廣播電視系統中UPS電源的設計、應用及維護

■桂林廣播電視發射臺：林東

UPS電源又被稱為不間斷電源，是廣播電視傳輸發射機房中的一個重要設備，其以逆變器作為核心部件來實現穩壓穩頻輸出，在電力供應出現故障的情況下，能夠有效保障廣播電視系統的安全和穩定運行?，F階段我國廣播電視系統領域正處于數字化和產業化轉型的關鍵時期，廣電系統正經歷各種新技術運用以及運行維護模式的創新，針對系統的運行安全穩定性提出了更高的標準和要求，與此同時，也為電源管理方案的可維護性和可靠性提出了全新的標準。在廣播電視臺節目的制作和信號發射等不同環節工作中，需要借助電力系統為其提供電源的穩定、持續供給，若是電源系統出現故障，則會導致整個廣電設備系統出現全面癱瘓。因此，對UPS電源進行深入的研究具有十分重要的現實意義?；诖?，本文針對廣播電視系統中的UPS電源方案進行了設計并對UPS電源系統在廣播電視中的應用進行了介紹，最后給出了UPS電源日常維護的注意事項。

1. 廣播電視系統中UPS電源設計方案

1.1 設計要求

對于廣播電視發射機房中所使用的UPS電源進行設計時，首先應保障電源系統符合我國現行供電系統的標準，市電接入電源應按照相關實施細則標準進行設計，因此，UPS電源系統應具備2個低壓回路，其中一路用作市電獨立低壓回路，另一路則用作發電機獨立低壓回路[1]。此外，還應保障2個低壓回路都應配備對應的UPS電源機組，以便確保低壓回路的正常運行。而在選擇發射機房的UPS電源系統時，也應結合廣播電視機房的設備，優先選擇工作時長能夠在1h以上的UPS電源系統。

1.2 設計步驟

1.2.1 電容量設計

一般來講，廣播電視傳輸發射機房可以分為三個模塊來實現對信號數據的接收和發射。具體為：第一部分是微波信號接收設備以及FM廣播發射設備；第二部分為電視發射設備；第三部分為廣播電視工作使用設備。其中，微波信號和FM廣播發射接收設備的負載通常為2kW，而電視發射設備的負載為3kW，日常使用設備的負載為2.5kW。而廣播電視傳輸發射機房設備的輸入功率通常都在0.7kW，據此，就可以將所有設備的額定負載功率進行累加，進而得出總功率。但需要注意的是，某些設備需要在正常工作狀態下才可以得到具體的負載，在得出所有設備的負載后，就可以計算出所需UPS電源的容量，具體的計算公式為：

式中：Cups為所需UPS電源的容量，Cload為所有設備的負載。

一般情況下，廣播電視傳輸發射機房中所有負載容量的大小為UPS電源容量的75%，而在進行計算過程中，也會將電源的使用壽命設定為放電容量的80%。廣播電視傳輸發射設備在啟動時會受到沖擊電流的影響，因此，將UPS電源的負載率設定為了75%，而在電源負載率超過75%之后，電源系統會保持較高的工作效率，此時就可以將UPS電源系統設定為3路供電，而UPS電源的額定容量至少應為6kVA。而要想保證UPS電源的供電時間持續1h之上，還應做到UPS電源系統的輸出達到三相負載平衡，并在UPS電源供電的過程中，及時啟動柴油發電機來為其進行供電，以保證UPS電源能夠工作較長的時間。

1.2.2 配電系統設計

本文所設計的UPS電源供配電系統的工作原理如圖1所示。由圖1可以看出，UPS電源系統中的兩個低壓回路分別接入了柴油發電機和市電回路，其中柴油發電機回路需要使用三相電源作為輸入電力，而市電回路則需要使用變壓器作為輸入電源。UPS供配電系統可以利用三相切換開關將電力傳送至三相穩壓器，為設備提供穩定性較高的三相電源。而三相配電柜則主要用于對三相交流電的用電單元進行分配，在該系統中采用了三相四線制對電源進行傳輸，且每一組電源都配備了對應的UPS電源系統，如此一來，即便是在市電突然中斷情況下，也能夠將UPS電源系統快速接入至設備中進行供電。系統中每一臺UPS穩壓電源所供應的設備是不同的，其中，FM發射機柜中包含了微波接收機和發射機等設備，而電視發射機柜中主要為RF推動設備，日常供配電設備中則包含了機房照明和其他溫度控制設備。此外，在每臺UPS電源的穩壓電源器內部還安裝了旁路開關，這樣就可以確保在UPS電源系統無法正常工作時，也可以切換至人工模式對設備進行供電。

1.3 接地防雷設計

接地防雷設計也是廣播電視傳輸發射機房中一個十分關鍵的內容，如果出現接地不良的情況將會對廣播電視機房的安全產生嚴重影響，甚至會因此引發重大安全事故[2]。一般對廣播電視發射機房進行接地防雷設計需要對機房中的設備電源進行接地，并同時設置防雷接地和兩套地網，確保電源的接地電阻和防雷接地電阻均小于3Ω。此外，在廣播電視機房中還應鋪設銅條，為電源接地提供良好的條件，而UPS配電柜則應安裝防浪涌設備，做到對機房中設備的全面保護。

2. UPS電源系統在廣播電視系統中的應用

當前階段，在廣播電視系統之中UPS電源的應用場景主要有發射系統電子電氣設備提供穩定持續的電源供應。在供電系統正常輸入情況下，UPS還可以作為穩壓器來使用，必要時還可以為電路負載提供電力支持，也能夠作為備用電源為供電電池進行反向充電。但隨著UPS電源的不斷發展和對各種先進科學技術的應用，具有自動化、智能化功能的UPS電源系統開始被廣泛應用開來。

從實際情況來看，由于廣播電視無線發射站通常都會建設在山上，距離城市較遠且較為偏僻，這也導致了要想保證對其供電的穩定性具有較大的困難。在傳統供電模式下，即便是采用多路電源進行同時供電的方式也會存在著電路切換和重啟等供電空白。而在引入在線式的UPS電源系統來為廣播電視系統進行供電之后，則可以有效解決該問題，避免出現備用電源二次供電造成的斷電現象，實現對廣播電視發射系統的持續不間斷供電。

2.1 應用功能對接

2.1.1 供能計算

在采用單個UPS電源系統來為廣播電視系統進行供電的情況下，通常需要滿足持續發射系統賦能3h以上，假設機房負載P為50kVA，那么在UPS電源系統工作效率為90%的情況下，至少要54.5kVA的UPS電源為其進行供電。

2.1.2 電池優化

UPS電源電池容量的計算公式為：

式中：CAH為電池容量，I為電池的實際電流值，S為實際的放電速率。本文設定UPS電源為廣播電視持續供電3h，機房負載仍為50kVA，供電電壓為10.5V，UPS電源工作效率為90%，結合UPS電源實際輸入電壓的數據，通過上述公式即可計算得出需要32個12V/100AH的電池，采用并聯的方式進行供電，才能夠滿足廣播電視的工作需求。

2.2 智能模式準入

2.2.1 智能準入系統

在實際應用中，廣播電視系統通常會配備有主用和備用兩套電源，且該電源經過ATS雙電源自動轉換開關之后，會自動優化采用何種電源來對廣播電視進行供電，并結合負載監控數據開展智能化供電[3]。同時該智能準入系統還能夠對運行中的設備數據進行監測，在滿足設備工作性能的同時，做到在最大程度上保護設備安全，進而實現不間斷輸出的目的。UPS電源智能準入供電系統的流程如圖2所示。

2.2.2 遠程接入服務

現階段，在線式的UPS電源系統大都采用了智能模塊，不僅可以為廣播電視系統進行供電，同時還能夠遠程、實時的SNMP接入網絡，以實現對網絡后臺的監控。如此一來，不僅可以提升維護保養時對設備數據的采集和分析效率，同時還可以結合系統監測技術實現對廣播電視系統局部重點部位的數據采集和預警。除此之外，UPS電源系統所具有的實時數據傳輸功能，還可以依據相關預案對出現的問題進行自動處理，以達到在實時監測需求下，提升系統的智能化處理能力和響應速度。

2.3 服務場景匹配

2.3.1 市電供應

在采用市電對廣播電視發射站進行供電時，接入在線式UPS電源系統，能夠有效起到穩壓和濾波的作用，從而為無線臺站提供純凈的電力資源，同時為備用電池的蓄電提供支持[4]。這主要得益于在線UPS系統在正常工作模式下，會開啟逆向轉換功能，如此一來，在供電發生故障的情況下，就可以由在線UPS系統直接介入對無線臺站進行供電，從而有效避免了斷電情況的出現。從廣播電視系統的工作狀態來看，以市電為基礎供應的UPS工作狀態是固定模式，因此在線UPS電源系統也需要在這種環境下完成對電能進行儲備和穩定供電網絡的任務，以便切實保障無線臺站的平穩運行。

2.3.2 多模整流

在供電系統較為穩定的狀態下，為了能夠在最大程度上降低能量損耗，可以采用將市電進行整流后為無線臺站負載進行供電，在該模式下，UPS電源系統所能夠發揮出的作用受限，因此也不需要開啟逆向轉換功能來對系統電路進行穩壓。

2.3.3 蓄電轉化

在無線臺站供電系統運行過程中出現突發狀況時，在線UPS電源系統會及時介入為系統進行供電，采用將儲存在電池中的直流電轉換為交流電的形式來為負載設備提供電力，從而實現無線臺站的不間斷供電。

3. UPS電源日常維護注意事項

為了保障UPS電源系統隨時處于正常工作狀態下，提升電源的使用壽命，還應對電源進行定期維護保養。通常來講，UPS電源系統的維護保養主要分為兩部分內容:主機和電池。

3.1 UPS主機維護

廣播電視傳輸發射機房中所使用的UPS電源主機通常都是智能型的，這種主機對于環境溫度有著較高的要求，因此，在實際使用過程中應注意做好機房的通風散熱工作，保持機房中環境的清潔干燥，并同時確保UPS主機前后通風處順暢未被堵塞，定期采用吸塵器、毛刷等工具對主機風扇上的粉塵進行清理，以避免粉塵進入至機箱內部造成局部電路過熱，進而損壞主機中的元器件。

在斷電的情況下，應盡量避免帶有負載直接啟動UPS電源，正確的做法是應首先關掉負載，等到UPS電源完全啟動之后再接入負載，否則將會產生多負載沖擊電流，導致UPS電源瞬時過載，甚至會損壞變換器。在使用UPS電源之前還應對其進行系統的檢查，確保UPS接線正確，并嚴格按照使用說明書上的要求將地線、零線和火線進行正確可靠的連接，且在使用過程中不得隨意更改相互之間的順序。這樣就可以在最大程度上保證人身安全，并避免因出現事故而造成對UPS電源的損害[5]。此外，還應注意的是嚴禁對UPS電源進行頻繁的開關機操作，最好能夠使其長時間處于開機狀態，當UPS電源關閉之后，要想重新啟動，則至少應間隔6s以上的時間，否則將會導致UPS電源的重啟失敗。

3.2 UPS電池維護

首先盡量運用高品質、免維護的優質電池。電池性能的好壞，將會對UPS系統的安全穩定性帶來直接影響。選購電池時，可以選擇容量相對較大的不間斷電源系統，除了可以進一步減少維護成本，若是出現負載設備擴充需求，需要較大容量的不斷電系統，仍然可以保障該UPS電源系統的穩定運行。一般情況下，需要每3個月到6個月對UPS電池進行一次大規模檢查，明確UPS電源的端電壓和內阻是否滿足要求，若是發現電池端電壓已經低于最低臨界值，則需要對電池進行更換或是展開均勻充電處理。

其次需要定期進行充電和放電處理，UPS電源由于長期需要和市電進行連接，若是在極少出現市電停電的環境中，蓄電池會長久處于浮充電狀態，長此以往，則會導致電池的化學性能下降，在電能轉化過程中活性有所不足，電池老化速度加快，其使用壽命縮短，因此需要每隔1～2個月進行一次完全放電。放電的具體時間可以綜合當前廣播電視臺的蓄電池容量以及負載情況來進行明確。另外，在進行充電時，可以選用浮充和均充[6]。在電池均充狀態下，充電電流低于自動轉換的臨界值，同時維持三個小時之后，系統會從均充自動化轉變為浮充；在電池處于浮充時，當充電電池電流要遠高于設定的自動浮充轉換電流值，系統由浮充轉為均充。

4. 結束語

UPS的電源可以確保廣播電視系統實現不間斷供電，對于保障電網的穩壓和凈化，進一步降低波動和雜波污染有著非常重要的作用。本文所設計的UPS電源方案能夠滿足廣播電視系統中日常使用的需求，但同時需要注意的是UPS電源系統是一個較為復雜的設備，針對其日常的使用維護應遵循一定的規則和方法，以便確保其時刻處于一種良好的工作狀態下。