淺析大型UPS在廣播電視供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳信衡 龔志山 楊忠景 韋臣

（廣西廣播電視技術(shù)中心河池分中心）

一、引言

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，對(duì)節(jié)目的安全播出提出了更高的要求，而廣播電視的安全播出很大程度上依賴(lài)于市電的穩(wěn)定，而市電常常受到很多因數(shù)的影響，比如雷雨天氣，電網(wǎng)線(xiàn)路故障，穩(wěn)壓器故障，人為停電等等，這些因素往往會(huì)造成市電不正常，從而導(dǎo)致機(jī)房大面積的停播事故。安裝一套高可靠性，高穩(wěn)定性的UPS供配電系統(tǒng)將是當(dāng)務(wù)之急。

二、UPS電池的計(jì)算方法

電池計(jì)算通常有兩種方法：恒電流模式計(jì)算和恒功率計(jì)算，我采用恒電流模式計(jì)算方法計(jì)算。

根據(jù)能量守恒原理，按恒電流模式公式計(jì)算：

C =（PL×T）/（Vbat×η×K）

其中： C－－蓄電池容量，（Ah）PL―UPS輸出功率（W）； T―電池后備時(shí)間（h）；

Vbat―電池組電壓（Vdc）η―UPS電池逆變效率（0.90-0.95，根據(jù)機(jī)型選取）。K―電池放電效率（系數(shù)）。K的選取按照下表，如表1。

三、測(cè)算額定功率48千瓦UPS接入供配電系統(tǒng)的可行性

（一）機(jī)房實(shí)際耗電量計(jì)算

目前河池250臺(tái)有6臺(tái)1kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)，3臺(tái)1kW電視發(fā)射機(jī)，兩臺(tái)1kW數(shù)字電視發(fā)射機(jī)和一系列小功率配套設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，下表為實(shí)測(cè)整個(gè)運(yùn)行設(shè)備實(shí)際耗電情況，如表2。

由表2可以看出，整個(gè)機(jī)房運(yùn)行設(shè)備消耗的總功率為：

（32.5+33.2+28.52）*220=20.5 kW

（二）額定功率48千瓦UPS帶負(fù)載量的計(jì)算

UPS額定輸出功率是標(biāo)志該產(chǎn)品能驅(qū)動(dòng)多大額定功率的重要參數(shù)，它隨負(fù)載功率因數(shù)的變化而變化。UPS不宜長(zhǎng)期處于滿(mǎn)載狀態(tài)下運(yùn)行。UPS一般選取額定功率的60%～70%的負(fù)載量，同時(shí)UPS盡量不要長(zhǎng)期處于過(guò)度輕載狀態(tài)下運(yùn)行。機(jī)房安裝的額定功率48千瓦UPS的最佳的負(fù)載量為：

48*65%=31.2 kW

從計(jì)算結(jié)果可以看出，額定功率48千瓦的UPS有足夠的冗余抗市電斷電時(shí)的沖擊，是完全可以安全的、可靠的、穩(wěn)定的給機(jī)房所有發(fā)射機(jī)提供電源的。

（三）蓄電池電量計(jì)算

額定功率48千瓦UPS的電池組方陣由32*2塊12V，100Ah的全密封鉛酸膠體電池組成，蓄電池總電量為：

32*2*100*12=76.8 kWh

按蓄電池的放電效率為75%(鉛酸)計(jì)算，則蓄電池組方陣的實(shí)際放電量為：

76.8*75%=57.6 kWh

按UPS的逆變率0.9，則UPS實(shí)際輸出電量大約為：

表1 電池放電效率

表2 設(shè)備實(shí)際耗電情況

57.6*0.9=51.84 kWh

（四）UPS后備時(shí)間計(jì)算

按機(jī)房所有發(fā)射機(jī)耗電量為20.7kWh計(jì)算，額定功率48千瓦UPS可以在市電停，油機(jī)不工作的情況下，可以連續(xù)工作時(shí)間為：

51.84/20.7=2.50 小時(shí)

從計(jì)算結(jié)果可以看出。當(dāng)市電停電時(shí)，在市電沒(méi)有給UPS充電的情況下。只要油機(jī)可以在2.50個(gè)小時(shí)內(nèi)正常啟動(dòng)，就可以使得機(jī)房避免因?yàn)槭须娡６斐傻耐２ナ鹿省?/p>

圖1 原供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖

四、接入U(xiǎn)PS的供配電系統(tǒng)的搭建

（一）機(jī)房原來(lái)的供配電系統(tǒng)（如圖1）

從上圖可以看出，市電到發(fā)射機(jī)中間任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會(huì)引起機(jī)房大面積的停播。所以引入大型高品質(zhì)UPS做為主電源供電，是一個(gè)很好的解決方案。

圖2 機(jī)房改造后的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖

（二）機(jī)房改造后的供配電系統(tǒng)（如圖）

在介紹機(jī)房供配電系統(tǒng)改造前，我們先簡(jiǎn)單的介紹下這次改造：

過(guò)程中，用到的裝置交流繼電器和雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。

交流繼電器：交流繼電器有兩個(gè)通路，分為主備通路。主通路可以通過(guò)3相交流電。備通路只能通過(guò)單相交流電，繼電器內(nèi)部有一個(gè)線(xiàn)包，當(dāng)線(xiàn)包得電的時(shí)候，主通路接通；沒(méi)有得電的時(shí)候，備通路接通。其主通路和備通路切換的時(shí)間非常短暫，幾乎是瞬間完成。

雙電源自動(dòng)切換器：雙電源切換器通過(guò)一個(gè)電機(jī)控制兩個(gè)可通過(guò)三相交流電的空氣開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與閉合。兩個(gè)空氣開(kāi)關(guān)分為主備。當(dāng)主電源有電時(shí)，主空氣開(kāi)關(guān)閉合，備空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。當(dāng)主電源沒(méi)有電，備電源有電時(shí)，主空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，備空氣開(kāi)關(guān)閉合。

（三）單相1kW調(diào)頻電視發(fā)射機(jī)供電系統(tǒng)改造

單相1kW調(diào)頻電視發(fā)射機(jī)原來(lái)的主用電源是市電通過(guò)穩(wěn)壓柜，ATS開(kāi)關(guān)，配電箱送到發(fā)射機(jī)的。 現(xiàn)在改成UPS電源為主用電源，市電為備用電源，是通過(guò)一個(gè)交流繼電器實(shí)現(xiàn)的。UPS電源接交流繼電器的主用通路，市電和發(fā)電機(jī)發(fā)電接備用通路。交流繼電器的線(xiàn)包接UPS的電源，即UPS正常供電的時(shí)候，UPS電源給發(fā)射機(jī)供電。當(dāng)UPS電源發(fā)生故障時(shí)，交流繼電器的線(xiàn)包沒(méi)有得電，其備用通路接通，用市電或者發(fā)電機(jī)繼續(xù)給發(fā)射機(jī)提供電源。經(jīng)過(guò)實(shí)際的反復(fù)試驗(yàn)，當(dāng)UPS電源發(fā)生故障時(shí)，都能及時(shí)的切換到市電繼續(xù)給發(fā)射機(jī)提供電源。由于切換電源的時(shí)間非常得的短暫，所以發(fā)射機(jī)并沒(méi)有掉功率，也就是說(shuō)，需要進(jìn)行電源切換播出時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)0秒停播。

（四）三相1kW調(diào)頻電視發(fā)射供電系統(tǒng)改造

由于三相1kW調(diào)頻電視發(fā)發(fā)射不能只用一個(gè)交流繼電器實(shí)現(xiàn)電源切換。我們采用了一個(gè)小型的雙電源自動(dòng)切換器實(shí)現(xiàn)兩路電的相互切換，主空氣開(kāi)關(guān)接UPS電源，備空氣開(kāi)關(guān)接市電（發(fā)電機(jī)），成功實(shí)現(xiàn)了兩路電源的自動(dòng)切換。由于我們采用的是簡(jiǎn)單的電源切換裝置，兩路電相互切換的時(shí)候，會(huì)造成短時(shí)間的停播，但是UPS損壞的概率比市電出問(wèn)題的概率小多了。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我們還是實(shí)現(xiàn)了減少停播的目的。

五、應(yīng)用效果與結(jié)論

該配電改造完成以來(lái)，機(jī)房在多次市電故障中，沒(méi)有發(fā)生停播事故，取得比較滿(mǎn)意的效果。下面總結(jié)這個(gè)項(xiàng)目的幾個(gè)好處：

（一）48千瓦UPS提供的電源不需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器，ATS切換器，配電柜，減少了很多可能存在供電故障隱患的環(huán)節(jié)。而且在市電停，油機(jī)不工作，整個(gè)機(jī)房發(fā)射機(jī)全部工作的情況下，UPS也能提供1個(gè)小時(shí)以上的不間斷電源。很大程度提高了機(jī)房供電的可靠性。

（二）雷電經(jīng)常通過(guò)市電供電線(xiàn)路破壞發(fā)射機(jī)，經(jīng)過(guò)本項(xiàng)目改造后，發(fā)射機(jī)電源是來(lái)自UPS的。所以這次配電改造在發(fā)射機(jī)防雷方面起到積極的作用。