UPS电源在广播播控中心的应用及维护

李鹏飞

内蒙古广播电视台 内蒙古 呼和浩特市 010050

广播播控中心是广播各个频率信号调度、分配、传输和监听监看的中心所在，广播存在安全播出不间断的要求，确保供配电系统稳定运行是实现这一要求的关键，UPS不间断电源的配备大大提高了供配电系统的稳定性，也为广播整体安全播出工作提供了重要保障。《广播电视安全播出管理规定》要求省级台UPS电池组后备时间应达到设计负荷工作30分钟以上，主备播出设备、双电源播出设备应分别接入不同的供电回路。

1 供配电系统简介

广播播控中心作为广电传媒中心的驻在单位，技术区域均使用统一配套的供配电系统。工艺配电为双路独立供电系统，从两处不同地方引入两路高压专线，经两台互为备用的工艺专用变压器降压后，分别送至广播电视技术区域工艺配电室和楼层强电间。工艺配电室单独配备UPS，向播控中心和重要机房提供不同两路工艺电。楼层强电间向一般技术用房提供单路工艺电。在单路外电中断或单个工艺变压器出现故障时，联络开关自投，为工艺配电室提供相同双路工艺外电，在双路外电中断或两个工艺变压器出现故障时，则通过应急发电机电源为工艺配电室供电。配电结构图如图1所示。

2 UPS的组成及分类

UPS中文意思是不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。当市电正常时，UPS起到稳压器的作用，同时给内部蓄电池充电。如果遇到突发停电时，UPS立即通过逆变转换将蓄电池的电能转成220V交流电输出到负载［1］。

2.1 UPS的结构组成

UPS不间断电源系统由五个主要部分构成：输入电路（主路、旁路、电池等）、整流器、逆变器、电池组及切换电路。下面就整流器、逆变器、电池组作简要介绍。

图1 工艺配电系统结构

2.1.1 整流器

整流器的功能是进行AC/DC变换，并实现UPS电源系统的稳压功能，有可控硅整流器及高频开关整流器，可以根据外电变化控制输出幅度，即使外部电压不稳定，仍能输出幅度基本不变的整流电压。

2.1.2 逆变器

逆变器是UPS电源系统的核心，主要功能是进行DC/AC变换，将电池组的直流电逆变成交流电，其性能的优劣对整个UPS电源系统的可靠性、重量体积、效率等产生关键影响，可以说逆变器决定了UPS。

2.1.3 电池组

电池组的主要功能是储存电能，将交流电通过整流器变成直流电储存起来。另外，电池组的重要功能是对脉冲干扰进行屏蔽，交流电通过整流器不能把瞬时脉冲消除掉，电池组可以被看作是与整流器相连的一只大电容，利用电容的平滑特性（即电容两端的电压是不能突然变化的）消除干扰脉冲。

2.2 UPS的分类

UPS电源系统可以按照工作原理、供电体系、输出功率、后备时间等进行分类，目前较为常见的是按工作原理进行分类，分为三种：后备式UPS（Off-Line UPS）、在线互动式UPS、在线式UPS（On-Line UPS）。

2.2.1 后备式UPS

后备式顾名思义是处于后备、等待状态，当市电输入异常时，UPS会立即切换到逆变工作状态，但需要切换时间，一般小于10ms。因为存在延时，使得后备式UPS只能用于办公室、家庭等要求不高的设备上，其优点是线路简单、价格便宜。

2.2.2 在线互动式UPS

当市电输入正常时，逆变器反向工作给电池充电；当市电输入异常时，逆变工作立即启动，将蓄电池的电能变为交流电进行输出。在线互动式UPS需要转换时间，但是其保护能力较好，逆变输出的波形为稳定的正弦波，可以进行智能监控，一般适用于一些小型机和服务器。

2.2.3 在线式UPS

在线式UPS开机时，逆变器一直处于工作状态。当市电输入正常时，充电器给电池组充电，并把电池组的直流电转成交流电提供给负载，而不是市电直接到负载。如果市电输入异常，在线式UPS能立即转换到电池供电，不需要转换时间，即零中断。其特点是持续无中断的输出稳定纯净的交流电，可以避免尖峰、浪涌等问题。由于需要投入的成本较高，适用于一些对电力稳定性要求严苛的工作场景中，如播控中心和关键网络设备。

图2 后备式UPS电源运行原理图

图3 在线互动式UPS电源运行原理图

3 UPS日常维护

3.1 定期检查

定期检测电池组每个电池的端电压和内阻，如果超出规定范围，可以通过对单元电池均衡充电来降低电池的内阻和各电池之间端电压的不平衡性。如果UPS电源长时间运行，则难以通过均衡充电消除单元电池的不均衡性，此时，必须把有问题的单元电池摘掉，如果不及时处理就会产生更严重的不均衡，造成运行安全隐患。

图4 在线式UPS电源运行原理图

3.2 合适的环境温度

环境温度是影响电池组使用寿命的主要因素。尽管温度升高对电池的放电有利，但会付出使用寿命大打折扣的代价，一般20～25℃是最适合蓄电池的环境温度，超过了25℃，环境温度每提高10℃，电池的使用寿命就会减少一半。环境温度太低也会降低电池组的容量［2］。现在UPS电池组使用的都是密封免保护的铅酸蓄电池，有5年的使用寿命。

3.3 按时充放电

市电正常的时候，UPS一般处于浮充状态，定期的充放电可提高UPS电池的化学性能，一般三个月进行一次。负载一般不要超过额定的60%，但负载也不能太低或空载，这样会造成过度放电，也会影响到蓄电池的使用寿命。

3.4 避免深度放电

UPS电池的使用寿命和它被放电的深度也有很大的关系，如UPS电源由于电压过低而自动关机，电池就会被深度放电。在实际使用过程中如何避免电池被深度放电呢？即在电池组向逆变器供电时，市面上的UPS电源一般都会产生间歇的报警，间隔4s左右，当听到报警声间隔变短且急促时，就需要立即进行UPS关机处理。

3.5 及时更换坏/废电池

如今，UPS电池组容量越来越大，有几十个单元电池甚至更多，这些单元电池通过电路连接成电池组，以满足应用场景的电力要求。在长时间的运行过程中，单个电池容量、功能难免会出现问题，此时检修人员应检测每个单元电池，找出有问题的电池并及时更换，更换时要注意厂家、类型应该相同，避免类型标准不一的电池的混用。

4 结 语

广播播控中心对电力系统要求高，需要无中断的提供电力保障［3］，因此必须配备在线式UPS电源。随着应用场景的不断变化，UPS行业也在持续发展，由单机到双机的冗余配置，可用性和可靠性并重。各种最新的电子技术、信息技术和控制技术应用于UPS的设计和生产当中，使得未来UPS的技术方向更趋于模块化、数字化、智能化和绿色化。