UPS在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析

徐茂棟

（作者單位：上海東方傳媒技術(shù)有限公司）

隨著科技水平的不斷發(fā)展，廣播電視已逐步成為人們生活的必需品。信息設(shè)備對電能的穩(wěn)定和質(zhì)量有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，普通的市電會因天氣、環(huán)境、人為等因素，引起線路波動、故障，甚至可能會發(fā)生斷電等情況，有些地區(qū)因電能質(zhì)量差影響設(shè)備的運(yùn)行，所以會在供配電系統(tǒng)中加入不間斷、穩(wěn)定、高效的電源，以保證設(shè)備的運(yùn)行不受外界因素的影響。播控機(jī)房的供配電系統(tǒng)能直接影響廣播電視系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且由于廣播電視24小時不間斷持續(xù)播出的特性，因此對播控機(jī)房的系統(tǒng)供電有很高要求。為此，播控機(jī)房內(nèi)會配置UPS，利用UPS的可靠、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等供電優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而達(dá)到持續(xù)供電的目的。

1 UPS基本概述

1.1 UPS的功能

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，生活用電需求也變得多樣。不間斷電源已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中不可或缺的電源設(shè)備。UPS機(jī)柜外觀如圖1所示，其主要作用有：第一，當(dāng)電網(wǎng)失電時，UPS能為負(fù)載提供高質(zhì)量穩(wěn)定的電源，保證設(shè)備不受停電的影響持續(xù)運(yùn)行；第二，UPS在電網(wǎng)與負(fù)載之間發(fā)揮著隔離的作用，可以消除電網(wǎng)波動、諧波、噪聲等干擾，有良好的抗干擾能力；第三，UPS可以為設(shè)備提供高質(zhì)量的電源，提高功率等，從而營造高效的生產(chǎn)環(huán)境；第四，UPS可以通過設(shè)備的監(jiān)控模塊，提供多樣的數(shù)字化接口，給工作人員提供便捷的可視化管理。

圖1 UPS設(shè)備外觀

1.2 UPS分類

UPS按工作頻率主要分為工頻機(jī)和高頻機(jī)兩種。工頻UPS是按模擬電子電路原理設(shè)計的，由晶閘管整流器、IGBT逆變器、逆變器輸出回路等主要元器件構(gòu)成，輸入及輸出電路均工作在50 Hz的工頻電壓，市面上的UPS大部分采用12脈沖+11次諧波濾波器的結(jié)構(gòu)。高頻UPS是按數(shù)字電子電路原理設(shè)計的，由IGBT整流器、IGBT逆變器、電池變換器等主要元器件構(gòu)成，IGBT整流器的開關(guān)頻率可以在幾千赫茲到幾十千赫茲，輸入及輸出電路頻率都要遠(yuǎn)高于工頻機(jī)[1]。

1.3 UPS工作原理

雖然UPS有工頻機(jī)與高頻機(jī)之分，但是其基本原理和邏輯是相似的。電視廣播領(lǐng)域通常采用的是在線式不間斷電源，組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由整流模塊、升壓模塊、功率因數(shù)校正模塊、逆變模塊、充電模塊、電池組等組成。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)正常時，交流電經(jīng)過整流器變換成直流穩(wěn)壓電源，經(jīng)充電器給電池組充電，直流電源經(jīng)過逆變電路變成穩(wěn)定、高質(zhì)量的交流電；當(dāng)電網(wǎng)側(cè)異常時，供電由市電切換到蓄電池給逆變器提供直流電源，然后經(jīng)逆變器輸出交流電。只有當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障時，才由旁路向設(shè)備提供電能[2]。

圖2 在線式UPS結(jié)構(gòu)圖

2 UPS使用要求

《廣播電視安全播出管理規(guī)定》明確規(guī)定，省級廣播電視臺播控機(jī)房主要播出負(fù)荷應(yīng)采用UPS供電，UPS電池組后備時間應(yīng)滿足設(shè)計負(fù)荷工作60分鐘以上；機(jī)房應(yīng)配置自備電源，保證播出負(fù)荷、機(jī)房空調(diào)等相關(guān)負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行；主備播出設(shè)備、雙電源播出設(shè)備應(yīng)分別接入不同的UPS供電回路[3]。UPS已成為播控機(jī)房保證穩(wěn)定播出節(jié)目的必要設(shè)備，使用和維護(hù)好UPS是相關(guān)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的事情。

2.1 配置UPS切換時間

傳統(tǒng)廣播電視機(jī)房的電源開關(guān)是通過員工手動操作來實(shí)現(xiàn)的，但是手動操作會對設(shè)備的運(yùn)行精確性、時間等造成影響。而利用UPS的智能化，可以在UPS內(nèi)部配置合理的切換時間，自動完成電源開關(guān)操作[4]。

在UPS充電電路中配置三端口逆變器進(jìn)行參數(shù)的控制，基于各種參數(shù)的變化可以判斷當(dāng)前電源使用控制情況，并由此計算得到電源切換時間。在充電過程中，三端口逆變器會將沒有用到的電能進(jìn)行存儲，這就能有效地滿足手動操作下UPS關(guān)閉時，其他硬件設(shè)備的電能需求，能夠較好地解決傳統(tǒng)手動模式中存在的滯后性問題，確保硬件設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行。

2.2 UPS容量選擇

常規(guī)情況下，一般是根據(jù)機(jī)房設(shè)備的總負(fù)載大小來選定UPS的容量，UPS的容量不宜過大，也不宜過小。長期使用容量過大的UPS時，UPS處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，雖然減少了逆變器的損壞概率，但同時增加了UPS蓄電池失效的可能性。蓄電池的放電電流過小，而放電時間偏長，會造成深度放電，影響電池壽命，甚至?xí)?dǎo)致電池永久性毀壞。長期使用容量過小的UPS時，UPS處于重載運(yùn)行狀態(tài)，雖然節(jié)約了前期投入資金，但由于逆變器重載運(yùn)行，其輸出電壓波動會變大，這樣不僅不能達(dá)到為負(fù)載設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)電源的目的，還可能造成UPS內(nèi)部元件損壞。所以，一般選取60%～80%的帶載容量的UPS較為合理。

隨著廣播電視技術(shù)的不斷進(jìn)步，播控機(jī)房的設(shè)備也在更新升級，影響設(shè)備擴(kuò)容的因素不容忽視。在前期選擇UPS容量時，應(yīng)適當(dāng)考慮行業(yè)發(fā)展趨勢，可預(yù)留10%～20%的帶載量，也可以挑選并機(jī)或多機(jī)運(yùn)行的機(jī)型，為將來擴(kuò)容提供必要的硬件條件。

3 UPS的運(yùn)行和維護(hù)措施

3.1 正確安裝UPS

UPS要選擇平地進(jìn)行安裝，必須要確保環(huán)境溫度適中,通常為15～25℃[5]。機(jī)房要確保通風(fēng)，安裝后的UPS硬件設(shè)備不能緊靠墻壁，支撐必須要穩(wěn)固。UPS接地必須要穩(wěn)固，在連接線路的過程中，可以在輸入端三相電線上直接安裝四級或三級聯(lián)動斷路器。在日常的使用過程中，要盡可能防止出現(xiàn)過度放電或電池短路等現(xiàn)象，操作人員不可以多頻次進(jìn)行開關(guān)操作。

3.2 定期檢查設(shè)備機(jī)房

UPS的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和使用壽命，與其維護(hù)保養(yǎng)息息相關(guān)，為實(shí)現(xiàn)UPS長期安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，日常系統(tǒng)性的維護(hù)必不可少。工作人員需要每天對設(shè)備機(jī)房進(jìn)行巡視檢查，具體內(nèi)容如下：第一，觀察設(shè)備接線絕緣情況。一般短路擊穿不是瞬間產(chǎn)生的，通過觀察線路絕緣情況確定有無發(fā)熱和放電的痕跡，在發(fā)現(xiàn)問題后及時處理，就能避免事故發(fā)生。第二，聽聲音和聞氣味。帶電設(shè)備一般都是封閉在機(jī)柜內(nèi)的，無法用眼睛觀察內(nèi)部情況，而設(shè)備運(yùn)行的聲音能反應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)。例如，當(dāng)風(fēng)扇軸承接觸不良時，散熱風(fēng)扇就會產(chǎn)生異響，而一臺正常運(yùn)行的UPS是沒有異響的。此外，利用嗅覺也能了解設(shè)備的異常情況，如小動物誤入機(jī)房，產(chǎn)生的排泄物味道等。第三，做好記錄。UPS可視的監(jiān)控操作面板能實(shí)時顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如輸入輸出電壓、操作日志、報警日志等，數(shù)據(jù)和日志是最能直接反應(yīng)UPS狀態(tài)的依據(jù)。第四，匯總判斷。工作人員需要根據(jù)上述內(nèi)容完成巡檢，發(fā)現(xiàn)故障后，要結(jié)合實(shí)際情況制訂處理方案。因?yàn)榕渲肬PS機(jī)房的設(shè)備是十分重要的，電視廣播亦是如此。如果故障等級較輕，對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響較小，而停電檢修對業(yè)務(wù)生產(chǎn)的影響較大時，要合理權(quán)衡判斷，并做好計劃檢修安排工作。

3.3 定期檢查UPS蓄電池

目前市面上使用的UPS蓄電池多為免維護(hù)的鉛酸電池，具有高性能、無污染、免維護(hù)、安裝可靠的優(yōu)點(diǎn)，理論壽命可達(dá)5年，UPS蓄電池機(jī)架如圖3所示。但在實(shí)際使用中，總有因個體差異而出現(xiàn)提前損壞的情況。由于電池組是串聯(lián)在一起的，一節(jié)電池不良直接就會影響到整組電池的性能，從而使UPS放電時間驟減，達(dá)不到后備時間標(biāo)準(zhǔn)，所以對蓄電池進(jìn)行日常檢查和定期測量必不可少。例如，觀察電池外形有無膨脹變形，接線處有無漏液等情況。另外，通過測量電池內(nèi)阻情況可以了解電池的實(shí)際狀態(tài)，內(nèi)阻越大的電池，其性能就越差。所以，在測量中如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)阻較大的電池時，就應(yīng)當(dāng)及時更換，避免整體電池組失效的情況發(fā)生。不同品牌、不同型號的電池在性能和質(zhì)量上也存在差異，所以相關(guān)人員在更換電池時，應(yīng)盡可能使用同一品牌的同一型號進(jìn)行更換。

圖3 UPS蓄電池機(jī)架

蓄電池的另一項(xiàng)保養(yǎng)內(nèi)容是定期放電。在正常運(yùn)行中，UPS蓄電池長時間處于浮充狀態(tài)，這會使電池的活性變差，壽命減少。為了確保電池的使用周期，需要定期對其進(jìn)行負(fù)載放電測試，一般三個月測試一次，通過對電池放電測試的數(shù)據(jù)比對和檢查，可以及時掌握電池的使用情況，發(fā)現(xiàn)性能接近臨界值的電池，可以及時更換，增強(qiáng)設(shè)備穩(wěn)定性。完成UPS電池負(fù)載放電操作后，其能夠長期保持活性狀態(tài)。在具體的人為放電測試過程中，通常要保留電池額定容量的50%左右，并且整個放電過程要確保電流穩(wěn)定，整體的放電電壓必須要超過終止電壓值。實(shí)踐表明，經(jīng)過合理維護(hù)和保養(yǎng)的UPS的性能和壽命優(yōu)于未經(jīng)過維護(hù)保養(yǎng)的同類設(shè)備。

4 結(jié)語

我國已經(jīng)制定了“2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)，隨著5G等技術(shù)的快速發(fā)展，人們對高質(zhì)量電源的需求不斷提高。未來，UPS市場還將有很大的上升空間。隨著人工智能技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的不斷普及，數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化、智能化逐漸成為趨勢，UPS產(chǎn)品的技術(shù)水平也將得到進(jìn)一步提升。