淺析發(fā)信機(jī)房UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭帥 李捷

摘 要：發(fā)信機(jī)做為海岸電臺(tái)應(yīng)急通信的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定可靠和不間斷運(yùn)行是對(duì)海上通信業(yè)務(wù)正常開展的必要前提。針對(duì)現(xiàn)有斷電切換電存在的空白時(shí)間間隙問題，通過分析應(yīng)用UPS不間斷電源改造電源系統(tǒng)，解決了現(xiàn)系統(tǒng)的不足，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備斷電零秒切換，保障了安全通信不間斷傳播。

關(guān)鍵詞：發(fā)信機(jī) UPS

1.引言

海岸電臺(tái)承擔(dān)海域船舶安全通信值守任務(wù)，代表國(guó)家履行國(guó)際公約對(duì)國(guó)內(nèi)外航行船舶播發(fā)海上安全信息，提供遇險(xiǎn)搜救通信及日常公眾通信。隨著國(guó)家海洋戰(zhàn)略的升級(jí)，海岸電臺(tái)業(yè)務(wù)持續(xù)拓展，大功率發(fā)信機(jī)和先進(jìn)通信設(shè)備的引入使得機(jī)房供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要，供電一旦發(fā)生故障中斷，將直接影響作為“救命電波”的遇險(xiǎn)搜救通信業(yè)務(wù)，所以必須確保發(fā)信機(jī)及通信設(shè)備供電持續(xù)可靠?，F(xiàn)階段海岸電臺(tái)采用以兩路市電供電，并輔以柴油發(fā)電機(jī)作為備用應(yīng)急電源的供配電配置，雖能保證供電可靠，但無(wú)論是兩路市電轉(zhuǎn)換，或市電均中斷啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供電，都需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，期間均存在空白時(shí)間間隙，發(fā)信機(jī)及通訊設(shè)備此時(shí)處于宕機(jī)狀態(tài)，不能真正保證通信的安全持續(xù)暢通。因此依靠UPS不間斷供電電源對(duì)發(fā)信機(jī)機(jī)房進(jìn)行電源系統(tǒng)改造可以有效預(yù)防和解決這一問題。

2.UPS電源系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

2.1UPS基本原理

UPS（Uninterrruptible Power Supply），即不間斷電源，是一種以蓄電池為主要儲(chǔ)能裝置的電源設(shè)備，逆變器是其主要組成部分，它可給計(jì)算機(jī)及其他電力設(shè)備提供恒壓恒頻的不間斷電力供應(yīng)。UPS主要有以下功能：1.可實(shí)現(xiàn)雙路電源的不間斷互切；2.對(duì)諧波、電壓和頻率波動(dòng)等電網(wǎng)干擾起到隔離作用；3.在電壓和頻率變換時(shí)起到穩(wěn)壓穩(wěn)頻作用。

當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后提供給負(fù)載，此時(shí)UPS相當(dāng)于一臺(tái)穩(wěn)壓器，同時(shí)向蓄電池充電儲(chǔ)能。當(dāng)發(fā)生市電中斷切換或市電中斷啟動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，UPS會(huì)立刻將蓄電池儲(chǔ)存的電能釋放，通過逆變器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換向負(fù)載提供穩(wěn)定交流電，保護(hù)負(fù)載維持負(fù)載正常供電運(yùn)行。

2.2UPS分類及選型

目前，UPS以其主電路構(gòu)造和不斷電供電機(jī)制來分，主要有：后備式、在線互動(dòng)式、雙逆變?cè)诰€式和雙逆變電壓補(bǔ)償在線式四大類。

后備式：后備式是應(yīng)用最早最廣泛的靜態(tài)UPS形式，當(dāng)市電存在時(shí)，充電器只對(duì)蓄電池浮充，逆變器不投入工作。只當(dāng)市電掉電，轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作，才對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。后備式UPS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，適用于供電質(zhì)量要求不高的場(chǎng)所，因?yàn)檫@種UPS存在切換時(shí)間，故不適用關(guān)鍵性供電不能中斷的場(chǎng)所。

在線互動(dòng)式：在線的含義即UPS逆變器始終處于熱備份狀態(tài)，在線互動(dòng)式UPS的逆變器為雙向逆變，市電存在時(shí)逆變方向由AC到DC，向電池充電；市電掉電后逆變方向由DC到AC，由電池供電向負(fù)載供電。同后備式相比，在線互動(dòng)式轉(zhuǎn)換時(shí)間短，逆變輸出電壓波形好，但其同樣存在切換問題。

雙逆變?cè)诰€式：目前絕大多數(shù)在線式，尤其是大功率在線UPS均采用雙逆變電路結(jié)構(gòu)，雙逆變即電路由一個(gè)AC-DC單向逆變器和一個(gè)DC-AC單向逆變器組成，其特點(diǎn)是無(wú)論市電有無(wú)，負(fù)載功率都由逆變器輸出，逆變器始終處于工作狀態(tài)，市電掉電時(shí)輸出電壓不受任何影響，而且沒有轉(zhuǎn)換時(shí)間。

雙逆變電壓補(bǔ)償在線式：此形式是目前國(guó)際上最前沿的技術(shù)，它將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理應(yīng)用到UPS主電路中，在抗干擾、穩(wěn)壓和可靠性等技術(shù)指標(biāo)上都有新的突破，但其技術(shù)還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)成本高。

對(duì)于海岸電臺(tái)發(fā)信機(jī)房，發(fā)信設(shè)備輸出功率大，電壓質(zhì)量要求高，采用雙逆變?cè)诰€式UPS，既滿足機(jī)房電源系統(tǒng)改造要求，又節(jié)約投資成本。

2.3供配電設(shè)計(jì)

目前海岸電臺(tái)發(fā)信機(jī)房供電方案一般為雙路10KV主備切換運(yùn)行，兩路相互獨(dú)立市電通過高壓開關(guān)柜接至同一臺(tái)變壓器，后輸出至低壓配電柜，同時(shí)設(shè)置兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。其中兩路市電電氣互鎖，兩臺(tái)柴油機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)，市電與柴油機(jī)設(shè)置電氣互鎖開關(guān)，防止兩路市電同時(shí)接入設(shè)備。

根據(jù)發(fā)信機(jī)房的供電形式，結(jié)合現(xiàn)機(jī)房供電存在時(shí)間間隙的問題，UPS不間斷電源的設(shè)置形式主要有兩種：雙路電源單路UPS形式和雙路電源雙路UPS形式。其中雙路電源單路UPS形式是在在配電室配電柜設(shè)置一主一備兩路配電柜，其中在主配電柜出線接入U(xiǎn)PS不間斷電源，主路供電電源經(jīng)主配電箱、UPS后接入負(fù)載配電箱，向發(fā)信機(jī)設(shè)備提供電源。備配電柜引出線直接與負(fù)載配電箱連接，如圖1所示。

配電室的主備兩個(gè)配電柜，均與經(jīng)變壓器降壓后的兩路市電相連，其中備用配電箱相當(dāng)于UPS不間斷電源的旁路開關(guān)，當(dāng)UPS本身發(fā)生故障或主配電柜線路故障時(shí)，電源系統(tǒng)直接跳過故障UPS，啟用備配電柜對(duì)負(fù)載供電。正常情況下，主配電柜提供電源經(jīng)UPS后輸送至負(fù)載配電箱，為發(fā)信設(shè)備提供電源；當(dāng)一路市電中斷后或兩路市電均中斷啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)前的時(shí)間間隙，UPS通過自身蓄電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電，直到另一路市電轉(zhuǎn)換成功或柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)輸出穩(wěn)定的電壓，UPS結(jié)束自身蓄電池供電，UPS在斷電整個(gè)過程起到穩(wěn)壓、提供不斷續(xù)電源的作用。

對(duì)于雙路電源雙路UPS形式，該UPS形式配置兩臺(tái)UPS電源設(shè)備并行接至配電室兩部配電柜，采用雙路供電并行接入，每臺(tái)UPS電源負(fù)擔(dān)全部負(fù)載負(fù)荷的50%，正常時(shí)兩臺(tái)UPS逆變器同時(shí)向負(fù)載供電，當(dāng)其中一臺(tái)UPS故障時(shí)該UPS便從系統(tǒng)中脫離，發(fā)信設(shè)備負(fù)載負(fù)荷全部由另一臺(tái)UPS負(fù)擔(dān)。對(duì)于供電連續(xù)性來講這種形式的UPS穩(wěn)定安全系數(shù)高，但兩路兩套UPS意味著雙倍的設(shè)備故障幾率且投資成本高，故在海岸電臺(tái)機(jī)房電源改造中，選用第二種雙路電源單UPS形式的電源設(shè)置是很好的選擇。

通過采用雙逆變?cè)诰€式UPS不間斷電源并將UPS設(shè)置為雙路雙電源形式，可以有效消除切機(jī)房換電存在空白時(shí)間間隙。正常狀態(tài)下設(shè)備由市電經(jīng)變壓器后至UPS，經(jīng)過UPS整流為直流電，后進(jìn)逆變器逆變?yōu)榉€(wěn)定的交流電供發(fā)信機(jī)設(shè)備。當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS瞬間通過蓄電池放直流電經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娤虬l(fā)信機(jī)負(fù)載供電，在零秒內(nèi)將發(fā)信機(jī)負(fù)載全部帶起。UPS設(shè)備發(fā)生問題或者需要對(duì)UPS維護(hù)維修時(shí)，通過備配電箱旁路開關(guān)將UPS從系統(tǒng)脫離，實(shí)現(xiàn)了發(fā)信機(jī)供電的零缺失。

3.結(jié)語(yǔ)

選擇UPS不間斷電源保證發(fā)信機(jī)等通信設(shè)備可靠供電，徹底消除了因市電中斷切換備電期間的供電時(shí)間間隙，同時(shí)也解決了發(fā)信機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電壓波動(dòng)、諧波等對(duì)發(fā)信機(jī)設(shè)備的影響，保障了發(fā)信機(jī)設(shè)備的全天候不間斷運(yùn)行，使海上安全廣播和遇險(xiǎn)搜救通信萬(wàn)無(wú)一失，為海岸電臺(tái)持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

參考文獻(xiàn)：

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