技的發展，生活用電需求也變得多樣。不間斷電源已經成為人們生產和生活中不可或缺的電源設備。UPS機柜外觀如圖1所示，其主要作用有：第一，當電網失電時，UPS能為負載提供高質量穩定的電源，保證設備不受停電的影響持續運行；第二，UPS在電網與負載之間發揮著隔離的作用，可以消除電網波動、諧波、噪聲等干擾，有良好的抗干擾能力；第三，UPS可以為設備提供高質量的電源，提高功率等，從而營造高效的生產環境；第四，UPS可以通過設備的監控模塊，提供多樣的數字化接口，給工作人員提供便捷的可視化管理。

圖1 UPS設備外觀

1.2 UPS分類

UPS按工作頻率主要分為工頻機和高頻機兩種。工頻UPS是按模擬電子電路原理設計的，由晶閘管整流器、IGBT逆變器、逆變器輸出回路等主要元器件構成，輸入及輸出電路均工作在50 Hz的工頻電壓，市面上的UPS大部分采用12脈沖+11次諧波濾波器的結構。高頻UPS是按數字電子電路原理設計的，由IGBT整流器、IGBT逆變器、電池變換器等主要元器件構成，IGBT整流器的開關頻率可以在幾千赫茲到幾十千赫茲，輸入及輸出電路頻率都要遠高于工頻機[1]。

1.3 UPS工作原理

雖然UPS有工頻機與高頻機之分，但是其基本原理和邏輯是相似的。電視廣播領域通常采用的是在線式不間斷電源，組成結構如圖2所示，其主要由整流模塊、升壓模塊、功率因數校正模塊、逆變模塊、充電模塊、電池組等組成。當電網側正常時，交流電經過整流器變換成直流穩壓電源，經充電器給電池組充電，直流電源經過逆變電路變成穩定、高質量的交流電；當電網側異常時，供電由市電切換到蓄電池給逆變器提供直流電源，然后經逆變器輸出交流電。只有當逆變器出現故障時，才由旁路向設備提供電能[2]。

圖2 在線式UPS結構圖

2 UPS使用要求

《廣播電視安全播出管理規定》明確規定，省級廣播電視臺播控機房主要播出負荷應采用UPS供電，UPS電池組后備時間應滿足設計負荷工作60分鐘以上；機房應配置自備電源，保證播出負荷、機房空調等相關負荷連續運行；主備播出設備、雙電源播出設備應分別接入不同的UPS供電回路[3]。UPS已成為播控機房保證穩定播出節目的必要設備，使用和維護好UPS是相關人員需要重點關注的事情。

2.1 配置UPS切換時間

傳統廣播電視機房的電源開關是通過員工手動操作來實現的，但是手動操作會對設備的運行精確性、時間等造成影響。而利用UPS的智能化，可以在UPS內部配置合理的切換時間，自動完成電源開關操作[4]。

在UPS充電電路中配置三端口逆變器進行參數的控制，基于各種參數的變化可以判斷當前電源使用控制情況，并由此計算得到電源切換時間。在充電過程中，三端口逆變器會將沒有用到的電能進行存儲，這就能有效地滿足手動操作下UPS關閉時，其他硬件設備的電能需求，能夠較好地解決傳統手動模式中存在的滯后性問題，確保硬件設備的持續運行。

2.2 UPS容量選擇

常規情況下，一般是根據機房設備的總負載大小來選定UPS的容量，UPS的容量不宜過大，也不宜過小。長期使用容量過大的UPS時，UPS處于輕載運行狀態，雖然減少了逆變器的損壞概率，但同時增加了UPS蓄電池失效的可能性。蓄電池的放電電流過小，而放電時間偏長，會造成深度放電，影響電池壽命，甚至會導致電池永久性毀壞。長期使用容量過小的UPS時，UPS處于重載運行狀態，雖然節約了前期投入資金，但由于逆變器重載運行，其輸出電壓波動會變大，這樣不僅不能達到為負載設備提供優質電源的目的，還可能造成UPS內部元件損壞。所以，一般選取60%～80%的帶載容量的UPS較為合理。

隨著廣播電視技術的不斷進步，播控機房的設備也在更新升級，影響設備擴容的因素不容忽視。在前期選擇UPS容量時，應適當考慮行業發展趨勢，可預留10%～20%的帶載量，也可以挑選并機或多機運行的機型，為將來擴容提供必要的硬件條件。

3 UPS的運行和維護措施

3.1 正確安裝UPS

UPS要選擇平地進行安裝，必須要確保環境溫度適中,通常為15～25℃[5]。機房要確保通風，安裝后的UPS硬件設備不能緊靠墻壁，支撐必須要穩固。UPS接地必須要穩固，在連接線路的過程中，可以在輸入端三相電線上直接安裝四級或三級聯動斷路器。在日常的使用過程中，要盡可能防止出現過度放電或電池短路等現象，操作人員不可以多頻次進行開關操作。

3.2 定期檢查設備機房

UPS的設備運行狀態和使用壽命，與其維護保養息息相關，為實現UPS長期安全、穩定、高效的運行，日常系統性的維護必不可少。工作人員需要每天對設備機房進行巡視檢查，具體內容如下：第一，觀察設備接線絕緣情況。一般短路擊穿不是瞬間產生的，通過觀察線路絕緣情況確定有無發熱和放電的痕跡，在發現問題后及時處理，就能避免事故發生。第二，聽聲音和聞氣味。帶電設備一般都是封閉在機柜內的，無法用眼睛觀察內部情況，而設備運行的聲音能反應設備的狀態。例如，當風扇軸承接觸不良時，散熱風扇就會產生異響，而一臺正常運行的UPS是沒有異響的。此外，利用嗅覺也能了解設備的異常情況，如小動物誤入機房，產生的排泄物味道等。第三，做好記錄。UPS可視的監控操作面板能實時顯示各項數據，如輸入輸出電壓、操作日志、報警日志等，數據和日志是最能直接反應UPS狀態的依據。第四，匯總判斷。工作人員需要根據上述內容完成巡檢，發現故障后，要結合實際情況制訂處理方案。因為配置UPS機房的設備是十分重要的，電視廣播亦是如此。如果故障等級較輕，對系統產生的影響較小，而停電檢修對業務生產的影響較大時，要合理權衡判斷，并做好計劃檢修安排工作。

3.3 定期檢查UPS蓄電池

目前市面上使用的UPS蓄電池多為免維護的鉛酸電池，具有高性能、無污染、免維護、安裝可靠的優點，理論壽命可達5年，UPS蓄電池機架如圖3所示。但在實際使用中，總有因個體差異而出現提前損壞的情況。由于電池組是串聯在一起的，一節電池不良直接就會影響到整組電池的性能，從而使UPS放電時間驟減，達不到后備時間標準，所以對蓄電池進行日常檢查和定期測量必不可少。例如，觀察電池外形有無膨脹變形，接線處有無漏液等情況。另外，通過測量電池內阻情況可以了解電池的實際狀態，內阻越大的電池，其性能就越差。所以，在測量中如果發現內阻較大的電池時，就應當及時更換，避免整體電池組失效的情況發生。不同品牌、不同型號的電池在性能和質量上也存在差異，所以相關人員在更換電池時，應盡可能使用同一品牌的同一型號進行更換。

圖3 UPS蓄電池機架

蓄電池的另一項保養內容是定期放電。在正常運行中，UPS蓄電池長時間處于浮充狀態，這會使電池的活性變差，壽命減少。為了確保電池的使用周期，需要定期對其進行負載放電測試，一般三個月測試一次，通過對電池放電測試的數據比對和檢查，可以及時掌握電池的使用情況，發現性能接近臨界值的電池，可以及時更換，增強設備穩定性。完成UPS電池負載放電操作后，其能夠長期保持活性狀態。在具體的人為放電測試過程中，通常要保留電池額定容量的50%左右，并且整個放電過程要確保電流穩定，整體的放電電壓必須要超過終止電壓值。實踐表明，經過合理維護和保養的UPS的性能和壽命優于未經過維護保養的同類設備。

4 結語

我國已經制定了“2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和”的目標，隨著5G等技術的快速發展，人們對高質量電源的需求不斷提高。未來，UPS市場還將有很大的上升空間。隨著人工智能技術在廣播電視領域的不斷普及，數據中心的數字化、智能化逐漸成為趨勢，UPS產品的技術水平也將得到進一步提升。