王 麟，聶廣才

（安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230022）

責(zé)任編輯:任健男

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，近年來許多廣播電視發(fā)射臺的設(shè)備逐步進(jìn)行了固態(tài)化、數(shù)字化改造，使播出系統(tǒng)的穩(wěn)定度和可靠性得到增強(qiáng)，整個廣電傳輸信道的質(zhì)量得以提高。但是新設(shè)備中包含大量的計(jì)算機(jī)控制、數(shù)字調(diào)制和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，需要高質(zhì)量的、不間斷的電源支持，否則供電的不穩(wěn)定容易造成設(shè)備損壞和工作不正常。不間斷電源系統(tǒng)（UPS）正是可以給負(fù)載提供不間斷、干凈、穩(wěn)定、無頻率突變、抗干擾、全天候、高質(zhì)量、正弦波電源的設(shè)備，一方面，UPS能夠穩(wěn)定輸出電壓，有效保護(hù)數(shù)字播出設(shè)備，另一方面，UPS能在市電斷電的同時自動切換為蓄電池供電。此外，UPS內(nèi)部裝有濾波器還能夠凈化電源，減少或避免電網(wǎng)上的干擾波對播出的影響以及對播出設(shè)備造成的損害。

1 原數(shù)字電視系統(tǒng)的供電方式及弊端

大蜀山發(fā)射臺是安徽省的中心骨干臺，也是全省最早開展數(shù)字電視試驗(yàn)和播出的臺站，地面數(shù)字系統(tǒng)包括21CH國標(biāo)標(biāo)清傳輸系統(tǒng)和38CH國標(biāo)高清傳輸系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)原先采用一主一備兩路外電電源，以此確保安全供電，主、備電源的切換方式有人工切換和斷電自動切換。這種配備方式可能帶來以下弊端：

1）停電事故

電源自動切換雖然能在一定程度上避免停電引起的長時間停播，但倒換時間大約在0.3～0.5 s左右，由于發(fā)射機(jī)的響應(yīng)時間遠(yuǎn)低于此，加上設(shè)備從斷電到恢復(fù)需要一定時間，仍會造成節(jié)目播出中斷，所以兩路供電仍不能保證供電連續(xù)性。

2）供電瞬間中斷

供電閃斷時，因時間較短，外電往往不會自動倒換，這種情況下，傳統(tǒng)的模擬設(shè)備在電源瞬間中斷后能夠立即恢復(fù)工作，有時甚至不會導(dǎo)致停播，設(shè)備一般也不會損壞。但數(shù)字設(shè)備在瞬間斷電后往往需要很長時間才能恢復(fù)，容易造成一定時間的停播，而且電源閃斷帶來的沖擊還極易對數(shù)字設(shè)備造成危害。

3）電壓波動范圍大

市電電網(wǎng)上接有各種大功率用電設(shè)備，這些設(shè)備的啟閉會造成電壓大幅波動，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，廣播發(fā)射機(jī)房供電電壓波動應(yīng)小于±5%，所以對引入的市電必須進(jìn)行穩(wěn)壓處理，大蜀山發(fā)射臺雖然采用的是帶調(diào)壓功能的變壓器，可適當(dāng)改善電壓波動情況，但在市電質(zhì)量很差的情況下，改善后的電壓仍不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4）電網(wǎng)雜波干擾嚴(yán)重

供電電網(wǎng)上連接有大量中、高頻設(shè)備，導(dǎo)致了各種雜波、非線性負(fù)載引起的波形畸變、電網(wǎng)工頻波動、毛刺、浪涌等電源干擾。而數(shù)字設(shè)備對此更加敏感，干擾容易影響到設(shè)備的運(yùn)行安全，甚至?xí)斐稍O(shè)備誤動作。

大蜀山發(fā)射臺地面數(shù)字系統(tǒng)中的主要設(shè)備為上海明珠DTV-1000型和同方吉兆國標(biāo)/CMMB數(shù)字1 kW型發(fā)射機(jī)，與另一部38CH的CMMB的數(shù)字發(fā)射機(jī)在出現(xiàn)以上4種供電異常狀況下，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)備重啟、控制系統(tǒng)紊亂、數(shù)字調(diào)制器（激勵器）參數(shù)變動、功放封鎖、器件損壞等狀況，其頻度大大高于大蜀山發(fā)射臺其余20多部非數(shù)字發(fā)射機(jī)，一旦數(shù)字電視進(jìn)一步推廣，數(shù)字節(jié)目的播出納入監(jiān)測考核體系，如此頻繁地停播和設(shè)備損壞是發(fā)射臺所無法承受的，因此發(fā)射臺的地面數(shù)字系統(tǒng)需要更可靠的電源系統(tǒng)來支撐。

2 地面數(shù)字電視不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備的選型

常用的UPS電源有后備式、在線互動式、在線式三種。其中，后備式和在線互動式UPS在市電正常時只是將市電經(jīng)穩(wěn)壓、濾波后供給負(fù)載，不可能消除市電電網(wǎng)上的所有干擾，市電異常時，兩者都會有將電池電能轉(zhuǎn)換為交流電的逆變時間，只是過程長短和輸出波形有所差別。而在線式UPS在開機(jī)后逆變器始終處于工作狀態(tài)，市電正常時電源通過整流器和逆變器提供給負(fù)載，同時充電器充電，當(dāng)市電異常時，轉(zhuǎn)換到電池供電不需要時間，是真正的“不間斷”。市電進(jìn)入U(xiǎn)PS時，先將交流電整流濾波轉(zhuǎn)換成直流電，通過這樣的轉(zhuǎn)換，市電中幾乎所有干擾都被清除，起到了凈化電源的作用[1]。

為滿足廣播電視“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”十二字安全運(yùn)維總方針的要求，大蜀山發(fā)射臺地面數(shù)字電視不間斷電源系統(tǒng)選擇UPS時首先應(yīng)考慮在線式。由于輸出為近似標(biāo)準(zhǔn)正弦波交流電，波形失真在3%以內(nèi)，提供的是無干擾的穩(wěn)壓、穩(wěn)額電源，再配以大容量電池箱（柜），真正實(shí)現(xiàn)了不間斷、高質(zhì)量的供電。在具體產(chǎn)品的選擇上，還應(yīng)注意以下4點(diǎn)：

1）應(yīng)選用過載能力強(qiáng)，帶有輸入、輸出變壓器的UPS；

2）UPS輸入端可適應(yīng)的電壓變化范圍要大，應(yīng)大于±20%，但輸出穩(wěn)定性要高，應(yīng)在±1%以內(nèi)；

3）應(yīng)具備故障自動旁路輸出功能和維修旁路開關(guān)，以便在線維修；

4）UPS負(fù)載應(yīng)為額定有功功率的25%～80%之間，建議在70%～80%之間。

經(jīng)過對市場上同類產(chǎn)品的比較，選擇了廣東易事特EA66系列模塊化UPS電源，系統(tǒng)包括交流輸入輸出柜、不間斷電源主控柜和2個電池柜，其中主控柜包括系統(tǒng)機(jī)柜配電、功率模塊、系統(tǒng)監(jiān)控器、靜態(tài)開關(guān)等功能模塊。

2.2 電力電纜選擇

電力電纜包括交流輸入、交流輸出和電池電纜，因交流輸出電纜是分路輸出，電池電纜為易事特公司提供，故系統(tǒng)搭建時主要考慮交流輸入和旁路輸入電纜的選擇。由于UPS安裝于室內(nèi)，而且距離負(fù)載較近，其走線多為地溝或明線，所以一般采用銅芯橡皮絕緣電纜，其導(dǎo)線截面積主要考慮3個因素：符合電纜使用安全的標(biāo)準(zhǔn)，符合電纜允許的溫升，滿足電壓降要求[2]。

UPS要求最大電壓降為交流50 Hz，回路電壓降比率≤3%，直流回路電壓降比率≤1%，如果壓降超過上述范圍，必須加粗導(dǎo)線截面積。

大蜀山發(fā)射臺選用的EA66-060型在線式UPS，其功率容量為60 kV·A，故每相額定電流為I相=P/（3×U相×cosφ）=60/（3×220）≈95 A。而旁路輸入額定電流可略小于每相額定輸入電流，該產(chǎn)品規(guī)定為每相75 A。

圖1為銅芯電纜100 m長回路的電壓降比率（節(jié)選），參數(shù)為50/80 Hz，3相，380 V。根據(jù)表中數(shù)據(jù)就可算出電纜需要的截面積。

大蜀山發(fā)射臺從配電房到UPS放置地點(diǎn)的電纜路由總長度約80 m，比照圖中100 A電流標(biāo)準(zhǔn)可查出，35 mm2的電纜就可滿足要求。大蜀山發(fā)射臺配的電纜為25 mm2，圖中沒給出該型電纜的參數(shù)，但根據(jù)電阻與長度成正比、與截面積成反比的特點(diǎn)，其電壓降比率也應(yīng)與電纜截面積成反比，由此可算出100 m該型電纜在100 A電流下的電壓降比率約為2.7%×35/25=3.78，這樣大蜀山發(fā)射臺電纜的電壓降比率就為3.78%×80/100=3.024%，略大于3%，為保險(xiǎn)起見，主輸入選擇兩根電纜并聯(lián)。同樣道理，旁路輸入可比照圖1中80 A電流標(biāo)準(zhǔn)，其電壓降比率為（2.1%×35/25）×（80/100）=2.352%，選擇單根電纜接入就足夠了。

2.3 UPS的供電設(shè)計(jì)

大蜀山發(fā)射臺2個配電變壓器的次級出線接至低壓配電柜中的控制柜，由其中的2個智能控制開關(guān)控制能自動倒換給負(fù)載供電，正常情況下使用主變壓器和其對應(yīng)的智能控制開關(guān)。UPS的供電有主輸入和旁路輸入兩路輸入，一般接配電柜的不同分接開關(guān)，但實(shí)際上是接在一路控制開關(guān)上的，當(dāng)斷電時會倒換至另一開關(guān)維持供電。但仔細(xì)分析，這種接法是有危險(xiǎn)的，智能控制開關(guān)就是一種ATS（Automatic Transfer Switching）開關(guān)，其本意是為了增加供電的可靠性，可一旦ATS發(fā)生故障，就會出現(xiàn)在用開關(guān)失電又無法及時倒換的情況。與一般的發(fā)射機(jī)類用電設(shè)備不同，UPS失電現(xiàn)象很難捕捉，因?yàn)閁PS會轉(zhuǎn)入電池逆變供電模式，如發(fā)現(xiàn)不及時，電池耗盡就會導(dǎo)致停播，帶來巨大損失。因此，UPS要求其主輸入和旁路輸入必須來自兩路不同路由的電源，并且分別設(shè)置輸入斷路器[3]。

經(jīng)考慮，在備變壓器輸出和其對應(yīng)的控制開關(guān)前端之間增加一個開關(guān)柜，將P2供電柜與其他供電柜獨(dú)立分開，只與該外接開關(guān)柜輸出相連，從P2柜上分配一個分接開關(guān)作為UPS旁路供電，這樣就甩開了ATS，因發(fā)射臺絕大多數(shù)時候都只使用主變壓器和其對應(yīng)的智能控制開關(guān)來給機(jī)房供電，這樣當(dāng)UPS主供電失效時，即使ATS故障，旁路供電是可靠的，電池耗盡后仍會轉(zhuǎn)入旁路模式維持供電，不會發(fā)生停播。

2.4 系統(tǒng)搭建

確定了供電方式后，即可按UPS安裝要求進(jìn)行系統(tǒng)搭建，需要注意的是，維修旁路應(yīng)該與UPS旁路輸入使用同一電源，且相序也必須相同。

輸出端共有3個三相斷路開關(guān)和10個單相開關(guān)，前兩個三相開關(guān)分配給38CH和21CH發(fā)射機(jī)使用，另一個預(yù)留給30CH CMMB發(fā)射機(jī)，待以后UPS工作穩(wěn)定后再接入；單相開關(guān)中，其中一個接到配電房作為高壓倒換控制UPS的備份，另一個接到信號機(jī)房作信號柜UPS的備份，其余的預(yù)留。系統(tǒng)接線圖如圖2所示。

3 新電源系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)靜態(tài)開關(guān)

在EA66模塊化UPS電源中，靜態(tài)開關(guān)模塊主要用于逆變輸出和交流旁路電源之間的快速切換，以全面提高系統(tǒng)的供電安全性和可靠性。靜態(tài)開關(guān)模塊接收兩組AC輸入，選擇一組輸出，在線工作情況下，靜態(tài)開關(guān)將功率模塊逆變輸出連接到系統(tǒng)輸出上，如果功率模塊在某一特定時間內(nèi)不能夠提供足夠的電壓，靜態(tài)開關(guān)將立即切換到旁路電源。

靜態(tài)開關(guān)采用混合型控制技術(shù)，由快速半導(dǎo)體器件（可控硅）和電磁接觸器并聯(lián)組成高效AC開關(guān)，它既解決了切換時間問題，又提高了靜態(tài)開關(guān)的抗沖擊和抗短路能力，使系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性大大提高。靜態(tài)開關(guān)內(nèi)部具備自檢功能、互鎖功能、系統(tǒng)輸出異常保護(hù)功能、瞬間掉電保護(hù)功能、輸出過載和短路保護(hù)功能等。它還具備UART通信功能，可與系統(tǒng)監(jiān)控、模塊單元進(jìn)行通信，隨時發(fā)送和接收工作指令及各種報(bào)警信息。

3.2 完善的系統(tǒng)監(jiān)控

系統(tǒng)監(jiān)控器位于機(jī)柜的偏上方，通過顯示、操作面板，可以方便地了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，查詢參數(shù)及各種事件信息。系統(tǒng)安裝完后，用戶對系統(tǒng)的所有操作都可以通過監(jiān)控器的操作面板完成。系統(tǒng)監(jiān)控面板示意圖如圖3所示。

系統(tǒng)監(jiān)控器分為狀態(tài)指示燈區(qū)、數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)、按鍵操作區(qū)。狀態(tài)指示燈區(qū)可通過LED指示燈的不同狀態(tài)向用戶提供簡單的系統(tǒng)狀態(tài)信息；數(shù)據(jù)信息顯示區(qū)可通過LCD顯示屏向用戶提供詳細(xì)的系統(tǒng)狀態(tài)信息；按鍵操作可通過9個按鍵將用戶的指令與系統(tǒng)聯(lián)系起來，當(dāng)用戶操作按鍵時，LCD顯示屏?xí)邢鄳?yīng)的信息顯示，信息顯示時可為中文或英文。

3.3 多種運(yùn)行方式適應(yīng)不同工作場合

該UPS具有4種運(yùn)行方式，通過靜態(tài)開關(guān)內(nèi)部具備的自檢功能和控制功能來驅(qū)動不同電磁接觸器的開啟和關(guān)閉，切換運(yùn)行模式來適應(yīng)不同的工作場合。

1）正常模式

正常模式即主路輸入，開關(guān)Q2閉合后，經(jīng)過AC/DC變換后，再逆變成AC交流電作為系統(tǒng)輸出，外設(shè)負(fù)載由AC INPUT供電，在正常模式下，開關(guān)Q4和Q5也閉合，使電池組處于充電狀態(tài)，其運(yùn)行原理如圖4所示。

2）電池運(yùn)行（非穩(wěn)定狀態(tài)）

電池運(yùn)行模式即系統(tǒng)無AC INPUT輸入，閉合開關(guān)Q4和Q5后，經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)輸出，外設(shè)負(fù)載由BATTERY供電，系統(tǒng)正常運(yùn)行，運(yùn)行原理如圖5所示。

3）旁路模式

當(dāng)系統(tǒng)無AC INPUT輸入、電池也欠電壓時進(jìn)入旁路模式，閉合開關(guān)Q1后，將旁路供電直接接到系統(tǒng)輸出，外設(shè)負(fù)載由BYPASS INPUT供電，運(yùn)行原理如圖6所示。

4）維修旁路

為用戶外設(shè)維修旁路開關(guān)，在系統(tǒng)維護(hù)、維修時，首先撥動手動旁路開關(guān)SA，使系統(tǒng)工作在旁路供電狀態(tài)，然后合上Q6，外設(shè)負(fù)載由SERVICE PORWER供電，系統(tǒng)可退出運(yùn)行，運(yùn)行原理如圖7所示。

4 總結(jié)

大蜀山發(fā)射臺地面數(shù)字電視不間斷電源系統(tǒng)搭建，為發(fā)射臺幾套數(shù)字傳輸發(fā)射系統(tǒng)提供了高質(zhì)量可靠的電源支持，使大蜀山發(fā)射臺地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性大大加強(qiáng)，故障率明顯降低，器件損壞也得以減少，保障了大蜀山發(fā)射臺數(shù)字電視節(jié)目的優(yōu)質(zhì)安全播出，節(jié)約了運(yùn)維成本。系統(tǒng)搭建試運(yùn)行3個月后，配合廠家進(jìn)行了參數(shù)測試和驗(yàn)收，結(jié)果表明，設(shè)備所有組件狀態(tài)良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

[1]張青松.廣播電視系統(tǒng)中UPS電源的選型與配置[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2011（11）：132-134.

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[3]黎蘇慶.廣播電影電視UPS供電設(shè)計(jì)[J].自動化應(yīng)用，2011（7）：11-12.

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