大功率UPS在广电无线发射台中的应用

韦宏朝 徐有返 曾添基 刘思思 陈天江 李泽

（广西广播电视技术中心玉林分中心）

一、前言

无线覆盖作为广播电视信号传输的主要方式，为广大人民群众提供丰富多彩的广播电视节目，极大地丰富了人民群众的业余文化生活，已成为广大群众业余生活不可缺少的一部分。随着社会的发展以及人民群众对广播电视节目收听收看的要求越来越高，广播电视信号安全优质播出中愈发重要。而电力作为无线发射台站的“血液”，是决定节目信号是否安全优质播出的关键，若电力供应出现故障，势必会造成广播电视信号的停播，因此引入大型UPS创造稳定的供电环境是非常必要的。

二、UPS的基本原理

UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种具有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频不间断电源，主要用于重要系统为电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电异常时，UPS立即将电池的电能，通过逆变向负载继续供应220V交流电，实现了不间断供电，使负载维持正常工作并保护负载硬件及软件数据不受损坏。UPS按照输出容量划分大小，10KVA以上为大型UPS。

（一）UPS基本构造

图1 在线式UPS原理框架图

目前大功率UPS全部为在线式UPS，它具有双变换在线式电路结构，属于串联功率调整传输方式。其主要由7部分组成，即输入整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变器电路、静态开关电路、控制监测显示及保护电路，如图1所示。

（二）UPS工作原理

在线式UPS正常工作时逆变器一直处于工作状态，市电存在时，将市电交流电通过整流滤波电路变换为直流电，然后再将直流电通过DC /AC 逆变器变换成纯净稳定的正弦波电压向负载供电。后备电池接在直流母线上，市电掉电后，由电池逆变后给负载继续供电。在线式UPS主要功能是稳压及防止电波干扰，同时对蓄电池充电管理，在停电时则使用电池给逆变器供电。

（三）UPS四种工作模式

1.市电模式

市电接入UPS后，经过稳压、滤波、稳频处理后给负载提供稳定的电源供应，同时市电通过独立的充电器给后备电池充电。此时UPS处于时刻准备着的状态，一旦市电发生异常（断电、大幅度波动等）UPS立即接管负载的电力供应，将电池的电力储备经过逆变器处理后给负载提供稳定的正弦波交流电。市电模式是UPS的正常工作模式，在此模式下UPS可以发挥不间断供电的职能，保护核心设备的稳定运行。

2.旁路模式

市电经整流、滤波处理后不经过逆变器直接给负载供电。此模式下UPS不能发挥不间断切换的功能。

3.电池模式

一旦市电发生异常时，将储存于蓄电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到持续供电功能。

4.维修模式

当UPS电源进行检修时，通过手动设置旁路保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动UPS电源，此时的UPS电源转为正常运行。

三、UPS系统设计

（一）运用UPS的目的

广播电视无线发射台站大多处于偏远高山上，市电供电极其不稳定，台站虽然配备二路供电，在一定程度上避免了停电引起的长时间停播。但自动切换装置的切换时间约为0.3至0.5秒，油机启动也需要一定的时间，在这期间设备会掉电停机，所以两路供电仍不能完全保证供电的连续性，特别是在主电源中断后又立即恢复的情况下，自动切换装置可能会从主电源切至备用电源后又立即切回，造成供电两次中断，而且电源闪断带来的冲击很有可对设备造成危害。引入大功率UPS作为全台供电电源完美地解决了市电停电、闪断、电压波动、电网杂波干扰等危害，达到发射设备不间断播出的目的。

（二）UPS的选择

1.主机的选择

UPS作为全台供电电源使用，需要为全台设备提供3个小时的供电时间，以机房负载40KVA为例，以UPS运行效率80%计算，需要选择至少48KVA以上的主机。

2.后备电池的选择

蓄电池放电电流的计算公式

I=P×0.8×COS∮÷（N×M×U），其中P为UPS额定功率，COS∮为UPS输出功率因素，N为逆变效率，M为电池个数，U为电池最低放电电压。

蓄电池容量的计算公式

容量（AH）=电池放电电流÷放电速度

以机房负载40KVA，供电时间3个小时为例，电池最低放电电压为10.5V，逆变效率为0.9，再加上30%的冗余，综合主机额定输入电压实际情况，应选择12V/100AH铅酸免维护电池一组30个，共四组并接。

（三）UPS的接入

1.接入配电系统

广播电视三级以上无线发射台站均有主备两路电源，主备电源经过ATS优选后输出供负载使用，大功率UPS作为全台电源使用，为达到不间断输出应接在ATS后，如图2所示。

图2 UPS接入配电系统

2.接入远程监控

目前UPS主机均可通过SNMP网络适配器接入远程监控系统，具有实时监控、报警管理、统计和人机交互功能。其两项重要功能是实时监控功能可以对UPS各种运行参数及状态进行有效的监控；报警管理功能可以在超越报警登记及使用权限时产生报警信息，并将该信息传递给系统管理人员，以便于管理人员能够采取切实可行的措施进行处理。

四、UPS使用与维护检修

（一）使用中注意事项

1.如果考虑后期扩容，选择了较大容量的主机，实际使用中应根据油机的现有功率设置UPS主机的输出容量。

2.不要频繁地关/开和启动UPS，间隔要6秒以上，否则可能“启动失败”—即UPS电源处于既无市电输出又无逆变输出的不正常状态。

3.不要超负荷运行，UPS电源最大负荷应是其标准负载量的80%，例于一台10KW的UPS、它最大负载是8KW，逆变状态下超负载使用，易击穿逆变三极管。实际使用中台站大型空调、生活用电、站外用电及各类感性负载，应接在UPS前。

4.遵循正常的开/关顺序，由于在一般负载启动瞬间存在冲击电流，会冲击UPS内部元件，缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件的损害。一般在旁路状态时，抗冲击能力较强，我们可以利用这一特点在开机时采用以下方式：先选市电给UPS，使其处于旁路状态（冲击电流由大到小），再逐个打开负载，然后UPS面板开机、使其处于逆变状态。开机时千万别将所有负载同时开启，也不能带负载关机。关机顺序：先逐个关闭负载，再将UPS面板关机，使UPS处于旁路工作而充电器继续对电池充电。若不需要UPS输出，将UPS完全关闭后再将输入市电断开即可。

5.要防止电池短路和过度放电，长期不用的电池应每三个月充电l2小时，而长期只充不放的电池也应每三个月放电一次。

（二）定期维护

1.日检

1）检查UPS是否处于开机状态；2）检查控制面板：确认所有LED指示正常，液晶屏显示的所有参数正常，面板上没有报警；3）有无异常噪声；4）检查风扇、避雷器等是否完好；5）观察机房温度，应控制在0至30度；6）观察机房是否潮湿，如果湿度超过90%，应启动抽湿设备；7）观察机房的灰尘等情况。

2.周检

1）测量并记录输入电压/电流；2）测量并记录电池充电电压/电流；3）测量并记录UPS输出电压/各相电流，并同以前数值进行比较； 4）检查各接线柱是否存在打火迹象。

3.月检

1）功能测试；2）检查电池。

4.年检

1）检查UPS功率器件和辅助器件，检查电容是否漏液、变形等；2）检查磁性元件是否过温痕迹、紧固程度及有无裂痕；3）检查电缆是否老化、磨损和过温痕迹，检查印刷电路板接头须牢固；4）检查印刷电路板清洁度和完整性。

（三）维护工作中重点内容

1.测试“市电逆变”和“市电旁路”切换是否正常

首先确认设备工作于“市电逆变”，做好负载的数据备份等；再按“关机”键，使设备由“市电逆变”转到“市电旁路”；如果正常，再按“开机”键，使设备由“市电旁路”切回“市电逆变”。

2.测试“电网供电”和“油机供电”的切换

首先确认设备工作于“电网输入”，做好负载的数据备份等；再进行“油机”切换，使设备由“电网供电”转到“油机供电”；如果正常，运行一段时间后，再切换回“电网供电”。

3.测试“市电逆变”和“电池逆变”切换是否正常

首先确认设备工作于“市电逆变”；再切断设备的市电交流输入，观察设备能否切换到“电池逆变”；如果正常再加上市电，使设备切回到“市电逆变”。

4.电池检查

对电池放电检查一定要保证负载安全性的前提下进行。进行电池放电检查前，要确认电池已经充满，且负载量不低于UPS标称容量的30%。可以通过后台监控发出电池自检命令，进行自检，也可以通过手动放电，测量电池组端电压与放电时间的曲线，测量每节电池端电压的变化，评估单节电池的健康状况。

五、总结

大功率UPS的应用有效地解决了广播电视无线发射台站市电停电、闪断、电压波动、电网杂波等危害，为设备提供稳定、纯净、高质量的不间断电源，进一步保障广播电视节目安全优质播出，更好的适应社会的发展以及人民群众对广播电视节目收听收看越来越高的要求，更好的服务人民群众。