智能不間斷電源在廣播電視發(fā)射臺的應(yīng)用

張冬梅

（遼寧省廣播電視錦州醫(yī)巫閭山轉(zhuǎn)播臺，遼寧 錦州 121300）

0 引言

廣播電視發(fā)射臺的穩(wěn)定運(yùn)行是廣播信號傳輸?shù)幕A(chǔ)。智能不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）系統(tǒng)作為電源保護(hù)的核心組成部分，在廣播電視發(fā)射臺具有關(guān)鍵性作用。本文將深入探討智能UPS 的原理、工作模式、設(shè)計要點(diǎn)，以及UPS 在發(fā)射臺應(yīng)用中可能遇到的問題和相應(yīng)的解決方法。

1 智能UPS 基本原理

UPS 是一種電力設(shè)備，旨在提供電力保障和維持電力連續(xù)性，主要作用是在電網(wǎng)故障、電壓波動或停電等情況下提供瞬時、有限的備用電源，以確保與其連接的設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)行[1]。

智能UPS 是一種高級的UPS，結(jié)合了傳統(tǒng)UPS的備用電源功能與智能管理和監(jiān)控功能。其工作原理基于傳感器、控制器和軟件的協(xié)同作用。傳感器實(shí)時監(jiān)測電力質(zhì)量，控制器分析這些數(shù)據(jù)，如果檢測到電力問題，自動切換到備用電池供電，逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以維持設(shè)備運(yùn)行。同時，電力管理軟件支持用戶監(jiān)控狀態(tài)、配置備用時間和管理設(shè)備，電力供應(yīng)恢復(fù)時自動切換，自我診斷功能檢測內(nèi)部故障并警告，確保關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。按照工作原理進(jìn)行分類，智能UPS 主要分為在線式、后備式和互動式3 種類型[2]。每一種類型都有其獨(dú)特的工作方式和應(yīng)用場景。

（1）在線式也稱為雙變換式。其基本工作原理是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換回交流電，以提供穩(wěn)定的電力輸出。

（2）后備式也稱為離線式。其基本工作原理是在正常情況下將輸入的交流電直接通過繞組供給連接設(shè)備，同時將電池保持在充電狀態(tài)。電網(wǎng)故障時，它會迅速切換到電池模式為設(shè)備提供備用電源。

（3）互動式也稱為在線交互式，結(jié)合了在線式和后備式的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的效率和較低的成本?；邮街悄躑PS 在正常情況下將輸入的交流電直接傳遞給連接設(shè)備，同時保持電池充電狀態(tài)；電網(wǎng)電壓異常時，通過自動變壓器進(jìn)行電壓調(diào)整，以保證設(shè)備得到穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

2 智能UPS 的工作模式

智能UPS 的工作模式主要包括市電模式、旁路模式、電池模式及維修模式4 種。

（1）市電模式。也稱為在線模式。市電模式下，UPS 通過內(nèi)部逆變器將市電交流電轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的穩(wěn)定交流電，同時實(shí)時監(jiān)測市電的電壓、頻率和波形，以確保其在正常范圍內(nèi)。如果市電質(zhì)量正常，智能UPS 將市電直接傳遞給連接的設(shè)備，并不使用電池。

（2）旁路模式。也稱為互動模式或電壓調(diào)節(jié)器（Automatic Voltage Regulation，AVR）模式。如果市電出現(xiàn)波動或過高/過低的電壓，UPS 會切換到旁路模式。在旁路模式下，智能UPS 使用自帶的AVR 來調(diào)整市電的電壓，以使其保持在設(shè)備所需的安全范圍內(nèi)，有助于保護(hù)設(shè)備免受電壓問題的影響，同時仍然提供市電供電，而不使用電池。

（3）電池模式。如果市電完全中斷或出現(xiàn)嚴(yán)重問題（如過高或過低的電壓），智能UPS 將切換到電池模式。在電池模式下，UPS 使用內(nèi)置電池供電，通過逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的交流電，確保設(shè)備在市電中斷的情況下繼續(xù)運(yùn)行，防止數(shù)據(jù)丟失或設(shè)備關(guān)機(jī)。

（4）維修模式。在這種模式下，UPS 通常會通過旁路（Bypass）將電力直接從電源傳輸?shù)截?fù)載，而不經(jīng)過UPS 的電池備份系統(tǒng)，這樣就可以對UPS 內(nèi)部進(jìn)行維護(hù)或更換電池等操作，而不會中斷到負(fù)載的電源供應(yīng)。

多種工作模式的設(shè)計使得智能UPS 能夠提供電力保護(hù)，在市電中斷的情況下繼續(xù)供電，同時在電壓波動或維護(hù)需要時提供適當(dāng)?shù)那袚Q和控制，有助于確保與關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)的電子設(shè)備始終處于最佳狀態(tài)，且UPS 本身能夠得到有效的維護(hù)。

3 智能UPS 的設(shè)計

3.1 設(shè)計目的

廣播電視發(fā)射臺的用電可能存在因?yàn)橛秒姼叻?、線路損壞等問題導(dǎo)致市電的供電不穩(wěn)現(xiàn)象。針對這一情況，現(xiàn)階段廣播電視發(fā)射臺常采用雙重電源以避免節(jié)目中斷。實(shí)際情況顯示，自動切換裝置大約需要0.3 s 的切換時間，同時啟動備用油機(jī)也需要一定時間，這段間隙可能導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。因此，即使采用雙重供電系統(tǒng)，仍無法完全保證供電的連續(xù)和安全性，引進(jìn)智能UPS，能有效降低停電、閃斷和電壓波動等問題給廣播電視發(fā)射臺帶來的影響，從而確保設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

3.2 接入與選擇

為確保連續(xù)供電和廣播信號的可靠性，將智能UPS 與廣播電視發(fā)射臺進(jìn)行有效集成是關(guān)鍵。智能UPS 是整個發(fā)射臺的電源，需要為整個發(fā)射臺的設(shè)備持續(xù)供電。在UPS接入與選擇方面，需要做如下工作。

（1）需要了解廣播電視發(fā)射臺的電力需求，包括所有設(shè)備、傳輸設(shè)備、通信設(shè)備和關(guān)鍵設(shè)備的功率需求，確定最大負(fù)載和電流需求，以便選擇合適的系統(tǒng)和主機(jī)。

（2）合理選擇后備電池，保證系統(tǒng)在停電期間的支持時間。

（3）需根據(jù)廣播電視發(fā)射臺的需求，選擇適當(dāng)類型的系統(tǒng)。在線式智能UPS 提供高效率和電力質(zhì)量，適合對電力質(zhì)量要求高的環(huán)境；互動式智能UPS適用于一般的電力波動和瞬態(tài)問題；后備式智能UPS適用于較小的負(fù)載，通常提供較低的電力質(zhì)量改進(jìn)。

（4）需合理接入配電系統(tǒng)。目前，3 級以上的廣播電視無線發(fā)射臺基本采用雙重電源模式，即設(shè)置主、備兩路電源，兩路電源通過自動轉(zhuǎn)換（Automatic Transfer Switching，ATS）進(jìn)行切換，從而滿足供電需要。智能UPS作為整個發(fā)射臺的電源，接入時應(yīng)該接在ATS 之后。

（5）接入遠(yuǎn)程監(jiān)控。智能UPS 主機(jī)可通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP），利用配備的網(wǎng)絡(luò)接口卡（Network Interface Controller，NIC）或串口，與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或路由器連接，接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[4]。維護(hù)人員可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時查看電池狀態(tài)、電池健康及負(fù)載信息等，并可在遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件中配置警報和通知選項，以便在智能UPS 狀態(tài)發(fā)生變化時，通過電子郵件、短信或其他方式接收通知，有助于及時采取行動以防止電力中斷。

4 智能UPS 在廣播電視發(fā)射臺應(yīng)用的常見問題及解決措施

4.1 電源不能正常運(yùn)行

智能UPS 無法正常運(yùn)行，可能有多種原因。

首先，電源質(zhì)量問題是一個常見的原因。不穩(wěn)定的電壓、電壓脈沖、尖峰或頻率波動[5]都可以導(dǎo)致智能UPS 切換到電池供電。解決這些問題的方法有安裝電壓穩(wěn)定器、電源濾波器、避雷器或頻率穩(wěn)定器，以確保智能UPS 始終得到穩(wěn)定的電源。

其次，電池問題也可能影響智能UPS 性能。老化的電池可能無法提供足夠的運(yùn)行時間，電池連接不良可能導(dǎo)致智能UPS 無法正常工作。例如，對于新安裝的智能UPS，其電池在放置的時候發(fā)生漏電，導(dǎo)致電池電壓較低時則無法運(yùn)行。為解決這類問題，應(yīng)定期更換電池并確保正確的連接方式。過載問題也是常見原因之一。將太多設(shè)備連接到智能UPS或突發(fā)性負(fù)載峰值都可能導(dǎo)致智能UPS 切換到電池供電。為避免這些問題，需要重新評估負(fù)載并確保負(fù)載不超過UPS 額定容量，或者考慮安裝具有高瞬時負(fù)載容量的智能UPS。

最后，機(jī)械問題也可能影響智能UPS 運(yùn)行。風(fēng)扇故障或過熱可能導(dǎo)致停機(jī)問題。對此，智能UPS需要良好的通風(fēng)，風(fēng)扇狀態(tài)要定期檢查，如有故障應(yīng)更換。軟件問題也可能導(dǎo)致UPS 發(fā)生故障。過時的固件可能需要更新以修復(fù)已知問題，因此需要定期檢查制造商的網(wǎng)站以獲取最新的固件更新。

4.2 UPS 逆變時間較短

逆變時間是指智能UPS 從電池供電切換回市電供電的時間，其時長直接影響電源的連續(xù)性。系統(tǒng)的逆變時間取決于UPS 內(nèi)置電池的容量。如果電池容量不足，UPS 將無法提供長時間的備用電源，從而導(dǎo)致逆變時間較短。這通常是由于老化電池、損壞的電池或初始安裝時未考慮到負(fù)載需求而導(dǎo)致的問題，解決措施如下。

（1）需要定期識別老化電池并選擇高質(zhì)量的替代電池，比如原廠推薦的電池或認(rèn)證的替代品。維護(hù)人員應(yīng)定期維護(hù)電池，檢查其外觀、連接，清潔連接器，以確保良好的電池性能。定期更換電池也是必要的。

（2）評估智能UPS 的負(fù)載，確保未超過設(shè)定的額定容量，因?yàn)檫^載可能導(dǎo)致電池迅速耗盡，減少逆變時間。應(yīng)將負(fù)載分級，確保最關(guān)鍵的設(shè)備連接到UPS 上，較不重要的設(shè)備應(yīng)連接到非關(guān)鍵電源或普通插座上?？墒褂秒娫垂芾碥浖肀O(jiān)測和管理負(fù)載，以便有效地管理智能UPS。

（3）如果可能的話，進(jìn)行負(fù)載均衡，將負(fù)載分散到不同的智能UPS，以確保它們不會過度負(fù)擔(dān)，從而提高整體的系統(tǒng)可靠性。

4.3 電源的日常維護(hù)

為保證智能UPS 電源的性能及可靠性，對其進(jìn)行日常維護(hù)至關(guān)重要。關(guān)注電池狀態(tài)是關(guān)鍵，具體包括定期檢查電池外觀，確保沒有泄漏、腐蝕或物理損傷；檢查連接器的緊固狀況，確保沒有斷連和氧化，以及執(zhí)行電池自檢測試。定期的電池自檢測試可以幫助識別潛在的電池問題，應(yīng)按照制造商建議的時間表更換電池。另外，應(yīng)確保UPS 的通風(fēng)系統(tǒng)良好，確保其周圍沒有堆積物或障礙物，避免阻礙空氣流通，保持工作溫度范圍在20 ～25 ℃。維護(hù)人員應(yīng)執(zhí)行定期的智能UPS 功能測試，將系統(tǒng)切換到電池供電狀態(tài)，以驗(yàn)證其能否正常運(yùn)行。這些維護(hù)措施將確保智能UPS 系統(tǒng)在需要時提供可靠的電力保護(hù)，并延長其壽命。

5 結(jié)語

智能UPS 在廣播電視發(fā)射臺的應(yīng)用不僅僅是電力保護(hù)，更是維持廣播質(zhì)量和服務(wù)可靠性的不可或缺組成部分。了解智能UPS 的工作原理和合適的維護(hù)實(shí)踐，可以確保廣播電視信號的連續(xù)傳輸，滿足觀眾的需求，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。