李 剛 李松志

1.2.通遼市文化旅游廣電事務服務中心 內蒙古 通遼市 028000

引 言

通遼市廣播電視和網(wǎng)絡視聽融合監(jiān)測監(jiān)管平臺機房配備了UPS 和UPS 智能運維系統(tǒng)。本文以此為例，舉一反三，就UPS智能運維實踐和UPS 日常維護管理注意事項作簡要介紹，謹供技術維護保障同行們交流探討。

1 常用UPS工作原理

1.1 UPS 在廣播電視安全播出中的重要性

配電系統(tǒng)在廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測工作中占據(jù)非常重要的地位，一旦配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，有些設備在來電時不能及時恢復原信號，需要重新預置調整才能恢復原信號，不但會影響到工作的連續(xù)性，還有可能造成廣播電視編輯制作設備、硬盤播出設備、數(shù)據(jù)存儲設備、傳輸交換設備的宕機、損壞、數(shù)據(jù)丟失和長時間停播停傳等難以估計的播出安全、傳輸安全、數(shù)據(jù)安全、設施安全事故。

針對廣播電視技術高速發(fā)展和安全播出高標準嚴要求的現(xiàn)實，解決因市電停電、交換瞬變、電壓下陷、減幅震蕩、電源波動、電源干擾、電源浪涌對廣播電視設備安全運行造成的影響，要求廣播電視各個業(yè)務系統(tǒng)廣泛應用UPS。UPS 供電連續(xù)穩(wěn)定，切換時間短，高品質的在線式UPS 切換時間為0秒，市電停電時負載供電沒有絲毫的中斷，高性能的UPS 的蓄電池供電時長可達十幾個小時，有力保障負載的連續(xù)可靠運行。UPS 供電優(yōu)質安全，對負載能實現(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)頻供電，在市電電壓變化范圍為180～250V時，其輸出電壓穩(wěn)定范圍在220V±5%，滿足廣播電視業(yè)務系統(tǒng)的高精度需求。

1.2 常用UPS 工作原理

為了正確使用UPS，確保UPS 安全運行、提高檢修效率，必須充分掌握UPS 的工作原理，準確判斷UPS 的運行情況，有針對性地進行維護保養(yǎng)、隱患排查和故障處理。

UPS 按電路主結構可分為離線式和在線式兩種方式。由于離線式UPS 只在外電中斷或欠壓值約在170V 以下時才工作，啟動切換時間4～10 毫秒，不適用于廣播電視0 秒停播的高精度要求，本文只介紹在線式UPS 工作原理。在線式UPS 工作原理如圖1 所示。

圖1 在線式UPS 工作原理圖

在線式UPS 主要由電源變壓器、整流器、充電回路、蓄電池組、逆變器、旁路轉換開關電路、濾波器、偵測控制電路等組成。市電正常供電時，首先經過電源變壓器、整流器變換為直流電（DC），然后將此直流電分成兩路，一路由逆變器變換為交流電（AC）經濾波器輸出給負載供電，此時UPS 扮演交流穩(wěn)壓器的角色，輸出電壓穩(wěn)定在220V±5%范圍；一路由充電回路給蓄電池組充電。當市電停電時，蓄電池的電能不間斷地由逆變器變換為交流電繼續(xù)給負載供電。如果蓄電池組老化至端電壓低于規(guī)定值或變壓器、整流器、逆變器出現(xiàn)故障時，偵測控制電路自動切換市電通過旁路支路、濾波器直接給負載供電。由于逆變器在供電全程一直處于工作狀態(tài)，根本不存在蓄電池供電切換時間，從而實現(xiàn)供電0 秒中斷的技術要求，所以稱之為在線式UPS。

各組成器件的作用包括整流器、充電回路、逆變器、旁路轉換開關電路、濾波器、蓄電池組六方面。

整流器的作用：將市電交流電變換為平滑的直流電。

充電回路的作用：將市電交流電變壓、整流后的直流電輸入給蓄電池組進行充電。

逆變器的作用：逆變器是一種將直流電變換為交流電的裝置。將市電交流電變壓、整流后的直流電或蓄電池組輸出的直流電轉換為高質量的交流電給負載供電。

旁路轉換開關電路的作用：旁路轉換開關是一種無觸點開關，閉合和斷開由邏輯控制器控制，具有自動切換的功能。當UPS 溫度過高、超載時間過長、輸出短路、輸出電壓異常、電池放電終止時，逆變器會自動保護鎖機，如果此時UPS偵測到市電（或發(fā)電機，由于通遼市平臺機房沒有配備發(fā)電機，本文不展開說明）供應正常，UPS 自動切換至市電旁路供電模式。當異常狀況排除后，UPS 會自動從市電旁路供電模式切換回正常UPS 供電模式。

濾波器的作用：濾掉UPS 輸出端交流電中的高頻干擾，得到純凈的交流電。

蓄電池組的作用：蓄電池組是UPS 儲存電能的裝置，由若干節(jié)電池串聯(lián)而成，其容量大小決定了UPS 負載能力和維持放電（供電）的時間。蓄電池組充電時將電能轉換為化學能儲存起來，用電時將化學能轉換為電能輸出給逆變器轉換為交流電給負載供電。

2 UPS智能運維系統(tǒng)簡介

當前，各個廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測系統(tǒng)都由少量的電力保障人員管理大規(guī)模的用電設備，這種運維模式急需建立起一套安全可靠的智能化配電系統(tǒng)。通遼市廣播電視和網(wǎng)絡視聽融合監(jiān)測監(jiān)管平臺機房的配電設備由低壓配電柜、UPS 和UPS 智能運維設備組成。監(jiān)測監(jiān)管主要設備由UPS 供電，空調、照明、應急燈等附屬設備由低壓配電柜直接供電。UPS 容量為20kVA/16kW，由16 只蓄電池串聯(lián)在一起，每只標稱電壓為12V（運行電壓為13.6V 左右），蓄電池組輸出總電壓約217V，經逆變器轉換輸出交流電電壓在220V±5%。UPS 主要負責監(jiān)測機柜、大屏幕及操作臺供電，確保了核心設備的不間斷連續(xù)穩(wěn)定供電。目前平臺機房最大負載量10kW，是UPS 標稱負載量的62.5%，低于80%的上限要求。平臺機房供配電系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

圖2 平臺機房供配電系統(tǒng)示意圖

2.1 UPS 智能運維系統(tǒng)工作流程

UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)對市電和UPS 運行參數(shù)指標進行實時動態(tài)監(jiān)測，發(fā)生異常及時發(fā)出報警信息提醒技術維護人員進行故障處理。解決了目前配電系統(tǒng)缺乏必要的預防、維護手段及維護人員短缺等問題。通遼市廣播電視和網(wǎng)絡視聽融合監(jiān)測監(jiān)管平臺機房UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)主要由三相電監(jiān)測儀、蓄電池監(jiān)測儀、智能電源管理主機、平臺服務器及軟件、終端管理主機及軟件、機柜溫度監(jiān)測儀等設備組成。UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)操作界面如圖3 所示。

圖3 UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)操作界面

在市電總開關輸入端安裝三相電監(jiān)測儀，實時顯示每路市電的運行電壓值、電流值、功率值。同時將運行數(shù)據(jù)上傳給智能電源管理主機，主機經過計算和處理將數(shù)據(jù)顯示在終端管理主機的電腦桌面上，方便與UPS 整機輸出的電壓值、電流值、功率值進行對比，以便維護人員實時掌握UPS運行狀況。

在每節(jié)蓄電池正負極端子上連接蓄電池監(jiān)測儀，將每節(jié)蓄電池的實際運行的電壓、電流等數(shù)據(jù)上傳給智能電源管理主機，主機經過計算和處理將數(shù)據(jù)顯示在終端管理主機的電腦桌面上，電腦操作界面實時顯示每節(jié)蓄電池的運行電壓值，UPS 整機的運行電壓值、電流值，逆變器輸出的電壓值、電流值、功率值，UPS 放電時的電壓值、電流值、功率值。主機數(shù)據(jù)同時儲存到平臺服務器中。終端管理軟件具有電池日志記錄功能，可以設定一定時間間隔記錄1 次主機數(shù)據(jù)，便于在日志操作界面查詢對比，為快速維護檢修提供依據(jù)。放電參數(shù)一般設定為電池浮充上限216V，電池放電下限200V，電池組報警下限198V，單節(jié)電池報警下限12V，定期放電周期設定為90 天。設定完成后，自動完成整個恒流放電過程，完全實現(xiàn)智能化。

在蓄電池機柜里安裝機柜溫度監(jiān)測儀，機柜溫度值實時顯示在終端管理主機的電腦桌面上，當機柜內部溫度超出設定閾值的時候，系統(tǒng)自動發(fā)出報警信息，工作人員可以提前判斷是否存在接頭松動、部分電池老化變質等現(xiàn)象，及時維修。

2.2 UPS 蓄電池要進行定期放電

UPS 蓄電池的科學合理使用，不但可以保證負載的安全可靠運行，而且對于蓄電池的使用壽命有直接影響。定期充放電可以保證UPS 蓄電池經常處于良好可靠的狀態(tài)，使其在任何情況下都能保證供電不中斷運行。

UPS 蓄電池因長期與市電相連，在供電質量高、很少發(fā)生市電停電的使用環(huán)境中，對蓄電池組進行長期充電，蓄電池的電是只進不出，長期處于浮充電狀態(tài)，日久就會導致蓄電池化學能與電能相互轉化的活性降低，導致蓄電池內阻變大，容易讓里面的化學物質變質，加速蓄電池老化，降低蓄電能力，縮短使用壽命。定期合理地進行蓄電池放電，使其化學物質進行一次較大的充放電反應，以激發(fā)蓄電池化學物質的性能，從而延長使用壽命。在放電的同時還可以檢查蓄電池容量，發(fā)現(xiàn)老化電池。一般3～6 個月進行一次定期放電。放電時間可根據(jù)蓄電池的容量和負載大小確定。一次放電完畢后，要充電8 小時以上待蓄電池電壓達到飽和后才能進行下一次放電應用。

2.3 UPS 蓄電池定期放電注意事項

先觀察蓄電池是否有明顯的變形和漏液現(xiàn)象。

充分了解并把握好蓄電池的大概放電時間，提前做好恢復充電準備，防止過度放電，造成UPS 的損壞。

蓄電池初次放電，建議向陶瓷固定電阻假負載進行放電，這樣可以初步判斷電池是否具備放電的能力，第一時間掌握放電規(guī)律。

手動放電時，時刻觀察蓄電池電壓的下降情況，不要超過額定容量的30%。

蓄電池放電時只需關閉整流器開關，不要關閉市電輸入開關，防止電池放電出現(xiàn)意外時能夠自動切換至市電供電模式。

3 UPS安全使用維護檢修注意事項

3.1 UPS 安全使用操作規(guī)程

市電電壓的波動范圍應符合UPS 輸入電壓變化的要求。按照產品說明書的要求，所接的相線、中性線、地線符合要求，不得隨意改變相線的順序。為防止寄生電容耦合干擾，保護設備及人員人身安全，UPS 必須接地，接地電阻不大于4Ω。

連接UPS 的開關應當選用具有漏電保護和過熱保護等功能的空氣開關，不能使用刀閘開關。因為刀閘開關在接通或切斷電源時有拉弧現(xiàn)象，會對供電頻率產生干擾；熔斷式熔絲過流響應速度慢，在負載或UPS短路時不能及時切斷電源，從而導致設備故障。UPS 輸出開關應與市電輸出開關明確區(qū)分，做好標識，避免接入無關負載引起UPS 故障。

蓄電池室內嚴禁存在有機溶劑氣體和腐蝕性氣體。蓄電池避免太陽光直射，遠離火源，保持通風，防止爆炸。

蓄電池對溫度要求比較嚴格，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，當環(huán)境溫度高于25℃時，UPS 電池容量高于額定容量。當環(huán)境溫度低于25℃時，電池容量低于額定容量。技術維護人員必須認真做到根據(jù)實際溫度的變化合理地調整蓄電池的放電電流，同時要控制好蓄電池的溫度使其保持在22℃～35℃范圍內。高溫使用環(huán)境是使蓄電池的實際壽命不能達到設計壽命的最主要原因。對于特殊極熱或極冷地區(qū)的UPS 放置點應該配備空調。

UPS 的負載特性一般要求為純電阻性或電容性。當負載為電容性時，其功率因數(shù)要求大于0.8。UPS 不能帶感性負載如空調，因電感性負載的啟動電流超過額定電流的3～4 倍，會引起UPS 瞬時超載，造成損壞或影響壽命。UPS 的最大負載量應該是其標稱負載量的80%，超負載使用容易造成逆變器損壞。避免突然加載或突然減載，造成UPS 的輸出電壓波動過大，而使UPS 無法正常工作。

操作UPS 時應嚴格按照正確的開機、關機順序進行。開機時先開UPS，1～2 分鐘后，讓UPS 充分進入工作狀態(tài)再開通負載的電源開關。先開通沖擊電流大的負載，再開沖擊電流小的負載；UPS 關機時，先逐個關閉負載，再關閉UPS 前面板開關，最后關閉UPS 市電開關。不能帶載關機，不能頻繁關閉和開啟UPS。

嚴禁不同品牌、不同型號、不同容量、不同新舊程度的電池混用。

長期存放不用的UPS，每隔3 個月充電2 小時，若處于高溫地區(qū)，每隔2個月充電一次。UPS不充電就使用，會損壞蓄電池。

3.2 建立UPS 定期檢修制度

建立UPS 定期檢修制度，制定日檢、周檢、年檢項目清單。認真做好技術維護人員培訓，熟練掌握UPS 使用、維護、檢修知識，熟記UPS 安裝配置圖、負載連接線路圖、維護檢修手冊、報警異態(tài)處理步驟等，正確理解顯示面板數(shù)據(jù)的范圍、指示燈顏色的含義、報警燈提示的內容。堅持定期維護檢修和相關數(shù)據(jù)記錄，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患事故苗頭，準確判斷故障原因及部位，提高檢修效率，以全面保障UPS 安全可靠運行。

3.2.1 日檢項目清單

查看UPS 顯示器面板，所有數(shù)據(jù)是否都能正常顯示，是否所有數(shù)據(jù)都在正常波動范圍內變化，故障報警燈是否有報警，按照報警類型進行排查處理。

通過氣味辨別是否有燒焦的氣味，內外部線路接點、外皮是否有燒焦現(xiàn)象。

通過聽覺來判斷UPS 內部是否有打火的聲音，變壓器是否有異常響聲，風扇運轉是否有摩擦的聲音，過濾網(wǎng)是否有堵塞的聲音。及時維修接觸不良、更換故障變壓器、清理風扇過濾網(wǎng)灰塵和絮狀堵塞物。

查看蓄電池室排風扇或空調是否運轉正常，室內溫濕度是否過高或過低，有無漏雨滲水現(xiàn)象等，發(fā)現(xiàn)問題及時搶修。

3.2.2 周檢項目清單

查看UPS 顯示器面板數(shù)據(jù)，測量記錄輸入輸出電壓、電流等數(shù)據(jù)。

對比歷史記錄數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)記錄偏差大，要查明有無新增、撤掉或停機的負載。

3.2.3 年檢項目清單

年檢要對UPS 主機進行檢修，首先關閉UPS 的所有電源，防止UPS 機內的高壓部件漏電，危及工作人員的人身安全和設備安全。

檢查電解電容是否有膨脹鼓包現(xiàn)象和漏液現(xiàn)象，電容下面的電路板表面或電容外表是否有油漬。

檢查變壓器線圈是否有絕緣層老化脫落或燒焦現(xiàn)象。

檢查電纜外皮是否有老化斷裂、燒焦現(xiàn)象。接線端子是否有脫落、松動、移位、變形現(xiàn)象。

檢查保險絲是否正常連接，是否有接觸不良、觸點銹蝕、外殼斷裂現(xiàn)象。

檢查電路板是否有起皮、裂紋、燒焦現(xiàn)象。

結 論

UPS 是廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測系統(tǒng)必備的供電設備，它不但為廣播電視設備的連續(xù)可靠運行提供保障，而且可以為外電搶修贏得時間。加強對UPS 及UPS 智能運維系統(tǒng)的工作原理、安全使用、維護檢修的熟練掌握是每一個廣播電視技術維護保障人員的必修課。