智能一體化UPS 電源系統設計方案

李永紅，吳 昊

（貴州省廣播電視局八九六臺，貴州 六盤水 553300）

0 引 言

因電網供電不穩定，造成臺內經常停電，并且來電后產生的瞬間供電高壓對發射設備造成電涌沖擊，超過發射設備的承受上限，引起設備損壞。雷雨天氣對電網形成直擊雷、感應雷等雷擊浪涌影響，加上電網供電質量不高，電網內諧波、雜波嚴重，影響臺內設備形成線路和設備元器件的波形共振等，造成發射設備無效功率因數增大，影響設備壽命、發射效率及穩定性。智能一體化不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統設計的主體框架采用雙回路供電方式，重要工藝用電負荷使用2 套獨立運行的保障型UPS，為切換單元與饋電單元供電，不受單一電源故障停電的威脅。

1 雙套獨立供電系統設計

整個臺站實現2 路市電雙回路供電，當一路外電發生故障時，自動切換到另一路外電。同時，配備柴油自發電系統。在整個低壓配電系統實現雙配電室、雙UPS 及雙橋架走線獨立供電，避免單配電室故障、火災等極端情況導致供電中斷[1]。

低壓配電系統主體框架采用雙回路供電方式，重要工藝用電負荷使用2 路獨立運行的智能一體化UPS供電。低壓供電設計采用2 套電源切換單元、2 套智能一體化UPS 及2 套饋電單元供配電。系統正常狀態下，2 套電源獨立運行，互不影響。當其中一套電源出現故障無輸出時，所有用電負荷不間斷地自動切換到另一套電源供電。延時切換時間可選0 ～30 s，雙分位置固定設置3.5 s 延時切換，避免電力供電中斷導致停播。

此外，增加數據采集通信，在智能一體化UPS系統的監控終端可以實時監看、查閱及遠程控制配電的使用情況。配電系統流程見圖1。

圖1 配電系統流程

2 雙配電室智能一體化UPS 系統設計

2.1 智能一體化UPS 柜

智能一體化UPS 系統由5 個柜體組成，可以保證電源在任意時段的自動切換[2]。

第1 個進線柜由兩路市電進行切換，將切換后的市電分成兩路：一路進入配電三室供生活用電，另一路進入第2 個隔離穩壓柜（以下簡稱隔穩柜）供工藝用電。采用ABB 框架式聯動雙電源切換。第2 個隔穩柜由市電和柴油發電進行切換，保證外電進來后，在一定范圍內處置諧波、浪涌、三相不平衡，并進行變壓穩壓輸出。第3 個柜為UPS 主機柜，采用12 脈沖的工頻機。第4 個智能饋電柜能夠采集每個支路的運行狀態、參數，并在本地主控計算機上顯示。第5 個電池柜所配備的蓄電池組能在兩路外電都停電且自發電系統未啟動正常供電時，滿負載延長供電30 min。每個電池模塊都增設了電池巡檢儀，在整個機組平臺上可以實時了解每節電池的電壓、內阻及溫度，避免電池接線松動或管理不當導致電池過熱引起爆燃起火。2 個電壓配電室配置了專用精密空調，可以將配電室整體溫度控制在16 ～25 ℃。

2.2 智能一體化UPS 單元

智能一體化UPS 單元具備輸入線路隔離、防雷、自動切換、智能顯示及數據通信等功能，可以實現2路市電自由切換、互為備份。當2 路外電故障時，該單元可提供自發電系統自啟動信號，無須工作人員手動切換開啟。

雙電源切換柜臺站現有的高壓變系統容量為250 kVA，考慮綜合設備的功率因數與線路低電壓長期運行等情況，選用400 A 雙電源切換柜，并根據國標規定在輸入端采用截面積為185 mm2的電纜。結合臺站設備的效率和后期增加設備的可能性，預留一定功率量，最終選定單套容量為125 kVA 的智能一體化電源。該電源系統主要由市電與油機切換供電單元、隔離單元、穩壓單元、UPS 單元、后備供電電池組單元及智能監控單元等組成，能夠確保后端工藝類用電負荷不間斷運行。

智能電池管理系統由蓄電池組監控主機、單體電池采集模塊、直流電壓變送器、霍爾電流傳感器、分體式電池儀配件Ⅶ、分體式電池儀配件Ⅷ及智能電池管理系統后臺軟件等組成，能夠監測蓄電池運行狀態，測量單體電池電壓、極柱溫度及內阻，支持雙電源供電，支持高壓直流240 V 或交流220 V 供電。系統采用低功耗設計，工作電流小于7 mA，支持反接保護、過壓保護。

輸出饋電單元采用GCS 抽屜式配電柜，具有10路輸出。單個配電單元間可互為備用，具備分路用電數據實時監控功能，可通過后臺轉換上傳至智慧用電監控管理平臺，方便值班員了解發射機用電情況。母線單元室、功能單元室、電纜室之間及功能單元的不同回路之間都嚴格隔離，且分隔清晰。聯鎖功能單元的操作手柄有2 個，一個手柄控制抽屜的連接、試驗、移動及隔離等位置，另一個手柄控制開關的接通和分斷。母線搭接處均采用搪錫處理，以降低連接處溫度。連接主開關的母線外部加裝阻燃、自熄性的熱塑套管，垂直母線外部加裝阻燃的絕緣罩殼，其防護等級達到IP20。碰接式螺柱焊機將接地螺栓牢牢焊接在側板和門板上，構建完善可靠的接地系統，確保系統安全運行[3]。

3 發射設備供電系統設計

發射設備供電系統中配備了2 路市電和柴油機自發電系統供電。當2 市電同時出現故障時，啟動柴油機自發電系統供電，確保發射設備持續運行。柴油發電機同步自啟停的百葉窗通風口設計，既保證了柴油機房進出風口空氣流通，又能在柴油發電機關閉時及時關閉窗口，防范蚊蟲、鼠害等[4]。

自發電系統采用1 組產品型號為THLV200PM 的柴油發電機組供電。臺站生活類用電負荷在2 路市電同時出現故障時不考慮用柴油機自發電系統供電，只使用智能一體化電源供電。考慮智能一體化電源的主要功率部件為UPS，根據UPS 的使用特性和發射臺工藝類用電負荷，UPS 與發電機功率配比為1 ∶2，選用供電總容量為250 kVA 的發電機供電較為合理。

生活用電與技術用電需分開供電，避免生活類負載用電與技術類工藝用電故障連帶。原低壓配電系統的配電、穩壓、饋電設備增加數據采集通信，在新裝智能一體化UPS 系統的監控終端，同樣可以實時遠程監看、查閱及控制生活配電的使用情況。

智慧空開具備本地和遠程智能控制功能。通過在關鍵節點加裝溫控傳感器，當檢測到溫度超過設定值時，智慧空開不僅能自動切斷，還能提醒工作人員通過電腦或手機遠程關斷與開啟。

4 靜態轉換開關不間斷切換

靜態轉換開關可以在6 ms 內實現不同輸入電源之間的不間斷切換，為單電源負載提供雙母線供電。正常工作狀態下，當主電源處于正常的電壓范圍時，負載一直連接主電源。在主電源發生故障時，負載自動切換到備用電源，待主電源恢復正常后，負載又自動切換到主電源[5]。

靜態轉換開關采用先斷后通的切換方式，具備以下功能。第一，高低壓保護。當輸入交流低壓或超壓時，設備會自動轉向另一路電源。第二，智能檢測。當某一路市電斷電時，設備會自動切換到另一路，避免人工切換或斷電的危險。第三，超載保護。當總負載超過設備負載的100%～125%連續30 min、125%～150%連續20 s、150%～300%連續2 s 時，設備將自動關斷輸出并報警，10 s 后再次自動開啟。第四，智能報警。當市電斷電、超限時，設備會自動報警，90 s 后自動消音。第五，手動切換。當2 路電源正常時，可隨意將負載轉向另一路電源供電；當某路市電斷電或超限時，設備會自動鎖閉，可手動切換。

系統采用液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）直觀顯示靜態轉換開關的運行狀態、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流以及工作狀態等，通過高性能的保護機制提升系統運行的安全性和可靠性。

5 結 論

廣播電視發射是無線覆蓋的重要組成部分，是意識形態工作和輿論宣傳的重要陣地。按照標準化、智慧化、經濟化及實用化的原則，兼顧未來快速增長的發展需求設計智能一體化UPS 系統。該系統建成3 年以來運行穩定，未出現電源故障導致的停播事故，符合先進、合理、可靠、經濟及完善的要求，為解決廣播電視發射機房的配電保障提供借鑒。