韓 盼 常州廣播電視臺(tái)

常州廣播電視臺(tái)UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓 盼 常州廣播電視臺(tái)

隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，大量IT設(shè)備的使用對(duì)供電提出了更高的要求，需要更高的電力保障。一旦中斷供電，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。UPS具有的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、不間斷供電功能，可以為用戶提供高可靠的電源，以防止重要設(shè)備因電能中斷而遭受損失，并且可改善電能質(zhì)量，使設(shè)備免受高低電壓、突波、雜訊、頻率不穩(wěn)及電磁的干擾，滿足用戶對(duì)于電能質(zhì)量的需求。

UPS 不間斷供電 穩(wěn)壓 電能質(zhì)量

一、引言

作為新聞媒體行業(yè)，廣播和電視的播出需要“高效、高質(zhì)量、不間斷播出”，除了對(duì)節(jié)目質(zhì)量的要求，電力保障也尤為重要。為保證廣播電視技術(shù)機(jī)房、演播區(qū)等區(qū)域供電的不間斷、安全、優(yōu)質(zhì)、可靠和穩(wěn)定，需要設(shè)置UPS系統(tǒng)。UPS系統(tǒng)必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、日常維護(hù)等各個(gè)方面進(jìn)行高可靠性的設(shè)計(jì)和建設(shè)。關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)在采用硬件冗余備份等可靠性技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)的軟件技術(shù)提供完善的管理機(jī)制、控制手段和事故監(jiān)控等技術(shù)措施，提高UPS系統(tǒng)的安全可靠性。同時(shí)，需要分析系統(tǒng)可能遇到的威脅和風(fēng)險(xiǎn)，提出消除威脅和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的方案和措施。

2.UPS系統(tǒng)方案

常州廣播電視臺(tái)UPS系統(tǒng)方案由廣播電視新聞中心、全臺(tái)核心機(jī)房和廣播直播區(qū)的三個(gè)子UPS系統(tǒng)組成，全部采用單機(jī)雙母線UPS、具備旁路維修開關(guān)的系統(tǒng)形式。新聞中心的UPS單機(jī)容量40KVA。全臺(tái)核心機(jī)房的UPS單機(jī)容量400KVA。廣播直播區(qū)的UPS單機(jī)容量80KVA。

UPS技術(shù)要求如下：

（1）要求采用工頻、旁路隔離變壓器、雙轉(zhuǎn)換在線式UPS；

（2）UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關(guān)；

（3）在正常、旁路和儲(chǔ)能方式下的輸出為正弦波的電壓波形；

（4）在所有線性和基準(zhǔn)非線性負(fù)載條件下，輸出波形亦為正弦波；

（5）在改變工作方式時(shí)，輸出電壓瞬態(tài)無中斷或無零電壓出現(xiàn)；

（6） 在正?；騼?chǔ)能方式下，帶線性階躍負(fù)載時(shí)的輸出電壓瞬態(tài)無中斷或無零電壓出現(xiàn)；

（7）在正?；騼?chǔ)能方式下，帶基準(zhǔn)非線性階躍負(fù)載時(shí)的輸出電壓瞬態(tài)無中斷或無零電壓出現(xiàn)。

三、UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 供電時(shí)間和容量分析計(jì)算

UPS額定輸出功率是決定UPS能驅(qū)動(dòng)多大功率負(fù)載的重要參數(shù)，在選用UPS時(shí)應(yīng)該根據(jù)

設(shè)備的實(shí)際負(fù)載情況確定UPS的額定功率，并留出適當(dāng)?shù)挠嗔浚员ＷCUPS安全可靠地運(yùn)行。

基本公式：

負(fù)載的有功功率×支持時(shí)間 = 電池放出容量×電池電壓×UPS逆變效率

負(fù)載的有功功率 = 負(fù)載總功率×負(fù)載的功率因數(shù)UPS逆變效率≈0.9

電池放出容量 = 電池標(biāo)稱容量×電池放電效率

電池放電效率與放電電流或放電時(shí)間有關(guān)，可參照表1確定。

表1 電池放電效率

由于整個(gè)項(xiàng)目的電源系統(tǒng)采取雙電源輸入和柴油發(fā)電機(jī)的配置，所以UPS的電池按以下原則進(jìn)行配置：

（1）新聞中心（單機(jī)雙母線供電方式）

電池逆變供電時(shí)間：?jiǎn)螜C(jī)15分鐘，系統(tǒng)30分鐘。

（2）全臺(tái)核心機(jī)房（單機(jī)雙母線供電方式）

電池逆變供電時(shí)間：?jiǎn)螜C(jī)15分鐘，系統(tǒng)30分鐘。

（3）廣播播出（單機(jī)雙母線供電方式）電池逆變供電時(shí)間：?jiǎn)螜C(jī)15分鐘，系統(tǒng)30分鐘。

3.2 合理選擇UPS電源的配線

合理選擇UPS電源配線是很重要的，線徑太粗，則造成浪費(fèi)，線徑太細(xì)，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災(zāi)。確定不間斷電源UPS功率后，可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇UPS電源的配線和空氣開關(guān)。

3.3 檢修供電能力

UPS 不間斷電源需要有一個(gè)作為應(yīng)急切換和設(shè)備檢修用的旁路開關(guān)。安裝這個(gè)開光十分重要，因?yàn)闄C(jī)房設(shè)備由UPS不間斷電源供電的情況下，當(dāng)UPS不間斷電源需要檢修或出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用此開關(guān)將全部負(fù)荷的供電轉(zhuǎn)換到外電上，而不至于斷電造成停播。

3.4 UPS主機(jī)選擇

3.4.1 高頻機(jī)與工頻機(jī)的特點(diǎn)

（1）高頻機(jī)：利用高頻開關(guān)技術(shù)，以高頻開關(guān)元件替代整流器和逆變器中的工頻變壓器的UPS，俗稱高頻機(jī)，高頻機(jī)體積小、效率高。

（2）工頻機(jī)：采用工頻變壓器作為整流器與逆變器部件的UPS俗稱工頻機(jī)，主要特點(diǎn)是主功率部件穩(wěn)定可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力強(qiáng)。

3.4.2 高頻機(jī)與工頻機(jī)的性能比較（見表2）

從以上的比對(duì)中可以清晰的看出工頻機(jī)在很多的方面優(yōu)于高頻機(jī)。對(duì)于可靠性要求較高的一些重要、關(guān)鍵部位的電源保護(hù)方案還應(yīng)以工頻機(jī)為首選，所以本次的UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用工頻機(jī)來保障設(shè)備和播出安全。

3.5 UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

UPS電源系統(tǒng)由兩臺(tái)ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、兩臺(tái)UPS（含各自的電池組）、一套同步控制器組成。UPS1和UPS2的輸出分別構(gòu)成總線1和總線2，同步控制器控制兩條輸出總線的同步。總線1和總線2分別向雙電源負(fù)載提供電源。

UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表2 高頻機(jī)與工頻機(jī)的性能比較

四、蓄電池保養(yǎng)維護(hù)

目前使用的UPS蓄電池主要是閥控式鉛酸蓄電池。在實(shí)際應(yīng)用中因電池故障而導(dǎo)致UPS不能正常工作的機(jī)率達(dá)30%以上。因此，正確使用及維護(hù)好蓄電池是至關(guān)重要的。蓄電池對(duì)環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20℃～25℃之間，低于15℃時(shí)，其放電容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會(huì)縮短?，F(xiàn)常用的M型密封式鉛酸蓄電池的使用壽命大約為3-5 年。

圖1 UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于大多數(shù)UPS電源來說，當(dāng)蓄電池每次放電后，可利用內(nèi)部充電回路進(jìn)行浮充。為保證蓄電池重新置于飽和充電狀態(tài)，一般需要充電10～12 小時(shí)。充電時(shí)間不夠會(huì)使蓄電池實(shí)際可供使用的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱容量。

為保證蓄電池具有良好的充放電特性，長(zhǎng)期閑置不用的UPS 電源，每隔一段時(shí)間須對(duì)電池充電一次，蓄電池的充電間隔時(shí)間與環(huán)境溫度密切相關(guān)，溫度越高充電時(shí)間間隔越短。若是UPS恢復(fù)使用，在重新開機(jī)使用之前，最好先不要加負(fù)載，讓UPS電源利用機(jī)內(nèi)的充電回路對(duì)蓄電池浮充10～12 個(gè)小時(shí)后再進(jìn)行使用。

五、結(jié)束語(yǔ)

合理設(shè)計(jì)一個(gè)UPS供電系統(tǒng)，能夠有效地改善廣播電視機(jī)房的供電質(zhì)量，有效消除因市電停電而產(chǎn)生的停播事故，能夠明顯地提高廣播電視傳輸和播出的安全可靠性。隨著廣電事業(yè)的發(fā)展，安全播出對(duì)UPS的要求越來越高，UPS電源技術(shù)也在不斷完善。掌握其原理，正確地使用與維護(hù)，可減少其故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，避免因供電問題引發(fā)的重大技術(shù)事故。

1．廣電總局62號(hào)令《廣播電視安全播出管理規(guī)定》2．YD/T1095-2000 《通信用不間斷電源— UPS》

3．GB/14715—93《信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件》

4．GB 7260—87《不間斷電源設(shè)備》

5．GB 50052－95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

6．GB 50054－95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》

7．GB 50055－93《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》