常州廣播電視臺UPS電源系統(tǒng)設計

韓 盼 常州廣播電視臺

常州廣播電視臺UPS電源系統(tǒng)設計

韓 盼 常州廣播電視臺

隨著社會信息化的發(fā)展，大量IT設備的使用對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，將會造成重大的經濟損失。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，以防止重要設備因電能中斷而遭受損失，并且可改善電能質量，使設備免受高低電壓、突波、雜訊、頻率不穩(wěn)及電磁的干擾，滿足用戶對于電能質量的需求。

UPS 不間斷供電 穩(wěn)壓 電能質量

一、引言

作為新聞媒體行業(yè)，廣播和電視的播出需要“高效、高質量、不間斷播出”，除了對節(jié)目質量的要求，電力保障也尤為重要。為保證廣播電視技術機房、演播區(qū)等區(qū)域供電的不間斷、安全、優(yōu)質、可靠和穩(wěn)定，需要設置UPS系統(tǒng)。UPS系統(tǒng)必須在結構設計、設備選型、日常維護等各個方面進行高可靠性的設計和建設。關鍵設備應在采用硬件冗余備份等可靠性技術的基礎上，采用相關的軟件技術提供完善的管理機制、控制手段和事故監(jiān)控等技術措施，提高UPS系統(tǒng)的安全可靠性。同時，需要分析系統(tǒng)可能遇到的威脅和風險，提出消除威脅和規(guī)避風險的方案和措施。

2.UPS系統(tǒng)方案

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

UPS技術要求如下：

（1）要求采用工頻、旁路隔離變壓器、雙轉換在線式UPS；

（2）UPS的輸出與市電電源的電壓和頻率無關；

（3）在正常、旁路和儲能方式下的輸出為正弦波的電壓波形；

（4）在所有線性和基準非線性負載條件下，輸出波形亦為正弦波；

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

（6） 在正?；騼δ芊绞较拢瑤Ь€性階躍負載時的輸出電壓瞬態(tài)無中斷或無零電壓出現(xiàn)；

（7）在正?；騼δ芊绞较?，帶基準非線性階躍負載時的輸出電壓瞬態(tài)無中斷或無零電壓出現(xiàn)。

三、UPS系統(tǒng)設計

3.1 供電時間和容量分析計算

UPS額定輸出功率是決定UPS能驅動多大功率負載的重要參數(shù)，在選用UPS時應該根據

設備的實際負載情況確定UPS的額定功率，并留出適當?shù)挠嗔?，以保證UPS安全可靠地運行。

基本公式：

負載的有功功率×支持時間 = 電池放出容量×電池電壓×UPS逆變效率

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

電池放出容量 = 電池標稱容量×電池放電效率

電池放電效率與放電電流或放電時間有關，可參照表1確定。

表1 電池放電效率

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

（1）新聞中心（單機雙母線供電方式）

電池逆變供電時間：單機15分鐘，系統(tǒng)30分鐘。

（2）全臺核心機房（單機雙母線供電方式）

電池逆變供電時間：單機15分鐘，系統(tǒng)30分鐘。

（3）廣播播出（單機雙母線供電方式）電池逆變供電時間：單機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，線徑太細，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災。確定不間斷電源UPS功率后，可以根據相關標準選擇UPS電源的配線和空氣開關。

3.3 檢修供電能力

UPS 不間斷電源需要有一個作為應急切換和設備檢修用的旁路開關。安裝這個開光十分重要，因為機房設備由UPS不間斷電源供電的情況下，當UPS不間斷電源需要檢修或出現(xiàn)故障時，可以利用此開關將全部負荷的供電轉換到外電上，而不至于斷電造成停播。

3.4 UPS主機選擇

3.4.1 高頻機與工頻機的特點

（1）高頻機：利用高頻開關技術，以高頻開關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，高頻機體積小、效率高。

（2）工頻機：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，主要特點是主功率部件穩(wěn)定可靠、過負荷能力和抗沖擊能力強。

3.4.2 高頻機與工頻機的性能比較（見表2）

從以上的比對中可以清晰的看出工頻機在很多的方面優(yōu)于高頻機。對于可靠性要求較高的一些重要、關鍵部位的電源保護方案還應以工頻機為首選，所以本次的UPS系統(tǒng)設計選用工頻機來保障設備和播出安全。

3.5 UPS電源系統(tǒng)結構

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

UPS電源系統(tǒng)結構如圖1所示。

表2 高頻機與工頻機的性能比較

四、蓄電池保養(yǎng)維護

目前使用的UPS蓄電池主要是閥控式鉛酸蓄電池。在實際應用中因電池故障而導致UPS不能正常工作的機率達30%以上。因此，正確使用及維護好蓄電池是至關重要的。蓄電池對環(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，其放電容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會縮短?，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)結構

對于大多數(shù)UPS電源來說，當蓄電池每次放電后，可利用內部充電回路進行浮充。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。充電時間不夠會使蓄電池實際可供使用的容量遠遠低于標稱容量。

為保證蓄電池具有良好的充放電特性，長期閑置不用的UPS 電源，每隔一段時間須對電池充電一次，蓄電池的充電間隔時間與環(huán)境溫度密切相關，溫度越高充電時間間隔越短。若是UPS恢復使用，在重新開機使用之前，最好先不要加負載，讓UPS電源利用機內的充電回路對蓄電池浮充10～12 個小時后再進行使用。

五、結束語

合理設計一個UPS供電系統(tǒng)，能夠有效地改善廣播電視機房的供電質量，有效消除因市電停電而產生的停播事故，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UPS的要求越來越高，UPS電源技術也在不斷完善。掌握其原理，正確地使用與維護，可減少其故障率，延長其使用壽命，避免因供電問題引發(fā)的重大技術事故。

1．廣電總局62號令《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《信息技術設備用不間斷電源通用技術條件》

4．GB 7260—87《不間斷電源設備》

5．GB 50052－95《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》

6．GB 50054－95《低壓配電設計規(guī)范》

7．GB 50055－93《通用用電設備配電設計規(guī)范》