廣播電視大功率UPS配置方案探討

閆濤 江蘇省廣播電視總臺

一、引言

當(dāng)前廣播電視行業(yè)正面臨著數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時刻，新的技術(shù)和新的業(yè)務(wù)對廣播電視設(shè)備的穩(wěn)定運行和安全播出都提出了極高的要求。特別是國家廣電總局頒布的62號令及實施細則都對安全播出提出了具體的要求。作為廣播電視安全播出的重要組成部分，UPS系統(tǒng)配置的合理性直接關(guān)系到安全播出。江蘇廣電總臺發(fā)射傳輸臺很早就為中心信號機房、衛(wèi)星站機房等小功率設(shè)備配置了UPS電源系統(tǒng)，但是由于無線發(fā)射系統(tǒng)功率很大，一直使用市電為發(fā)射機進行供電。據(jù)統(tǒng)計，每年由于外電波動引起的停播事故占到了總停播的70%以上。因此，發(fā)射傳輸臺為廣播電視無線發(fā)射機均配置了UPS系統(tǒng)。

下面對具體的配置方案進行探討。

二、UPS系統(tǒng)配置要求

1. 可提供所有無線發(fā)射機主機和備機的不間斷電源供應(yīng)

發(fā)射傳輸臺總共有3套模擬、3套數(shù)字電視發(fā)射機，為1+1備份。7套調(diào)頻廣播發(fā)射機，分別為5+1和2+1備份系統(tǒng)。UPS系統(tǒng)需要為所有主備機同時提供不間斷電源供應(yīng)。

2. 降低外電波動引起的停播

由于發(fā)射機為大功率播出設(shè)備，受到外電波動影響非常大。雖然根據(jù)國家廣電總局62號令和無線發(fā)射實施細則，發(fā)射傳輸臺配置了兩路不同路由的外電，但是由于外電引起的發(fā)射機停播事故仍占了總停播的70%以上。配置UPS系統(tǒng)方可有效降低由于外電引起的停播事故。

3. UPS系統(tǒng)本身需具備高可靠性，易維護性。

據(jù)統(tǒng)計，UPS系統(tǒng)中由于UPS電源設(shè)備本身故障占到20%，負(fù)載及UPS與負(fù)載之間的配電回路故障（負(fù)載短路、保險燒毀、斷路器跳開等）占70%，還有10%為其他故障。UPS系統(tǒng)本身需要具有高可靠性，便于維護。

4. 合理后備時間，具備高性價比

由于UPS系統(tǒng)造價較高（基本相當(dāng)于一臺進口調(diào)頻發(fā)射機費用），且其中的電池一般使用3-5年需要更換，配置時需要充分考慮資金投入問題。

三、配置方案探討

1. 配電方案設(shè)計

（1）原有無線發(fā)射機供電情況

以電視發(fā)射機為例，每個發(fā)射機在配電柜上，通過配電開關(guān)，選擇古平崗線和南藝線兩路外電其中一路供發(fā)射機使用。如圖1所示。

（2）現(xiàn)有無線發(fā)射機供電情況

UPS系統(tǒng)配置在古平崗?fù)怆姡c南藝線外電一起通過配電開關(guān)，選擇一路供發(fā)射機使用。如圖2所示。

2. 發(fā)射機功率設(shè)計

電視發(fā)射機現(xiàn)有的額定功率總和46KW。但由于要達到發(fā)射機的額定功率與所需的實際能耗存在一定的比例，通常模擬電視發(fā)射機額定功率與實際能耗的比例為1：3，數(shù)字發(fā)射機為1：6，則我臺最大能耗功率為150KW。

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調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計功率總和58.5KW。同上，模擬調(diào)頻發(fā)射機額定功率與實際能耗的比例為1：2，則我臺最大能耗功率為117KW。

現(xiàn)有的發(fā)射機及功率見表1：

由于我臺發(fā)射機機房，分為東西兩個配電柜，每個配電柜所帶的負(fù)載根據(jù)發(fā)射機放置的位置決定，故模擬電視主機發(fā)射機1的主備機配置在調(diào)頻一組的配電柜中，因而得出西配電柜最大負(fù)載為117KW，東配電柜最大負(fù)載為150KW。發(fā)射機配電示意圖見圖3。

3. 后備時間設(shè)計

由于外電波動基本瞬間恢復(fù)，如果停電時間較長，線上外接的柴油發(fā)電機將自啟動供電，且后備時間越長，需要的UPS電池數(shù)量越多。因此參考62號令中廣播電視安全播出管理規(guī)定無線發(fā)射實施細則對于信號源等設(shè)備的UPS供電時間要求，將無線發(fā)射UPS系統(tǒng)的后備時間設(shè)計為30分鐘。

4. 功率均衡及UPS位置擺放需求

由于依據(jù)功率均衡和發(fā)射機在機房擺放的位置，設(shè)計電視發(fā)射機和調(diào)頻發(fā)射機分別單獨配置UPS系統(tǒng)。

5. 可靠性和性價比要求

常用的UPS系統(tǒng)的配置方案包括單UPS供電方案、雙UPS并機冗余供電方案，雙UPS雙回路鏡像冗余供電方案和雙UPS并機、雙回路鏡像冗余供電方案。四個方案系統(tǒng)復(fù)雜程度依次增加，相應(yīng)的投入也不斷增加，但是更好的解決了由于增加UPS系統(tǒng)本身引起的故障問題。

由于發(fā)射機系統(tǒng)對于供電波動、供電切換的敏感度非常高，UPS系統(tǒng)配置的主要目的是提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，在UPS設(shè)備的故障率遠低于外電引起的故障率的基礎(chǔ)上，如果在兩路外電供應(yīng)上均配置UPS系統(tǒng)，比僅在一路外電上配置UPS系統(tǒng)所降低的故障率很小。因此在一路外電上配置UPS系統(tǒng)即可有效降低整體故障率，且投入較小，性價比高。

6. UPS功率配置計算

以電視發(fā)射機UPS系統(tǒng)為例，負(fù)載設(shè)計總功率為150KW（設(shè)計功率還需充分考慮今后增添設(shè)備的負(fù)載容量），按照UPS功率因素=0.93計算，150/0.93=161KVA。UPS功率至少選為160KVA以上，同時UPS負(fù)荷一般為70%左右比較合適，因此電視發(fā)射機選擇配置200KVA的UPS較為合適。

7. UPS電池配置計算

由于UPS一般帶的負(fù)載是固定的，所以比較準(zhǔn)確的用恒功率法計算。

（1）確定電池的參數(shù)指標(biāo)

對于普遍使用的鉛酸電池常使用如下參數(shù)：

大家通常所見的鉛酸免維護電池實際上是單體電池的組合，每節(jié)單體鉛酸電池的額定電壓是2Vdc，因此一塊12V 的電池是由6節(jié)單體電池構(gòu)成的。對于我們的UPS采用的是12V 120AH的電池。

（2）計算UPS電池的需求的容量

根據(jù)公式：

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電池總數(shù)＝(功率/直流電壓*小時)/每塊安時數(shù)*每組塊數(shù)

由于不同功率的UPS直流電壓不同，每組塊數(shù)為所要求電池的最小塊數(shù)，一般配置電池時，必須為每組塊數(shù)的整數(shù)倍，常見的UPS直流電壓和電池每組塊數(shù)見表2（電池每塊以12V為計算依據(jù)）：

例：配置200KVA滿載情況下的有功功率為200×0.93=186KVA，UPS電池電壓12V，每塊電池為120AH，若需待機時間為0.5小時，求應(yīng)選用的電池數(shù)。

（UPS的輸出功率因數(shù)由UPS的型號決定，我們這里取的是MEDES公司CPT 200KVA的UPS為例）

計 算： 電 池 總 數(shù) =（186000/384×0.5）/120×32=64塊

四、總結(jié)

根據(jù)發(fā)射傳輸臺無線發(fā)射系統(tǒng)實際情況而設(shè)計配置的UPS系統(tǒng)充分考慮可靠性、穩(wěn)定性、易維護性和性價比，采取單路UPS接入的方式，通過合理計算配置后備電池，在近三年的使用中，有效降低了外電波動對無線發(fā)射播出的影響（配置UPS前，我臺5年內(nèi)由外電引起的停播率約為0.8秒/百小時，配置UPS之后近三年內(nèi)為0），有效提高了安全播出保障水平。