UPS電源在廣播播控中心的應(yīng)用及維護(hù)

李鵬飛

內(nèi)蒙古廣播電視臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

廣播播控中心是廣播各個(gè)頻率信號調(diào)度、分配、傳輸和監(jiān)聽監(jiān)看的中心所在，廣播存在安全播出不間斷的要求，確保供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)這一要求的關(guān)鍵，UPS不間斷電源的配備大大提高了供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也為廣播整體安全播出工作提供了重要保障?！稄V播電視安全播出管理規(guī)定》要求省級臺UPS電池組后備時(shí)間應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷工作30分鐘以上，主備播出設(shè)備、雙電源播出設(shè)備應(yīng)分別接入不同的供電回路。

1 供配電系統(tǒng)簡介

廣播播控中心作為廣電傳媒中心的駐在單位，技術(shù)區(qū)域均使用統(tǒng)一配套的供配電系統(tǒng)。工藝配電為雙路獨(dú)立供電系統(tǒng)，從兩處不同地方引入兩路高壓專線，經(jīng)兩臺互為備用的工藝專用變壓器降壓后，分別送至廣播電視技術(shù)區(qū)域工藝配電室和樓層強(qiáng)電間。工藝配電室單獨(dú)配備UPS，向播控中心和重要機(jī)房提供不同兩路工藝電。樓層強(qiáng)電間向一般技術(shù)用房提供單路工藝電。在單路外電中斷或單個(gè)工藝變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自投，為工藝配電室提供相同雙路工藝外電，在雙路外電中斷或兩個(gè)工藝變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，則通過應(yīng)急發(fā)電機(jī)電源為工藝配電室供電。配電結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 UPS的組成及分類

UPS中文意思是不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。當(dāng)市電正常時(shí)，UPS起到穩(wěn)壓器的作用，同時(shí)給內(nèi)部蓄電池充電。如果遇到突發(fā)停電時(shí)，UPS立即通過逆變轉(zhuǎn)換將蓄電池的電能轉(zhuǎn)成220V交流電輸出到負(fù)載［1］。

2.1 UPS的結(jié)構(gòu)組成

UPS不間斷電源系統(tǒng)由五個(gè)主要部分構(gòu)成：輸入電路（主路、旁路、電池等）、整流器、逆變器、電池組及切換電路。下面就整流器、逆變器、電池組作簡要介紹。

圖1 工藝配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 整流器

整流器的功能是進(jìn)行AC/DC變換，并實(shí)現(xiàn)UPS電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能，有可控硅整流器及高頻開關(guān)整流器，可以根據(jù)外電變化控制輸出幅度，即使外部電壓不穩(wěn)定，仍能輸出幅度基本不變的整流電壓。

2.1.2 逆變器

逆變器是UPS電源系統(tǒng)的核心，主要功能是進(jìn)行DC/AC變換，將電池組的直流電逆變成交流電，其性能的優(yōu)劣對整個(gè)UPS電源系統(tǒng)的可靠性、重量體積、效率等產(chǎn)生關(guān)鍵影響，可以說逆變器決定了UPS。

2.1.3 電池組

電池組的主要功能是儲存電能，將交流電通過整流器變成直流電儲存起來。另外，電池組的重要功能是對脈沖干擾進(jìn)行屏蔽，交流電通過整流器不能把瞬時(shí)脈沖消除掉，電池組可以被看作是與整流器相連的一只大電容，利用電容的平滑特性（即電容兩端的電壓是不能突然變化的）消除干擾脈沖。

2.2 UPS的分類

UPS電源系統(tǒng)可以按照工作原理、供電體系、輸出功率、后備時(shí)間等進(jìn)行分類，目前較為常見的是按工作原理進(jìn)行分類，分為三種：后備式UPS（Off-Line UPS）、在線互動式UPS、在線式UPS（On-Line UPS）。

2.2.1 后備式UPS

后備式顧名思義是處于后備、等待狀態(tài)，當(dāng)市電輸入異常時(shí)，UPS會立即切換到逆變工作狀態(tài)，但需要切換時(shí)間，一般小于10ms。因?yàn)榇嬖谘訒r(shí)，使得后備式UPS只能用于辦公室、家庭等要求不高的設(shè)備上，其優(yōu)點(diǎn)是線路簡單、價(jià)格便宜。

2.2.2 在線互動式UPS

當(dāng)市電輸入正常時(shí)，逆變器反向工作給電池充電；當(dāng)市電輸入異常時(shí)，逆變工作立即啟動，將蓄電池的電能變?yōu)榻涣麟娺M(jìn)行輸出。在線互動式UPS需要轉(zhuǎn)換時(shí)間，但是其保護(hù)能力較好，逆變輸出的波形為穩(wěn)定的正弦波，可以進(jìn)行智能監(jiān)控，一般適用于一些小型機(jī)和服務(wù)器。

2.2.3 在線式UPS

在線式UPS開機(jī)時(shí)，逆變器一直處于工作狀態(tài)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，充電器給電池組充電，并把電池組的直流電轉(zhuǎn)成交流電提供給負(fù)載，而不是市電直接到負(fù)載。如果市電輸入異常，在線式UPS能立即轉(zhuǎn)換到電池供電，不需要轉(zhuǎn)換時(shí)間，即零中斷。其特點(diǎn)是持續(xù)無中斷的輸出穩(wěn)定純凈的交流電，可以避免尖峰、浪涌等問題。由于需要投入的成本較高，適用于一些對電力穩(wěn)定性要求嚴(yán)苛的工作場景中，如播控中心和關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

圖2 后備式UPS電源運(yùn)行原理圖

圖3 在線互動式UPS電源運(yùn)行原理圖

3 UPS日常維護(hù)

3.1 定期檢查

定期檢測電池組每個(gè)電池的端電壓和內(nèi)阻，如果超出規(guī)定范圍，可以通過對單元電池均衡充電來降低電池的內(nèi)阻和各電池之間端電壓的不平衡性。如果UPS電源長時(shí)間運(yùn)行，則難以通過均衡充電消除單元電池的不均衡性，此時(shí)，必須把有問題的單元電池摘掉，如果不及時(shí)處理就會產(chǎn)生更嚴(yán)重的不均衡，造成運(yùn)行安全隱患。

圖4 在線式UPS電源運(yùn)行原理圖

3.2 合適的環(huán)境溫度

環(huán)境溫度是影響電池組使用壽命的主要因素。盡管溫度升高對電池的放電有利，但會付出使用壽命大打折扣的代價(jià)，一般20～25℃是最適合蓄電池的環(huán)境溫度，超過了25℃，環(huán)境溫度每提高10℃，電池的使用壽命就會減少一半。環(huán)境溫度太低也會降低電池組的容量［2］?，F(xiàn)在UPS電池組使用的都是密封免保護(hù)的鉛酸蓄電池，有5年的使用壽命。

3.3 按時(shí)充放電

市電正常的時(shí)候，UPS一般處于浮充狀態(tài)，定期的充放電可提高UPS電池的化學(xué)性能，一般三個(gè)月進(jìn)行一次。負(fù)載一般不要超過額定的60%，但負(fù)載也不能太低或空載，這樣會造成過度放電，也會影響到蓄電池的使用壽命。

3.4 避免深度放電

UPS電池的使用壽命和它被放電的深度也有很大的關(guān)系，如UPS電源由于電壓過低而自動關(guān)機(jī)，電池就會被深度放電。在實(shí)際使用過程中如何避免電池被深度放電呢？即在電池組向逆變器供電時(shí)，市面上的UPS電源一般都會產(chǎn)生間歇的報(bào)警，間隔4s左右，當(dāng)聽到報(bào)警聲間隔變短且急促時(shí)，就需要立即進(jìn)行UPS關(guān)機(jī)處理。

3.5 及時(shí)更換壞/廢電池

如今，UPS電池組容量越來越大，有幾十個(gè)單元電池甚至更多，這些單元電池通過電路連接成電池組，以滿足應(yīng)用場景的電力要求。在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，單個(gè)電池容量、功能難免會出現(xiàn)問題，此時(shí)檢修人員應(yīng)檢測每個(gè)單元電池，找出有問題的電池并及時(shí)更換，更換時(shí)要注意廠家、類型應(yīng)該相同，避免類型標(biāo)準(zhǔn)不一的電池的混用。

4 結(jié) 語

廣播播控中心對電力系統(tǒng)要求高，需要無中斷的提供電力保障［3］，因此必須配備在線式UPS電源。隨著應(yīng)用場景的不斷變化，UPS行業(yè)也在持續(xù)發(fā)展，由單機(jī)到雙機(jī)的冗余配置，可用性和可靠性并重。各種最新的電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)應(yīng)用于UPS的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)當(dāng)中，使得未來UPS的技術(shù)方向更趨于模塊化、數(shù)字化、智能化和綠色化。