融媒體中心的UPS電源系統(tǒng)改造實(shí)踐

黃 斌

（重慶三峽融媒體中心，重慶 萬(wàn)州 400014）

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)電源的要求越來(lái)越高，不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）日益受到重視，并逐漸發(fā)展成為一種具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓浪涌等功能的電力保護(hù)系統(tǒng)。尤其是在電網(wǎng)的線路及供電質(zhì)量不太高、抗干擾技術(shù)落后，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電源的要求又比較高的情況下，UPS的作用就更加明顯。

1 UPS技術(shù)原理

UPS電源系統(tǒng)是供配電系統(tǒng)的重要組成部分，可在市電輸入中斷時(shí)保證其所帶負(fù)載的供電不間斷，以維持技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在市電輸入正常時(shí)具有整流、凈化市電的作用，能使供電輸出相對(duì)更加穩(wěn)定[1]。

UPS是將蓄電池（多為鉛酸免維護(hù)蓄電池）與主機(jī)相連接，通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備[2-4]。UPS的基本技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 UPS基本原理示意圖

UPS電源系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)需要綜合考慮系統(tǒng)性能、建設(shè)成本及后期維護(hù)等多方面因素，才能達(dá)到好用、實(shí)用、耐用的效果。本文將結(jié)合改造實(shí)際中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行闡述。

2 融媒體中心UPS電源系統(tǒng)改造總體方案

重慶融媒體中心原有的UPS電源系統(tǒng)采用兩臺(tái)塔式三進(jìn)單出的40 kVA的UPS主機(jī)，分別配置3組蓄電池組，每組40只電池，外部電源接入不同回路的市電線路。雖然電池組于2016年進(jìn)行過(guò)整體更換，但整套電源系統(tǒng)經(jīng)過(guò)10余年的運(yùn)行，老化日益嚴(yán)重，故障頻發(fā)。因此，UPS電源系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。

重慶融媒體中心UPS電源系統(tǒng)改造項(xiàng)目分為二期。一期新增了200 kW的柴油發(fā)電機(jī)和ATS自動(dòng)倒換開(kāi)關(guān)，配置了1臺(tái)EA66160三進(jìn)三出的160 kVA的在線雙變換式模塊化UPS主機(jī)（可滿配8塊20 kVA的功率模塊，本項(xiàng)目實(shí)際配置4塊）；二期配置了同一廠家的EA66100（100 kVA）三進(jìn)三出模塊化UPS主機(jī)（可滿配5塊20 kVA的功率模塊，實(shí)際配置3塊，含從160 kVA模塊化UPS主機(jī)遷移的1塊），構(gòu)成具備擴(kuò)容能力的在用60 kVA獨(dú)立的雙機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備連接如圖2所示。

圖2 UPS電源系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖

3 UPS電源負(fù)載設(shè)計(jì)

以國(guó)內(nèi)目前融媒體中心的普遍配置情況來(lái)看，需要接入U(xiǎn)PS電源的負(fù)載主要包括廣播直播間、廣播電視節(jié)目編排和播出、報(bào)刊編排、節(jié)目制作后臺(tái)及部分制作工作站等技術(shù)系統(tǒng)。主要設(shè)備大致分為兩類，一類是服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及計(jì)算機(jī)等，另一類是調(diào)音臺(tái)、節(jié)目播出周邊及信號(hào)接收傳輸?shù)仍O(shè)備。上述設(shè)備內(nèi)部電源大多采用開(kāi)關(guān)電源，而在以開(kāi)關(guān)電源作負(fù)載時(shí)，一般UPS的功率因數(shù)僅為0.65左右。

重慶融媒體中心原有兩臺(tái)塔式UPS主機(jī)的輸出電流的測(cè)試數(shù)據(jù)共計(jì)160 A左右?？紤]到未來(lái)融媒體中心功能模塊及技術(shù)系統(tǒng)需不斷迭代，伴隨著大量新設(shè)備的增加，因此，在進(jìn)行重慶融媒體“中央廚房”技術(shù)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)估算硬件設(shè)備總功率為45 kW左右，按照0.7左右的功率因數(shù)折算為視在功率應(yīng)為65 kVA，也就是本次UPS電源系統(tǒng)改造的負(fù)載容量?？紤]到實(shí)際情況，除計(jì)算機(jī)外，大部分設(shè)備為雙電源，其中對(duì)于廣播電視節(jié)目播出通路的相關(guān)設(shè)備，明確規(guī)定必須接入不同的UPS回路。經(jīng)過(guò)對(duì)融媒體中心UPS電源負(fù)載的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作時(shí)段分析，報(bào)刊編排及制作工作站一般僅在白天使用，晚上19點(diǎn)之后下班停機(jī)，相應(yīng)的負(fù)載量減少3～4 kVA。

4 UPS主機(jī)的選型和冗余方式

UPS主機(jī)的選型需使用知名品牌、提供有效檢測(cè)報(bào)告、售后服務(wù)能力有保障的正規(guī)廠家產(chǎn)品，必須根據(jù)行業(yè)規(guī)范的技術(shù)參數(shù)對(duì)照檢查。目前，主流廠家推出了在線雙變換式的UPS主機(jī)，支持模塊熱插拔，采用全數(shù)字化控制技術(shù)，具備智能化管理功能，其實(shí)質(zhì)就是相同功率的模塊N+X并聯(lián)冗余，當(dāng)某塊模塊故障，可進(jìn)行熱更換而不影響正常工作。在功率容量方面，本次改造項(xiàng)目確定5+1塊（1為冷備）20 kVA的功率模塊，雖然目前也有智能管理的功率模塊可實(shí)現(xiàn)智能休眠，但根據(jù)投入運(yùn)行后負(fù)載量，在晚上非上班時(shí)段測(cè)到的功率減少僅有3～4 kVA，因此在后期維護(hù)時(shí)，項(xiàng)目采用定期、手動(dòng)方式進(jìn)行1塊冷備功率模塊在該機(jī)框輪換插拔，實(shí)現(xiàn)功率模塊的輪換接入使用，達(dá)到在用與冷備模塊同步使用同步老化的目的。

項(xiàng)目針對(duì)UPS電源的冗余方式采用2N雙總線系統(tǒng)。兩臺(tái)UPS主機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，分別輸入至雙電源設(shè)備和節(jié)目播出主備通路的字幕機(jī)、播控機(jī)等單電源設(shè)備，其余設(shè)備則按UPS電源輸出三相均衡調(diào)配供電。改造項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，考慮到未來(lái)融媒體中心新設(shè)備的增添，在首期選用160 kVA的模塊化UPS主機(jī)時(shí)，規(guī)劃增加了功率模塊，可擴(kuò)容至100 kVA或更大容量。考慮到單點(diǎn)故障問(wèn)題，二期項(xiàng)目根據(jù)廣播電視安全播出的要求以及UPS主機(jī)、供電輸出線路的備份等需求進(jìn)行綜合考慮，最終確定再配備1臺(tái)UPS主機(jī)，形成獨(dú)立的雙機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)。

5 蓄電池組的配備

蓄電池組的后備時(shí)間決定了電池組容量，進(jìn)而很大程度上影響整個(gè)UPS電源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[5]。鑒于本次融媒體中心改造項(xiàng)目在配備了柴油發(fā)電機(jī)的基本保障下，確定后備時(shí)間為2個(gè)小時(shí)，改造時(shí)根據(jù)蓄電池組內(nèi)阻分析儀測(cè)試結(jié)果，暫時(shí)利舊原兩組40只×3組的蓄電池組。

蓄電池組容量×電壓/主機(jī)額定功率×0.75（功率因數(shù)）=滿載時(shí)蓄電池工作時(shí)間。以目前融媒體中心UPS主機(jī)（60 kVA的額定工作功率）為例計(jì)算，40塊×3組=120塊蓄電池，額定放電電壓12 V，容量100 Ah。系統(tǒng)滿載時(shí)，蓄電池組工作時(shí)間為100 Ah×3組×40塊×12 V/60 000 W×0.75=3.2 h。改造完成之后，2臺(tái)UPS主機(jī)的視在功率分別為32 kVA和23 kVA。如果以實(shí)際負(fù)載功率計(jì)算則可達(dá)4.5 h。經(jīng)過(guò)實(shí)際放電測(cè)試，視在功率為32 kVA的蓄電池組，放電2.5 h后電壓達(dá)230 V左右，說(shuō)明利舊電池組完全滿足要求。

6 改造后的運(yùn)行效果

UPS電源系統(tǒng)改造投用1年多以來(lái)，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。在此期間，逐漸出現(xiàn)不少內(nèi)阻增大、浮充電壓升高達(dá)14 V的蓄電池。結(jié)合電池組使用年限已達(dá)6年的情況，維護(hù)人員陸續(xù)更換了近20節(jié)電池。近期，將更換3組100 Ah×32塊×12 V的全新蓄電池組，其中2組接入視在功率為32 kVA的UPS主機(jī)，另1組接入23 kVA的UPS主機(jī)。與此同時(shí)，調(diào)整UPS電源負(fù)載的部分輸出線路，將UPS主機(jī)的視在功率分別調(diào)整為36 kVA和19 kVA左右，與新配蓄電池組的工作時(shí)間匹配。這樣，最大化利用了原有蓄電池，在節(jié)約成本的同時(shí)又使供電得到保障。

7 UPS電源系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)注意的問(wèn)題

根據(jù)相關(guān)資料，UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)工作主要集中在蓄電池組部分[6]。模塊化UPS主機(jī)配備了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)智能管理軟件，可實(shí)時(shí)讀取UPS的輸入輸出電壓、電流及負(fù)載等狀態(tài)參數(shù)值。本次改造還安裝了蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集電池組的總電壓、電流、溫度等參數(shù)，監(jiān)測(cè)每只電池的內(nèi)阻、電壓、溫度，為檢測(cè)、維護(hù)蓄電池組提供了準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

為保證UPS電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行，除做好電源主機(jī)等系統(tǒng)的日常定期實(shí)地巡查和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理外，特別要注意蓄電池組的維護(hù)性放電，防止電池深度放電。在放電過(guò)程中，通常使其放電容量達(dá)到其額定容量的50%就要停止放電，以免影響循環(huán)使用壽命。在蓄電池放電維護(hù)的時(shí)候也可以使用UPS主機(jī)的自檢功能，設(shè)置放電時(shí)間，無(wú)需斷開(kāi)市電開(kāi)關(guān)，當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到蓄電池低壓時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為市電模式，這樣極大地避免掉電風(fēng)險(xiǎn)。

8 結(jié) 語(yǔ)

本文以重慶融媒體中心UPS電源系統(tǒng)改造總體方案為例，介紹UPS電源系統(tǒng)改造的技術(shù)路線、設(shè)備需求，對(duì)比分析了改造效果，提出了UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)注意事項(xiàng)，對(duì)我國(guó)廣大融媒體中心的UPS電源系統(tǒng)改造有一定參考價(jià)值。