广播电视系统中UPS电源的设计、应用及维护

■桂林广播电视发射台：林东

UPS电源又被称为不间断电源，是广播电视传输发射机房中的一个重要设备，其以逆变器作为核心部件来实现稳压稳频输出，在电力供应出现故障的情况下，能够有效保障广播电视系统的安全和稳定运行。现阶段我国广播电视系统领域正处于数字化和产业化转型的关键时期，广电系统正经历各种新技术运用以及运行维护模式的创新，针对系统的运行安全稳定性提出了更高的标准和要求，与此同时，也为电源管理方案的可维护性和可靠性提出了全新的标准。在广播电视台节目的制作和信号发射等不同环节工作中，需要借助电力系统为其提供电源的稳定、持续供给，若是电源系统出现故障，则会导致整个广电设备系统出现全面瘫痪。因此，对UPS电源进行深入的研究具有十分重要的现实意义。基于此，本文针对广播电视系统中的UPS电源方案进行了设计并对UPS电源系统在广播电视中的应用进行了介绍，最后给出了UPS电源日常维护的注意事项。

1. 广播电视系统中UPS电源设计方案

1.1 设计要求

对于广播电视发射机房中所使用的UPS电源进行设计时，首先应保障电源系统符合我国现行供电系统的标准，市电接入电源应按照相关实施细则标准进行设计，因此，UPS电源系统应具备2个低压回路，其中一路用作市电独立低压回路，另一路则用作发电机独立低压回路[1]。此外，还应保障2个低压回路都应配备对应的UPS电源机组，以便确保低压回路的正常运行。而在选择发射机房的UPS电源系统时，也应结合广播电视机房的设备，优先选择工作时长能够在1h以上的UPS电源系统。

1.2 设计步骤

1.2.1 电容量设计

一般来讲，广播电视传输发射机房可以分为三个模块来实现对信号数据的接收和发射。具体为：第一部分是微波信号接收设备以及FM广播发射设备；第二部分为电视发射设备；第三部分为广播电视工作使用设备。其中，微波信号和FM广播发射接收设备的负载通常为2kW，而电视发射设备的负载为3kW，日常使用设备的负载为2.5kW。而广播电视传输发射机房设备的输入功率通常都在0.7kW，据此，就可以将所有设备的额定负载功率进行累加，进而得出总功率。但需要注意的是，某些设备需要在正常工作状态下才可以得到具体的负载，在得出所有设备的负载后，就可以计算出所需UPS电源的容量，具体的计算公式为：

式中：Cups为所需UPS电源的容量，Cload为所有设备的负载。

一般情况下，广播电视传输发射机房中所有负载容量的大小为UPS电源容量的75%，而在进行计算过程中，也会将电源的使用寿命设定为放电容量的80%。广播电视传输发射设备在启动时会受到冲击电流的影响，因此，将UPS电源的负载率设定为了75%，而在电源负载率超过75%之后，电源系统会保持较高的工作效率，此时就可以将UPS电源系统设定为3路供电，而UPS电源的额定容量至少应为6kVA。而要想保证UPS电源的供电时间持续1h之上，还应做到UPS电源系统的输出达到三相负载平衡，并在UPS电源供电的过程中，及时启动柴油发电机来为其进行供电，以保证UPS电源能够工作较长的时间。

1.2.2 配电系统设计

本文所设计的UPS电源供配电系统的工作原理如图1所示。由图1可以看出，UPS电源系统中的两个低压回路分别接入了柴油发电机和市电回路，其中柴油发电机回路需要使用三相电源作为输入电力，而市电回路则需要使用变压器作为输入电源。UPS供配电系统可以利用三相切换开关将电力传送至三相稳压器，为设备提供稳定性较高的三相电源。而三相配电柜则主要用于对三相交流电的用电单元进行分配，在该系统中采用了三相四线制对电源进行传输，且每一组电源都配备了对应的UPS电源系统，如此一来，即便是在市电突然中断情况下，也能够将UPS电源系统快速接入至设备中进行供电。系统中每一台UPS稳压电源所供应的设备是不同的，其中，FM发射机柜中包含了微波接收机和发射机等设备，而电视发射机柜中主要为RF推动设备，日常供配电设备中则包含了机房照明和其他温度控制设备。此外，在每台UPS电源的稳压电源器内部还安装了旁路开关，这样就可以确保在UPS电源系统无法正常工作时，也可以切换至人工模式对设备进行供电。

1.3 接地防雷设计

接地防雷设计也是广播电视传输发射机房中一个十分关键的内容，如果出现接地不良的情况将会对广播电视机房的安全产生严重影响，甚至会因此引发重大安全事故[2]。一般对广播电视发射机房进行接地防雷设计需要对机房中的设备电源进行接地，并同时设置防雷接地和两套地网，确保电源的接地电阻和防雷接地电阻均小于3Ω。此外，在广播电视机房中还应铺设铜条，为电源接地提供良好的条件，而UPS配电柜则应安装防浪涌设备，做到对机房中设备的全面保护。

2. UPS电源系统在广播电视系统中的应用

当前阶段，在广播电视系统之中UPS电源的应用场景主要有发射系统电子电气设备提供稳定持续的电源供应。在供电系统正常输入情况下，UPS还可以作为稳压器来使用，必要时还可以为电路负载提供电力支持，也能够作为备用电源为供电电池进行反向充电。但随着UPS电源的不断发展和对各种先进科学技术的应用，具有自动化、智能化功能的UPS电源系统开始被广泛应用开来。

从实际情况来看，由于广播电视无线发射站通常都会建设在山上，距离城市较远且较为偏僻，这也导致了要想保证对其供电的稳定性具有较大的困难。在传统供电模式下，即便是采用多路电源进行同时供电的方式也会存在着电路切换和重启等供电空白。而在引入在线式的UPS电源系统来为广播电视系统进行供电之后，则可以有效解决该问题，避免出现备用电源二次供电造成的断电现象，实现对广播电视发射系统的持续不间断供电。

2.1 应用功能对接

2.1.1 供能计算

在采用单个UPS电源系统来为广播电视系统进行供电的情况下，通常需要满足持续发射系统赋能3h以上，假设机房负载P为50kVA，那么在UPS电源系统工作效率为90%的情况下，至少要54.5kVA的UPS电源为其进行供电。

2.1.2 电池优化

UPS电源电池容量的计算公式为：

式中：CAH为电池容量，I为电池的实际电流值，S为实际的放电速率。本文设定UPS电源为广播电视持续供电3h，机房负载仍为50kVA，供电电压为10.5V，UPS电源工作效率为90%，结合UPS电源实际输入电压的数据，通过上述公式即可计算得出需要32个12V/100AH的电池，采用并联的方式进行供电，才能够满足广播电视的工作需求。

2.2 智能模式准入

2.2.1 智能准入系统

在实际应用中，广播电视系统通常会配备有主用和备用两套电源，且该电源经过ATS双电源自动转换开关之后，会自动优化采用何种电源来对广播电视进行供电，并结合负载监控数据开展智能化供电[3]。同时该智能准入系统还能够对运行中的设备数据进行监测，在满足设备工作性能的同时，做到在最大程度上保护设备安全，进而实现不间断输出的目的。UPS电源智能准入供电系统的流程如图2所示。

2.2.2 远程接入服务

现阶段，在线式的UPS电源系统大都采用了智能模块，不仅可以为广播电视系统进行供电，同时还能够远程、实时的SNMP接入网络，以实现对网络后台的监控。如此一来，不仅可以提升维护保养时对设备数据的采集和分析效率，同时还可以结合系统监测技术实现对广播电视系统局部重点部位的数据采集和预警。除此之外，UPS电源系统所具有的实时数据传输功能，还可以依据相关预案对出现的问题进行自动处理，以达到在实时监测需求下，提升系统的智能化处理能力和响应速度。

2.3 服务场景匹配

2.3.1 市电供应

在采用市电对广播电视发射站进行供电时，接入在线式UPS电源系统，能够有效起到稳压和滤波的作用，从而为无线台站提供纯净的电力资源，同时为备用电池的蓄电提供支持[4]。这主要得益于在线UPS系统在正常工作模式下，会开启逆向转换功能，如此一来，在供电发生故障的情况下，就可以由在线UPS系统直接介入对无线台站进行供电，从而有效避免了断电情况的出现。从广播电视系统的工作状态来看，以市电为基础供应的UPS工作状态是固定模式，因此在线UPS电源系统也需要在这种环境下完成对电能进行储备和稳定供电网络的任务，以便切实保障无线台站的平稳运行。

2.3.2 多模整流

在供电系统较为稳定的状态下，为了能够在最大程度上降低能量损耗，可以采用将市电进行整流后为无线台站负载进行供电，在该模式下，UPS电源系统所能够发挥出的作用受限，因此也不需要开启逆向转换功能来对系统电路进行稳压。

2.3.3 蓄电转化

在无线台站供电系统运行过程中出现突发状况时，在线UPS电源系统会及时介入为系统进行供电，采用将储存在电池中的直流电转换为交流电的形式来为负载设备提供电力，从而实现无线台站的不间断供电。

3. UPS电源日常维护注意事项

为了保障UPS电源系统随时处于正常工作状态下，提升电源的使用寿命，还应对电源进行定期维护保养。通常来讲，UPS电源系统的维护保养主要分为两部分内容:主机和电池。

3.1 UPS主机维护

广播电视传输发射机房中所使用的UPS电源主机通常都是智能型的，这种主机对于环境温度有着较高的要求，因此，在实际使用过程中应注意做好机房的通风散热工作，保持机房中环境的清洁干燥，并同时确保UPS主机前后通风处顺畅未被堵塞，定期采用吸尘器、毛刷等工具对主机风扇上的粉尘进行清理，以避免粉尘进入至机箱内部造成局部电路过热，进而损坏主机中的元器件。

在断电的情况下，应尽量避免带有负载直接启动UPS电源，正确的做法是应首先关掉负载，等到UPS电源完全启动之后再接入负载，否则将会产生多负载冲击电流，导致UPS电源瞬时过载，甚至会损坏变换器。在使用UPS电源之前还应对其进行系统的检查，确保UPS接线正确，并严格按照使用说明书上的要求将地线、零线和火线进行正确可靠的连接，且在使用过程中不得随意更改相互之间的顺序。这样就可以在最大程度上保证人身安全，并避免因出现事故而造成对UPS电源的损害[5]。此外，还应注意的是严禁对UPS电源进行频繁的开关机操作，最好能够使其长时间处于开机状态，当UPS电源关闭之后，要想重新启动，则至少应间隔6s以上的时间，否则将会导致UPS电源的重启失败。

3.2 UPS电池维护

首先尽量运用高品质、免维护的优质电池。电池性能的好坏，将会对UPS系统的安全稳定性带来直接影响。选购电池时，可以选择容量相对较大的不间断电源系统，除了可以进一步减少维护成本，若是出现负载设备扩充需求，需要较大容量的不断电系统，仍然可以保障该UPS电源系统的稳定运行。一般情况下，需要每3个月到6个月对UPS电池进行一次大规模检查，明确UPS电源的端电压和内阻是否满足要求，若是发现电池端电压已经低于最低临界值，则需要对电池进行更换或是展开均匀充电处理。

其次需要定期进行充电和放电处理，UPS电源由于长期需要和市电进行连接，若是在极少出现市电停电的环境中，蓄电池会长久处于浮充电状态，长此以往，则会导致电池的化学性能下降，在电能转化过程中活性有所不足，电池老化速度加快，其使用寿命缩短，因此需要每隔1～2个月进行一次完全放电。放电的具体时间可以综合当前广播电视台的蓄电池容量以及负载情况来进行明确。另外，在进行充电时，可以选用浮充和均充[6]。在电池均充状态下，充电电流低于自动转换的临界值，同时维持三个小时之后，系统会从均充自动化转变为浮充；在电池处于浮充时，当充电电池电流要远高于设定的自动浮充转换电流值，系统由浮充转为均充。

4. 结束语

UPS的电源可以确保广播电视系统实现不间断供电，对于保障电网的稳压和净化，进一步降低波动和杂波污染有着非常重要的作用。本文所设计的UPS电源方案能够满足广播电视系统中日常使用的需求，但同时需要注意的是UPS电源系统是一个较为复杂的设备，针对其日常的使用维护应遵循一定的规则和方法，以便确保其时刻处于一种良好的工作状态下。