淺析UPS不間斷電源在廣播發(fā)射臺(tái)中的應(yīng)用及故障分析

周 宇

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心烏海廣播發(fā)射中心臺(tái) 內(nèi)蒙古 烏海市 016000

廣播發(fā)射臺(tái)中的發(fā)射機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、信號(hào)源系統(tǒng)等均需要穩(wěn)定的電源，進(jìn)而提高安全播出能力，一方面市電中斷后，啟動(dòng)自備發(fā)電機(jī)需要一定的時(shí)間，且斷電后給發(fā)射機(jī)、服務(wù)器、磁盤陣列等設(shè)備帶來很大的損壞；另一方面UPS憑借其整流器、逆變器的穩(wěn)壓功能，與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器相比，對(duì)電壓波動(dòng)、電壓浪涌、電壓瞬變等有很好的調(diào)節(jié)和過濾作用。當(dāng)市電中斷時(shí)UPS能提供穩(wěn)定的不間斷電源，有充足的時(shí)間啟動(dòng)自備電源，杜絕瞬間停電、供電給電子設(shè)備帶來的損壞，同時(shí)可以提高功率，減少對(duì)電網(wǎng)諧波的污染，當(dāng)外部電壓波動(dòng)范圍加大時(shí)，依然提供穩(wěn)定的電壓。

1 UPS蓄電池的計(jì)算

烏海廣播發(fā)射中心臺(tái)使用的華為5000-E在線式UPS，采用模塊化技術(shù)，易維護(hù)、易擴(kuò)容，由UPS5000-E-120K-FM主機(jī)箱、3臺(tái)30kVA功率模塊、40塊12V150A蓄電池組成，發(fā)射機(jī)房功率大小為32kW，UPS的負(fù)載功率為0.95，所以需要的功率為32/0.95=33.6kVA，需要2臺(tái)30kVA功率模塊，冗余1臺(tái)作為備份。

UPS備用電池蓄電時(shí)間計(jì)算，已知單個(gè)電池（12V）放電功率計(jì)算公式為：

P：UPS負(fù)載功率32kW（含發(fā)射機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、信源設(shè)備等）；

η：逆變器效率，根據(jù)設(shè)備參數(shù)提供，η=0.95；

n：串聯(lián)12V電池的個(gè)數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)為40；

帶入公式W=32×1000/（0.96×40×6）=138.8W

電池類別為6-GFM-150U，根據(jù)電池恒功率放電數(shù)據(jù)表查得，如表1所示，電池蓄電時(shí)間在1個(gè)半小時(shí)左右。

表1 電池恒功率放電數(shù)據(jù)表

2 UPS的工作原理

UPS不間斷電源能夠在市電中斷時(shí)通過蓄電池繼續(xù)為發(fā)射系統(tǒng)、信源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)提供不間斷的交流電，同時(shí)具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻等作用，提高市電的純凈度，如圖1所示。

圖1 UPS不間斷電源工作原理圖

2.1 正常工作模式

當(dāng)市電輸入380V交流電壓時(shí)，經(jīng)由EMI/RFI濾波器對(duì)來自電網(wǎng)的傳導(dǎo)型電磁干擾和射頻干擾進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p抑制后，一路經(jīng)過充電器對(duì)40塊鉛酸蓄電池進(jìn)行浮充電，時(shí)刻保持滿容量狀態(tài)；二路經(jīng)過由PFC電路組成的整流器將輸入交流電AC380V整流為直流DC370V左右，再由I字三電平全控橋逆變器將直流DC370V轉(zhuǎn)換成交流電AC380V，輸送給發(fā)射機(jī)、服務(wù)器等負(fù)載。

2.2 旁路模式

當(dāng)UPS中整流器、逆變器等元器件出現(xiàn)故障或需要維護(hù)時(shí)，切換至旁路工作通道，旁路電源會(huì)直接給負(fù)載提供能量，旁路通道無任何元器件，無濾波、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻等功能。旁路供電和逆變器供電開關(guān)由3只雙向SCR（可控硅）無觸點(diǎn)靜態(tài)開關(guān)組成，可確保輸出電壓波形的連續(xù)性和平滑性，UPS在同步鎖相時(shí)切換時(shí)間為0ms。

2.3 電池模式

當(dāng)市電輸入中斷或者整流器發(fā)生異常時(shí)，UPS轉(zhuǎn)換為電池供電模式，此時(shí)整流器、充電器不工作，逆變器通過40塊12V蓄電池將直流DC370V轉(zhuǎn)換成交流AC380V，持續(xù)給發(fā)射機(jī)、監(jiān)控設(shè)備等負(fù)載供電，時(shí)間根據(jù)電池容量決定，烏海廣播發(fā)射中心臺(tái)持續(xù)供電時(shí)間預(yù)計(jì)為1個(gè)半小時(shí)左右，留有充足的自備電源啟動(dòng)時(shí)間和搶修時(shí)間，逆變器的效率為95%。

2.4 ECO模式

ECO模式為UPS經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，當(dāng)旁路輸入在ECO電壓和頻率范圍內(nèi)，且滿足其它ECO供電條件時(shí)，UPS優(yōu)先旁路輸出，逆變器待機(jī)，當(dāng)旁路電壓不在ECO電壓范圍內(nèi)時(shí)，負(fù)載將由旁路轉(zhuǎn)向逆變器供電。無論是旁路還是逆變器供電，整流器都將處于開啟狀態(tài)并通過充電器為電池充電。這種工作模式，可以獲得更高效率。

3 UPS的常見故障及處理方法

華為UPS5000-E為集中調(diào)度+分散控制的架構(gòu)，控制單元ECO用來處理機(jī)柜內(nèi)和機(jī)柜間信號(hào)和狀態(tài)，并將這些狀態(tài)和信息傳送給其它模塊進(jìn)行護(hù)理，出現(xiàn)故障時(shí)，LCD界面會(huì)有相應(yīng)的告警信息。

（1）當(dāng)UPS整流器無法正常工作，母線電壓未能升起，可能的原因有市電電壓超出供電上限280V或低于供電下限80V，應(yīng)及時(shí)測(cè)量確認(rèn)是否超出規(guī)定范圍，若超出規(guī)格，及時(shí)聯(lián)系電力公司處理，也可能是PFC軟起失敗、功率模塊故障，處理方法為及時(shí)更換功率模塊。

（2）當(dāng)蜂鳴器長(zhǎng)響，故障燈亮，UPS轉(zhuǎn)為旁路供電，逆變器故障，可能是輸出負(fù)載過載或短路，應(yīng)減小負(fù)載或排除負(fù)載短路故障，也可能是功率模塊故障，處理方法為及時(shí)更換功率模塊。

（3）當(dāng)蜂鳴器長(zhǎng)響，故障燈亮，充電功能失效，可能是充電器器件失效或充電器過流，應(yīng)及時(shí)更換功率模塊；充電器欠壓，應(yīng)確認(rèn)電池節(jié)數(shù)參數(shù)設(shè)置是否正確，若參數(shù)正確，告警依然存在，則需更換功率模塊。

（4）當(dāng)市電正常時(shí)，UPS工作在旁路模式，沒有通過逆變器工作，可能設(shè)置成了ECO模式或旁路切換次數(shù)達(dá)到限制次數(shù)，應(yīng)更改設(shè)置工作模式，同時(shí)進(jìn)入LCD進(jìn)行“故障清除”操作。

（5）當(dāng)蜂鳴器長(zhǎng)鳴，故障燈亮，可能是旁路晶閘管損壞，需進(jìn)行及時(shí)更換旁路模塊，也可能旁路溫度過高，應(yīng)降低輸出負(fù)載，或改善通風(fēng)環(huán)境。

結(jié)束語

UPS不間斷電源因穩(wěn)定性、可靠性高的特點(diǎn)，給廣播發(fā)射臺(tái)安全播出提供了強(qiáng)有力的保障，能夠很好地保護(hù)發(fā)射機(jī)、服務(wù)器等元器件免受供電異常帶來的損壞，也給值班人員留有了大量的緩沖時(shí)間，在自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展的今天，UPS不間斷電源顯得更加重要。