廣播電視臺發(fā)射機房在線UPS故障分析與維護

張鋒彪

（襄汾縣融媒體中心，山西 襄汾 041500）

1 廣播電視臺發(fā)射機房在線UPS

廣播電視臺發(fā)射機房不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）設備通常采取在線常態(tài)運行模式，即逆變器處于正常工作狀態(tài)時，無論市電是否供電或處于何種供電模式，UPS電源會一直保持工作，并圍繞負載端的需求持續(xù)輸出。當市電處于工作模式時，經濾波后的交流電會通過整流器同步變換成直流電，此后逆變器會根據用電設備的實際需求將穩(wěn)壓直流電轉換成穩(wěn)定、持續(xù)的交流電，并直接供應給使用端設備，同時通過充電裝置同步給蓄電池組進行持續(xù)充電[1]。當市電供能出現異常時，由蓄電池組進行供電。此時，逆變器將穩(wěn)壓的直流電轉換為可供使用的交流電，并輸出到使用端負載。市電供能異常情況下UPS的基本工作模式如圖1所示。

圖1 市電供能異常情況下UPS的基本工作模式

根據在線UPS的基本工作原理，當UPS處于正常狀態(tài)時，市電供電不僅為負載提供可持續(xù)電能，而且還同步對UPS的蓄電池組進行正向充電。此時逆變器發(fā)揮穩(wěn)壓作用，為負載用電安全提供保證。而當市電斷電或異常時，蓄電池組可以無縫銜接為負載供電，保證其整個廣播電視臺發(fā)射臺站的正常運行[2]。

2 故障現象

UPS的供電機制對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到了重要作用，重點圍繞UPS故障展開分析和研究。廣播電視臺發(fā)射機房以“1+1”方式獨立設置工作頻率為50 Hz/60 Hz的不間斷電源，配備160節(jié)150 Ah/12 V 蓄電池。備自投（BZT）裝置位于高壓開關柜內，其維修旁路需要具備自動旁路或手動旁路開關，可以采用先投入后切離的方法實現完全零中斷保護。此外，系統(tǒng)測試接口為RS232標準串口。

T時刻，廣播電視臺發(fā)射機房斷電。一般情況下，發(fā)射機房為了保證市電的穩(wěn)定供應，會接入兩路供配電線路，預警系統(tǒng)通報斷電則表明BZT裝置沒有正常運行或2條供配電線路同時斷路。依據計劃預案，T+20時刻，技術人員趕赴機房位置，并開始手動檢測故障。T+25時刻，技術人員發(fā)現備用供電線路正常，手動切換后核心機房恢復供電，整個斷電共計時長25 min。經過分析得知，市電斷電后的廣播電視節(jié)目播出系統(tǒng)由UPS進行供電，但蓄電池組實際工作不足1 min[3]。

3 原因分析

為了保證電視節(jié)目播出的穩(wěn)定性和可靠性，發(fā)射機房通常會設置BZT裝置，突發(fā)斷電情況下能夠自動切換備用電源線路，而且基本能夠實現同步過渡[4]。機房安裝了2套UPS，能夠為蓄電池組供電至少60 min，但實際上卻不足1 min，由此可知UPS出現了故障。

直接調取后臺監(jiān)控系統(tǒng)的存儲數據進行分析，根據UPS預警數據，系統(tǒng)曾多次發(fā)出預警信息[5]。第1次警報為旁路能量過載，線路異常；第2次警報為逆變器無法正常工作，不再具備穩(wěn)壓功能；第3次警報為UPS系統(tǒng)電壓輸入-輸出出現異常波動；第4次警報為蓄電池組無法正常充放電；第5次警報為UPS系統(tǒng)無輸出；第6次警報為UPS系統(tǒng)不工作、直接宕機，遠程監(jiān)控界面顯示“系統(tǒng)供電機制熔斷”。結合告警信息的總體情況，判斷UPS系統(tǒng)蓄電池組工作異常，在市電斷電后僅工作48 s便宕機。

檢測蓄電池組單塊電池的電壓，結果如圖2所示?？紤]到正常條件下，即使因制作技術水平導致電池之間存在細小的性能差異，但是單塊電池的電壓測試會出現在一個波動區(qū)間，不可能出現圖2中的“階梯式”電壓數值，因此判斷電池中性線連接出現錯誤。

圖2 單塊電池的電壓測試結果

為了進一步縮小故障排查范圍，精準定位故障點，按照UPS系統(tǒng)蓄電池組安裝調試指南進行拆解分析，如圖3所示。

圖3 UPS系統(tǒng)蓄電池組內部連接示例

正常情況下，連接電池間的中位線處應有2根電纜線，一根從第20節(jié)電池的負極連接到BCB的N口，另一根則從第21節(jié)電池的正極連接到BCB的N口。但是根據現場施工的實際操作，為了節(jié)約成本，先將第20節(jié)電池與第21節(jié)電池級聯(lián)，然后只使用1根電纜線將電池的中性線直連在第20節(jié)電池的負極或第21節(jié)電池的正極[6]。此次事故出現的真實原因是操作人員在具體施工時將連接線直接短接在第20節(jié)電池的正極，導致單塊電池的中位線實際并沒有接在整個電池組的中位點上。

在常溫工作條件下，依據系統(tǒng)設置參數，蓄電池組的單級平均輸出電壓能夠有效控制在13.47～13.91 V，浮動輸出電壓能夠有效控制在14.09～14.38 V。不間斷電源UPS按照額定參數完成轉化、供電、蓄電等工作時，單塊20節(jié)的實際充電電壓可以達到265～288 V。當蓄電池組內部連接出現偏差時，單級電池承受的電壓可能會瞬間增大，前19節(jié)需要承載的實際電壓可能達到14.4 V，遠遠大于平均電壓額定上限13.91 V且處于浮動電壓的極限值附近，長期過壓工作導致電池出現損耗，性能嚴重下降[7]。

綜上所述，此次廣播電視臺發(fā)射機房UPS無法滿足持續(xù)供電需求的主要原因是其內部蓄電池組的單級電池性能出現急劇惡化，從而導致UPS儲能出現問題，無法蓄電并為使用端的多負載供電[8]。

4 解決措施

為廣播電視臺發(fā)射機房供電時，不僅需要以UPS作為能源供應基礎，而且還應綜合考慮所有的能源單元同步響應、融合協(xié)同以及綜合供電[9]。廣播電視臺發(fā)射機房綜合供電如圖4所示。

圖4 廣播電視臺發(fā)射機房綜合供電示例

以UPS作為備份能源供應的核心組件，將市電供應BZT裝置、備用供配電線路以及UPS系統(tǒng)按照機房的能源供應計劃做好相互配合，以智慧運維思想實現多路供電、分時儲電與分區(qū)用電，從而確保在任何極端條件下均能實現系統(tǒng)端的能源使用和業(yè)務端的正常運行。

當市電在Q時刻發(fā)生斷電后，BZT裝置能夠以不足1 s的響應時間轉入工作狀態(tài)，供電線路自動進行切換。Q+1時刻開啟備用供配電線路向發(fā)射機房供電，在線UPS系統(tǒng)同步啟動工作模式，從主機接收供電、逆變器轉換到使用端負載用電基本做到零時延，負載無法感知瞬間電流的變化，更不會對業(yè)務工作造成影響[10]。完成一系列工作后，UPS蓄電池組轉入對電池充電狀態(tài)。當BZT裝置啟動后出現突發(fā)情況導致無法開啟備用線路時，市電不能完成供電任務，使用端的全部負載需要依靠2組UPS系統(tǒng)進行電流轉換等動作來完成供電，此時UPS全部轉入放電狀態(tài)，滿足負載的用電需求，確保系統(tǒng)的正常運行。

5 結 論

對于廣播電視臺發(fā)射機房的實際工作而言，突發(fā)系統(tǒng)斷電的情況偶有發(fā)生，嚴重影響系統(tǒng)運行和相關業(yè)務的順利開展，同時容易對機房內多類電子設備造成較大損壞。從UPS可能出現的電池內部連接錯誤這一故障出發(fā)，分析造成單級電池嚴重損耗進而導致UPS不能有效蓄電和放電的原因，探討了基于多路供電、分時儲電以及分區(qū)用電的綜合供電方式，利用BZT裝置完成系統(tǒng)備用線路的切換，并開啟UPS系統(tǒng)運行，基本實現了系統(tǒng)電源切換零時延，滿足負載用電需求，值得借鑒。