中原福塔發(fā)射機(jī)房UPS外置檢修旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

文/楊青坡

（作者單位：河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)）

引言

維護(hù)好廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)射機(jī)房的設(shè)備，減少因外電故障、閃斷造成的播出故障，事關(guān)重大。不間斷電源（UPS）的投入應(yīng)用，通過穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源對(duì)廣電的設(shè)備起到了很好的保護(hù)作用。在面對(duì)失壓、雜波干擾、突波、斷電等電力故障時(shí)，通過連接逆變器的電池組，有效應(yīng)對(duì)了外電故障問題。

1.UPS電源完善措施

（1）當(dāng)UPS檢測(cè)電路中的接觸器控制信號(hào)板和靜態(tài)電源開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，靜態(tài)電源開關(guān)或控制信號(hào)板無法動(dòng)作，任何操作都無法使UPS轉(zhuǎn)入旁路供電。

（2）UPS因場(chǎng)地改造或增容時(shí)，需要不間斷連續(xù)供電情況下，進(jìn)行不帶電移機(jī)。

（3）UPS要實(shí)現(xiàn)不斷電維修需要有維修旁路，目前的大部分UPS都有內(nèi)置維修旁路，但是，使用內(nèi)置維修旁路的UPS在故障后只能在UPS原來所在位置進(jìn)行維修，不能拆掉連線移到別的地方去進(jìn)行維修。當(dāng)UPS所在區(qū)域空間比較狹小時(shí)，維修會(huì)十分不方便。

基于以上原因，我機(jī)房設(shè)計(jì)和安裝了發(fā)射機(jī)房UPS外置檢修旁路系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的外置檢修旁路系統(tǒng)不僅能為機(jī)房不間斷供電提供有力保障，也能解決不間斷供電（UPS）系統(tǒng)因?yàn)樽陨碓骷a(chǎn)生的問題導(dǎo)致的廣播電視發(fā)射設(shè)備斷電造成停播。鑒于此，進(jìn)一步完善不間斷供電系統(tǒng)是保障機(jī)房廣播電視設(shè)備運(yùn)行的重要一環(huán)。

2.UPS外置檢修旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

新設(shè)置的發(fā)射機(jī)房大容量UPS外置檢修旁路系統(tǒng)，能夠有效地完善廣播電視發(fā)射機(jī)房的不間斷供電（UPS）系統(tǒng)質(zhì)量，消除因UPS系統(tǒng)自身問題而造成的停播事故，增強(qiáng)了廣播電視信號(hào)傳輸?shù)陌踩煽啃浴Ｎ遗_(tái)主要從以下幾個(gè)方面入手，提升系統(tǒng)的整體可靠性。

2.1 合理的外置旁路設(shè)計(jì)

為確保廣播電視節(jié)目安全優(yōu)質(zhì)播出和傳輸，我臺(tái)發(fā)射機(jī)設(shè)備對(duì)動(dòng)力的設(shè)計(jì)是兩路外電互為主備，添加UPS外置檢修旁路系統(tǒng)中采用兩路電源一起接入旁路，配電柜內(nèi)主備電源自投裝置可確保一路外電故障時(shí)自動(dòng)切換并獨(dú)立供電。當(dāng)兩路電源都斷電時(shí)，不間斷電源（UPS）系統(tǒng)的蓄電池直流電通過逆變器變換為交流正弦波電壓供給發(fā)射機(jī)負(fù)載。當(dāng)外電恢復(fù)，不間斷電源（UPS）系統(tǒng)不能動(dòng)作時(shí)，使用UPS外置檢修旁路系統(tǒng)切換至外電為發(fā)射設(shè)備不間斷供電，繼而有充足的時(shí)間檢修不間斷電源（UPS）系統(tǒng)。

由于我臺(tái)現(xiàn)使用兩路外電在供電的配電柜內(nèi)均帶有自投裝置，一路外電故障，自投裝置可在2S內(nèi)將電源切至另一路外電，借助現(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)，我們計(jì)劃將配電柜內(nèi)稍作改動(dòng)，去掉原有自投裝置輸出端至發(fā)射機(jī)空氣開關(guān)之間的聯(lián)接線路。將UPS外置檢修旁路系統(tǒng)的輸出端和輸入端分別和以上兩部分端子間相連，再將不間斷電源（UPS）系統(tǒng)串入U(xiǎn)PS外置檢修旁路系統(tǒng)中，先在物理鏈路上構(gòu)成回路，這樣一方面降低了施工材料的耗損，另一方面減少了電路中的元器件，也降低了元器件故障引起的設(shè)備斷電造成停播的風(fēng)險(xiǎn)幾率。

2.2 UPS外置檢修旁路系統(tǒng)特點(diǎn)

2.2.1 檢修時(shí)可完全脫離主系統(tǒng)形成自身供電回路

UPS外置檢修旁路系統(tǒng)作為應(yīng)急切換和設(shè)備檢修用的旁路系統(tǒng)。安裝這個(gè)旁路可以保證在發(fā)射機(jī)房發(fā)射機(jī)設(shè)備由UPS不間斷電源供電的情況下，當(dāng)UPS電源需要檢修或出現(xiàn)故障時(shí)就可以利用此旁路將全部負(fù)荷的供電轉(zhuǎn)換到外電上，解決了供電單一節(jié)點(diǎn)問題，保證廣播電視節(jié)目的安全播出。

2.2.2 可供隨時(shí)調(diào)閱的人機(jī)交互系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)房的UPS外置檢修旁路系統(tǒng)應(yīng)具備智能性，能夠?qū)ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄UPS外置檢修旁路工作時(shí)的相關(guān)參數(shù)。并且具備故障的診斷和自檢功能，當(dāng)系統(tǒng)工作發(fā)生異常時(shí)，能夠提示并自動(dòng)記錄相關(guān)的信息，以便于查閱和應(yīng)對(duì)故障。

2.3 增加UPS外置檢修旁路

我臺(tái)原有UPS旁路僅有靜態(tài)旁路，而沒有檢修旁路。UPS靜態(tài)旁路是指不間斷電源（UPS）的輸入輸出之間的一個(gè)電路通路，通路中不是簡(jiǎn)單的一條直通導(dǎo)線，中間可能串聯(lián)了空開、電子開關(guān)及簡(jiǎn)單的濾波裝置等。對(duì)UPS而言，旁路有兩種，一種是UPS靜態(tài)旁路，當(dāng)不UPS出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到UPS靜態(tài)旁路，也可通過人為操作來轉(zhuǎn)UPS靜態(tài)旁路；一種是外置檢修旁路，在系統(tǒng)需要維修維護(hù)時(shí)，外電繞過不間斷電源系統(tǒng)臨時(shí)直接給負(fù)載供電，負(fù)載不受不間斷電源系統(tǒng)保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)置輸入開關(guān)、輸出開關(guān)以及維修開關(guān)，在市電正常的情況下，不間斷電源（UPS）有兩種工作狀態(tài)，即正常狀態(tài)和旁路狀態(tài)，前者，UPS的逆變器工作，輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓給負(fù)載，輸入輸出壓差很大，因?yàn)檩斎氲耐怆姾筒婚g斷電源（UPS）系統(tǒng)逆變輸出在電壓幅值和諧波失真度上均有不同程度的差異；后者，不間斷電源（UPS）系統(tǒng)內(nèi)部的旁路靜態(tài)開關(guān)閉合，外電經(jīng)靜態(tài)開關(guān)直接供給負(fù)載，輸入輸出的壓差很小，在1V左右。在正常情況下，輸入、輸出開關(guān)閉合，維修開關(guān)斷開；需要維修維護(hù)或緊急情況時(shí)，輸入、輸出斷開，維修開關(guān)閉合。

簡(jiǎn)而言之，靜態(tài)旁路是內(nèi)部旁路，作用是當(dāng)不間斷電源（UPS）故障時(shí)保證與外電間進(jìn)行無間斷切換。維護(hù)旁路是外部旁路，是作為不間斷電源（UPS）系統(tǒng)檢修時(shí)，對(duì)不間斷電源（UPS）系統(tǒng)進(jìn)行隔離所使用的。所以，增設(shè)UPS外置檢修旁路是保證安全播出的必要措施。

3.UPS外置檢修旁路系統(tǒng)的工作原理

圖1 系統(tǒng)正常外電輸入電路圖

上圖為在UPS外置檢修旁路系統(tǒng)電路圖，當(dāng)外電供電輸入正常時(shí)，接入三條通路中。

第一部分主回路通過K3空氣開關(guān)連接外電與充電器以及逆變器，充電裝置將外電交流電源通過自耦變壓器降壓、整流和濾波完成了交流-直流的轉(zhuǎn)換，并送至逆變器，通過K4開關(guān)的閉合得到穩(wěn)定的交流電源，并同時(shí)通過K5蓄電池組充電。UPS 系統(tǒng)中逆變器在電池組提供的直流電源下完成工作，此時(shí)，不需要外電供電轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀兤鞴╇?，這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間是同步的，里面裝置采用大功率的IGBT模塊全橋逆變電路，功率富余較多，而且輸出阻抗很小。

第二部分通路屬于UPS 靜態(tài)旁路，由于UPS 系統(tǒng)具有過載保護(hù)的功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生超載，在旁路開關(guān)K2以及SSM整流橋的作用下，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為UPS靜態(tài)旁路，并在負(fù)載恢復(fù)正常時(shí)自動(dòng)返回。如果超載現(xiàn)象嚴(yán)重，逆變器將停止工作并轉(zhuǎn)換到UPS 靜態(tài)旁路，此時(shí)K3空開跳閘。只有故障消除，合上K3空開，系統(tǒng)才能恢復(fù)主路供電模式。

第三部分通路為UPS外置檢修旁路狀態(tài)，是在當(dāng)維修和保養(yǎng) UPS 時(shí)才可啟動(dòng) ，K4和 K1開關(guān)為連動(dòng)式開關(guān)，當(dāng)手動(dòng)合上K1開關(guān)， K4開關(guān)隨即斷開，這樣可以達(dá)到UPS 維護(hù)時(shí)負(fù)載得到不間斷電源，從而不經(jīng)過 UPS 供電，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.UPS外置檢修旁路系統(tǒng)的測(cè)試

為了確保UPS外置檢修旁路系統(tǒng)能夠正常使用，檢驗(yàn)其穩(wěn)定性與可靠性是非常重要的一項(xiàng)工作。對(duì)UPS外置檢修旁路系統(tǒng)的測(cè)試主要分兩部分：切換至檢修旁路狀態(tài)和切回至正常狀態(tài)。

4.1 切換至外置檢修旁路步驟（UPS所帶負(fù)載不斷電）

按UPS面板上的“逆變停機(jī)”按鈕2S以上，按對(duì)應(yīng)的確認(rèn)鍵關(guān)閉逆變器?，F(xiàn)象：UPS面板上逆變指示燈熄滅，旁路指示燈綠色亮，旁路供電。

斷開電池柜上電池開關(guān)，打開UPS外置檢修旁路上的無操作鎖扣，閉合UPS外置檢修旁路開關(guān)K1。現(xiàn)象：觀察UPS面板顯示輸入電流為“0”。

依次斷開UPS外置檢修旁路輸入開關(guān)K3、輸出開關(guān)K4?，F(xiàn)象：UPS面板顯示屏、指示燈熄滅，系統(tǒng)在UPS外置檢修旁路狀態(tài)供電。

4.2 外置檢修旁路切換至逆變供電步驟

閉合UPS外置檢修旁路輸出空開K4?，F(xiàn)象：UPS面板上的旁路供電指示燈綠色亮，負(fù)載指示燈綠色亮。

依次閉合各臺(tái)UPS外置檢修旁路開關(guān)K3和相應(yīng)電池組開關(guān)?，F(xiàn)象：等待各臺(tái)UPS面板上整流器指示燈綠色由閃爍變成常亮后，整流器啟動(dòng)完畢。當(dāng)各臺(tái)電池接觸器閉合后，電池指示燈紅色熄滅。

斷開UPS外置檢修旁路K1，按UPS操作面板上的“逆變啟動(dòng)”按鈕持續(xù)2S以上?，F(xiàn)象：各臺(tái)UPS逆變器啟動(dòng)，直到面板上逆變器指示燈呈綠色，逆變器啟動(dòng)完畢，旁路指示燈綠色熄滅。

經(jīng)測(cè)試，該UPS外置檢修旁路系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，性能穩(wěn)定可靠。

結(jié)語(yǔ)

UPS 電源系統(tǒng)在廣播電視發(fā)射臺(tái)的應(yīng)用，不僅改善了電網(wǎng)質(zhì)量，而且對(duì)傳輸發(fā)射起到極其重要的保障作用。從設(shè)備投入運(yùn)行幾個(gè)月時(shí)間來看，首先設(shè)備易于操作，性能穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)之初的預(yù)定目標(biāo)，特別是在近期的一次外電閃斷中，由于外電連續(xù)沖擊，導(dǎo)致UPS電源無輸出，立即倒檢修旁路開關(guān)，系統(tǒng)發(fā)揮了很好的作用。