融媒體中心的UPS電源系統改造實踐

黃 斌

（重慶三峽融媒體中心，重慶 萬州 400014）

0 引 言

隨著計算機應用系統對電源的要求越來越高，不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）日益受到重視，并逐漸發展成為一種具有穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓浪涌等功能的電力保護系統。尤其是在電網的線路及供電質量不太高、抗干擾技術落后，同時計算機系統對電源的要求又比較高的情況下，UPS的作用就更加明顯。

1 UPS技術原理

UPS電源系統是供配電系統的重要組成部分，可在市電輸入中斷時保證其所帶負載的供電不間斷，以維持技術系統的正常運轉，同時在市電輸入正常時具有整流、凈化市電的作用，能使供電輸出相對更加穩定[1]。

UPS是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備[2-4]。UPS的基本技術原理如圖1所示。

圖1 UPS基本原理示意圖

UPS電源系統的規劃建設需要綜合考慮系統性能、建設成本及后期維護等多方面因素，才能達到好用、實用、耐用的效果。本文將結合改造實際中的相關問題進行闡述。

2 融媒體中心UPS電源系統改造總體方案

重慶融媒體中心原有的UPS電源系統采用兩臺塔式三進單出的40 kVA的UPS主機，分別配置3組蓄電池組，每組40只電池，外部電源接入不同回路的市電線路。雖然電池組于2016年進行過整體更換，但整套電源系統經過10余年的運行，老化日益嚴重，故障頻發。因此，UPS電源系統的改造勢在必行。

重慶融媒體中心UPS電源系統改造項目分為二期。一期新增了200 kW的柴油發電機和ATS自動倒換開關，配置了1臺EA66160三進三出的160 kVA的在線雙變換式模塊化UPS主機（可滿配8塊20 kVA的功率模塊，本項目實際配置4塊）；二期配置了同一廠家的EA66100（100 kVA）三進三出模塊化UPS主機（可滿配5塊20 kVA的功率模塊，實際配置3塊，含從160 kVA模塊化UPS主機遷移的1塊），構成具備擴容能力的在用60 kVA獨立的雙機系統。系統設備連接如圖2所示。

圖2 UPS電源系統設備連接示意圖

3 UPS電源負載設計

以國內目前融媒體中心的普遍配置情況來看，需要接入UPS電源的負載主要包括廣播直播間、廣播電視節目編排和播出、報刊編排、節目制作后臺及部分制作工作站等技術系統。主要設備大致分為兩類，一類是服務器、存儲器、網絡交換機及計算機等，另一類是調音臺、節目播出周邊及信號接收傳輸等設備。上述設備內部電源大多采用開關電源，而在以開關電源作負載時，一般UPS的功率因數僅為0.65左右。

重慶融媒體中心原有兩臺塔式UPS主機的輸出電流的測試數據共計160 A左右。考慮到未來融媒體中心功能模塊及技術系統需不斷迭代，伴隨著大量新設備的增加，因此，在進行重慶融媒體“中央廚房”技術系統項目建設過程中，經估算硬件設備總功率為45 kW左右，按照0.7左右的功率因數折算為視在功率應為65 kVA，也就是本次UPS電源系統改造的負載容量。考慮到實際情況，除計算機外，大部分設備為雙電源，其中對于廣播電視節目播出通路的相關設備，明確規定必須接入不同的UPS回路。經過對融媒體中心UPS電源負載的現有技術系統的工作時段分析，報刊編排及制作工作站一般僅在白天使用，晚上19點之后下班停機，相應的負載量減少3～4 kVA。

4 UPS主機的選型和冗余方式

UPS主機的選型需使用知名品牌、提供有效檢測報告、售后服務能力有保障的正規廠家產品，必須根據行業規范的技術參數對照檢查。目前，主流廠家推出了在線雙變換式的UPS主機，支持模塊熱插拔，采用全數字化控制技術，具備智能化管理功能，其實質就是相同功率的模塊N+X并聯冗余，當某塊模塊故障，可進行熱更換而不影響正常工作。在功率容量方面，本次改造項目確定5+1塊（1為冷備）20 kVA的功率模塊，雖然目前也有智能管理的功率模塊可實現智能休眠，但根據投入運行后負載量，在晚上非上班時段測到的功率減少僅有3～4 kVA，因此在后期維護時，項目采用定期、手動方式進行1塊冷備功率模塊在該機框輪換插拔，實現功率模塊的輪換接入使用，達到在用與冷備模塊同步使用同步老化的目的。

項目針對UPS電源的冗余方式采用2N雙總線系統。兩臺UPS主機獨立運行，分別輸入至雙電源設備和節目播出主備通路的字幕機、播控機等單電源設備，其余設備則按UPS電源輸出三相均衡調配供電。改造項目建設過程中，考慮到未來融媒體中心新設備的增添，在首期選用160 kVA的模塊化UPS主機時，規劃增加了功率模塊，可擴容至100 kVA或更大容量。考慮到單點故障問題，二期項目根據廣播電視安全播出的要求以及UPS主機、供電輸出線路的備份等需求進行綜合考慮，最終確定再配備1臺UPS主機，形成獨立的雙機運行系統。

5 蓄電池組的配備

蓄電池組的后備時間決定了電池組容量，進而很大程度上影響整個UPS電源系統的經濟性[5]。鑒于本次融媒體中心改造項目在配備了柴油發電機的基本保障下，確定后備時間為2個小時，改造時根據蓄電池組內阻分析儀測試結果，暫時利舊原兩組40只×3組的蓄電池組。

蓄電池組容量×電壓/主機額定功率×0.75（功率因數）=滿載時蓄電池工作時間。以目前融媒體中心UPS主機（60 kVA的額定工作功率）為例計算，40塊×3組=120塊蓄電池，額定放電電壓12 V，容量100 Ah。系統滿載時，蓄電池組工作時間為100 Ah×3組×40塊×12 V/60 000 W×0.75=3.2 h。改造完成之后，2臺UPS主機的視在功率分別為32 kVA和23 kVA。如果以實際負載功率計算則可達4.5 h。經過實際放電測試，視在功率為32 kVA的蓄電池組，放電2.5 h后電壓達230 V左右，說明利舊電池組完全滿足要求。

6 改造后的運行效果

UPS電源系統改造投用1年多以來，性能可靠，運行穩定。在此期間，逐漸出現不少內阻增大、浮充電壓升高達14 V的蓄電池。結合電池組使用年限已達6年的情況，維護人員陸續更換了近20節電池。近期，將更換3組100 Ah×32塊×12 V的全新蓄電池組，其中2組接入視在功率為32 kVA的UPS主機，另1組接入23 kVA的UPS主機。與此同時，調整UPS電源負載的部分輸出線路，將UPS主機的視在功率分別調整為36 kVA和19 kVA左右，與新配蓄電池組的工作時間匹配。這樣，最大化利用了原有蓄電池，在節約成本的同時又使供電得到保障。

7 UPS電源系統維護應注意的問題

根據相關資料，UPS電源系統的維護工作主要集中在蓄電池組部分[6]。模塊化UPS主機配備了遠程監測智能管理軟件，可實時讀取UPS的輸入輸出電壓、電流及負載等狀態參數值。本次改造還安裝了蓄電池在線監測系統，實時采集電池組的總電壓、電流、溫度等參數，監測每只電池的內阻、電壓、溫度，為檢測、維護蓄電池組提供了準確的科學依據。

為保證UPS電源系統的正常運行，除做好電源主機等系統的日常定期實地巡查和監測系統管理外，特別要注意蓄電池組的維護性放電，防止電池深度放電。在放電過程中，通常使其放電容量達到其額定容量的50%就要停止放電，以免影響循環使用壽命。在蓄電池放電維護的時候也可以使用UPS主機的自檢功能，設置放電時間，無需斷開市電開關，當主機檢測到蓄電池低壓時自動轉為市電模式，這樣極大地避免掉電風險。

8 結 語

本文以重慶融媒體中心UPS電源系統改造總體方案為例，介紹UPS電源系統改造的技術路線、設備需求，對比分析了改造效果，提出了UPS電源系統的維護注意事項，對我國廣大融媒體中心的UPS電源系統改造有一定參考價值。