智能UPS 在廣播電視發(fā)射臺(tái)中的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)研究

許艷鵬

（山西廣播電視無線管理中心328 臺(tái)，山西 臨汾 041000）

0 引 言

確保電視節(jié)目安全播出是廣播電視發(fā)射臺(tái)的基本任務(wù)，需要相關(guān)人員高度重視。尤其是在當(dāng)前社會(huì)不斷發(fā)展的背景下，人們對(duì)廣播電視節(jié)目信號(hào)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)作為廣播電視節(jié)目安全播出的基本要素，若出現(xiàn)故障，則會(huì)造成嚴(yán)重的播出事故。因此，在廣播電視發(fā)射臺(tái)引入安全性能高的智能不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）具有重要意義。

1 UPS 的定義及基本原理

1.1 UPS 的定義

UPS指能夠連續(xù)供電且具有儲(chǔ)備電能能力的裝置，是一種恒壓力和恒頻率的不間歇電源，主要應(yīng)用于大型電子設(shè)備。逆變器是UPS 的主要組成部分。當(dāng)電流量輸入穩(wěn)定時(shí)，UPS 充當(dāng)交流電的穩(wěn)壓器。UPS 可以向機(jī)內(nèi)電池充電，如輸入電源出現(xiàn)異常時(shí)，UPS 可以將電池儲(chǔ)存的電能通過逆變器向相關(guān)設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)不間歇供電，使設(shè)備能夠維持正常工作，保護(hù)其硬件及軟件設(shè)施不會(huì)因突然停電而受損。

1.2 UPS 的基本原理

UPS 包含交流信號(hào)源、輸入控制單元、電源管理單元、輸出控制單元、智能檢測(cè)單元、智能控制單元、輸出單元、顯示單元、直流單元、整流單元以及交流負(fù)載。智能UPS 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)UPS 的運(yùn)行狀態(tài)，并將采樣點(diǎn)的狀態(tài)信息輸入計(jì)算機(jī)及時(shí)進(jìn)行處理，不僅能夠獲取UPS 工作的有關(guān)數(shù)據(jù)，而且能夠監(jiān)視電路中各部分元件的工作狀態(tài)，確保各電路正常運(yùn)行。智能UPS 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)UPS 工作的控制，還可以在發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況采取一定的應(yīng)急控制措施。

UPS 按工作原理可以分為3 類，分別是在線式UPS、后備式UPS 和互動(dòng)式UPS[1]。在線式UPS 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但性能較為完善，可以有效解決多重電源的問題，如能夠有效解決市電中的尖峰、頻率漂移、浪涌等相關(guān)問題?，F(xiàn)階段使用的四通系列UPS，可以實(shí)現(xiàn)零中斷輸出正弦波交流電，有效解決市電中的常見問題，改善市電的品質(zhì)。但是，在線式UPS 電源也有不足，如投資成本較高、使用范圍較小等，通常應(yīng)用在對(duì)電力要求較大的環(huán)境中。在廣播電視發(fā)射臺(tái)中應(yīng)用在線式UPS 電源，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的電能供應(yīng)，促使廣播電視發(fā)射臺(tái)高效運(yùn)行[2]。后背式UPS 具有自動(dòng)穩(wěn)壓、自動(dòng)斷電的功能，一般可以在市電斷電后迅速開啟，轉(zhuǎn)化時(shí)間較短，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格實(shí)惠、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于微機(jī)領(lǐng)域。但是，后背式UPS 對(duì)市電的品質(zhì)無法起到良好的改善作用，目前應(yīng)用范圍較小?；?dòng)式UPS 的轉(zhuǎn)化時(shí)間比后備式UPS 轉(zhuǎn)換時(shí)間短，具有較強(qiáng)的濾波功能和抗干擾功能，被廣泛應(yīng)用于電力環(huán)境較為惡劣的地區(qū)。

2 UPS 的工作模式

UPS 共有4 種工作模式，分別是市電模式、旁路模式、電池模式以及維修模式[3]。

第一，市電模式。UPS 工作于市電模式時(shí)，升壓后通過電壓、濾波、頻率穩(wěn)定處理后為負(fù)載提供穩(wěn)定電能，通過城市電源獨(dú)立線路為備用電池充電。此時(shí)，UPS 處于一種備用狀態(tài)，若出現(xiàn)異常情況，則直接對(duì)負(fù)載設(shè)備提供電能[4]。城市供電模式是UPS 的正常運(yùn)行狀態(tài)。該模式下的UPS 可以發(fā)揮不間斷電源的作用，保護(hù)其核心設(shè)備。

第二，旁路模式。當(dāng)UPS 工作于旁路模式時(shí)，在經(jīng)過整流濾波后，不需要逆變器直接向負(fù)載供電。

第三，電池模式。當(dāng)UPS 工作于電池模式時(shí)，若電源出現(xiàn)突發(fā)情況，則將蓄電池中儲(chǔ)備的直流電變成交流電，由蓄電池提供不間斷電能供負(fù)載使用，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電[5]。

第四，維修模式。維修模式是在UPS 進(jìn)行大修時(shí)，通過手動(dòng)設(shè)置旁路，保障負(fù)載設(shè)備的電能供應(yīng)。維修完成后，UPS 重新啟動(dòng)并恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 UPS 的設(shè)計(jì)

3.1 UPS 的設(shè)計(jì)目的

市電供應(yīng)一般會(huì)因用電高峰等因素而出現(xiàn)供電不穩(wěn)的現(xiàn)象，此時(shí)電視臺(tái)通常會(huì)配備二路供電，避免節(jié)目因長時(shí)間停電而停播。根據(jù)二路供電的實(shí)際情況，自動(dòng)切換裝置的切換時(shí)間在0.3 s 左右，油機(jī)的啟動(dòng)也需要一定的時(shí)間，在此期間會(huì)出現(xiàn)設(shè)備停機(jī)現(xiàn)象。因此，二路供電仍然無法保障供電的安全性和連續(xù)性，尤其是在主電源中斷后又立即恢復(fù)的狀態(tài)下，自動(dòng)切換裝置會(huì)從主電源變換為備用電源。主電源恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切換裝置又會(huì)立即返回，再次造成供電中斷。電源頻繁閃斷造成的影響極其惡劣，會(huì)損害設(shè)備。智能UPS 的引進(jìn)能夠有效解決市電停電、閃斷、電壓波動(dòng)等問題，保障設(shè)備不間斷工作[6]。

3.2 UPS 的接入

3.2.1 接入配電系統(tǒng)

廣播電視3 級(jí)以上的無線發(fā)射臺(tái)都會(huì)設(shè)置主備2 路電源。主備電源通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（Automatic Transfer Switching，ATS）輸出電能供負(fù)載使用。智能UPS 作為全臺(tái)的電源，為實(shí)現(xiàn)不間斷供電效果，應(yīng)該接在ATS 后。

3.2.2 接入遠(yuǎn)程監(jiān)控

現(xiàn)階段的UPS 主機(jī)均可通過簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP） 網(wǎng)絡(luò)適配器接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)以及人機(jī)交互等功能，可以有效監(jiān)控UPS的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和參數(shù)，并在超越使用權(quán)限時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將相關(guān)信息上報(bào)給管理人員。

3.3 UPS 的選擇

3.3.1 主機(jī)的選擇

UPS 是整個(gè)發(fā)射臺(tái)的電源，需要為整個(gè)發(fā)射臺(tái)的設(shè)備持續(xù)供電。例如，某個(gè)高山綜合發(fā)射臺(tái)機(jī)房的負(fù)荷為100 kW，此時(shí)必須選擇容量為120 kVA 及以上的主機(jī)。

3.3.2 后備電池的選擇

一臺(tái)容量為120 kVA 的UPS，給機(jī)房供電的時(shí)間為1 h，以每塊100 Ah 設(shè)計(jì)UPS 電池容量，每組電池?cái)?shù)量為32 塊，則可以選擇4 組12 V/100 Ah 的電池（32 塊/組），總共128 塊。

4 智能UPS 在廣播電視發(fā)射臺(tái)中應(yīng)用的常見問題及維護(hù)措施

智能UPS 應(yīng)用于廣播電視發(fā)射臺(tái)，能夠?yàn)閺V播電視節(jié)目的安全播出提供堅(jiān)實(shí)的保障。安裝時(shí)，應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)閱讀使用說明書，確保每一個(gè)步驟都嚴(yán)格遵守說明書的指示，從源頭減少安全事故風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率。安裝前應(yīng)該打掃配電室，保證配電室的干燥整潔，避免在安裝中引發(fā)火災(zāi)事故。實(shí)際安裝操作時(shí)，不能將輸入的零線、輸出的零線、火線以及地線接錯(cuò)。蓄電池組設(shè)備和逆變器電源的前后位置均應(yīng)該采取相應(yīng)的絕緣處理措施，可以通過鋪設(shè)絕緣橡膠墊的方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)嚴(yán)禁存放易燃易爆的危險(xiǎn)物品[7]。安裝蓄電池組后將市電斷開，安裝輸入線、輸出線、監(jiān)控線，并仔細(xì)檢查是否安裝妥當(dāng)。開機(jī)前需要確認(rèn)三相電源的順序是否正確，要與標(biāo)準(zhǔn)保持一致。當(dāng)負(fù)載處于試運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要先檢查逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，查看逆變器是否能夠?qū)崿F(xiàn)正常切換，同時(shí)檢查蓄電池組的放電情況和過載能力能否滿足實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)，并做好防雷避雷措施。廣播電視發(fā)射臺(tái)中，根據(jù)智能UPS的故障處理情況，可以發(fā)現(xiàn)大部分問題都來于電池的使用方法不得當(dāng)，而UPS 本身出現(xiàn)問題的概率極小。智能UPS 使用中的常見問題和維護(hù)措施如下。

4.1 UPS 電源不能正常運(yùn)行

新安裝的UPS 之所以不能正常運(yùn)行，是因?yàn)殡姵卦诜胖玫臅r(shí)候容易漏電。當(dāng)電池電壓較低時(shí)，UPS無法正常運(yùn)行。這種情況下需要檢查UPS 的電壓，并檢查電池的插頭是否連接正常。若投入使用后的UPS 無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則可能是因?yàn)橹悄躑PS 的工作負(fù)荷較大。當(dāng)UPS 無法進(jìn)行正常工作時(shí)，一方面需要檢查電池性能，查看其是否符合使用標(biāo)準(zhǔn)。若電池的性能減弱，則應(yīng)該及時(shí)更換電池。另一方面，若電池的電壓處于正常范圍而UPS 不能運(yùn)行，則多是因?yàn)殡姵剡B接出現(xiàn)了問題。例如，電池的連接點(diǎn)出現(xiàn)了氧化問題，電池與UPS間的保險(xiǎn)絲也會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，需要及時(shí)更換保險(xiǎn)絲[8]。

4.2 UPS 逆變時(shí)間較短

安裝時(shí)應(yīng)該設(shè)置電池參數(shù)。如果在電池參數(shù)重新設(shè)定后依然存在短路問題，那么應(yīng)該在UPS 報(bào)警時(shí)及時(shí)檢測(cè)電池電壓情況。若電池電壓處于低壓狀態(tài)，則應(yīng)及時(shí)更換電池；若電池電壓正常，則應(yīng)反復(fù)進(jìn)行充放電校驗(yàn)。

4.3 UPS 電源的日常維護(hù)

高質(zhì)量設(shè)備的選擇是提高廣播電視發(fā)射臺(tái)運(yùn)行質(zhì)量的第一步，同時(shí)對(duì)設(shè)備的后期維護(hù)和應(yīng)用研究是重中之重。相關(guān)管理人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)設(shè)備應(yīng)用范圍的探索，掌握更加全面的設(shè)備維修專業(yè)知識(shí)，促使設(shè)備在出現(xiàn)問題時(shí)能夠第一時(shí)間得到解決。

4.3.1 制定計(jì)劃

首先，制定配電室日常巡視檢查計(jì)劃，定期檢查配電室溫度，保持配電室干燥整潔。其次，巡視時(shí)應(yīng)該觀察配電室是否存在異常聲音和氣味，觀察蓄電池是否存在液漏，若出現(xiàn)異常情況則應(yīng)及時(shí)排查，迅速找出問題，并采取積極有效的應(yīng)對(duì)措施，保證廣播電視發(fā)射臺(tái)正常運(yùn)行。最后，記錄市電的電壓、電流等參數(shù)，為后期的維修排查奠定基礎(chǔ)。

4.3.2 及時(shí)檢查逆變器的電源是否正常

UPS 是廣播電視發(fā)射臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響廣播電視節(jié)目的播出效果，因此UPS 的質(zhì)量應(yīng)引起人們的高度重視。需要定期檢查逆變器電源的運(yùn)行狀態(tài)，排除安全隱患，確保其工作環(huán)境安全。

4.3.3 電池的維護(hù)

日常運(yùn)行中，廣播電視發(fā)射臺(tái)UPS 承載的運(yùn)行壓力較大，因此電池極易出現(xiàn)故障。為保證正常運(yùn)行，廣播電視發(fā)射臺(tái)UPS應(yīng)制定科學(xué)合理的電池維護(hù)計(jì)劃。對(duì)于第一次使用的電池，需要開機(jī)充電4 h 以上，同時(shí)每4 個(gè)月放電一次。電池應(yīng)該遠(yuǎn)離火種，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)物品，避免出現(xiàn)火災(zāi)事故。UPS 的維護(hù)工作極其復(fù)雜，管理人員在進(jìn)行維護(hù)時(shí)應(yīng)熟讀說明書，制定科學(xué)有效的維護(hù)計(jì)劃，保證UPS 的使用壽命，確保廣播電視發(fā)射臺(tái)正常運(yùn)行[9]。

4.3.4 UPS 主機(jī)維護(hù)

UPS 主機(jī)維護(hù)是日常維護(hù)工作的重點(diǎn)內(nèi)容，由生產(chǎn)商認(rèn)證的工程師進(jìn)行，從而降低安全事故的發(fā)生率。定期巡檢過程中，需要詳細(xì)記錄主機(jī)整體的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)主機(jī)采取簡(jiǎn)單的除塵和清潔措施。巡檢包括日檢、周檢、月檢以及年檢等。技術(shù)人員應(yīng)該每天查閱主機(jī)的告警記錄，并及時(shí)消除存在的故障。每周對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備采取除塵清潔措施，嚴(yán)格控制機(jī)房?jī)?nèi)的溫度和濕度，確保機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備正常運(yùn)行。每年對(duì)主機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一次保養(yǎng)，從而延長主機(jī)的使用壽命[10]。

5 結(jié) 論

在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的背景下，廣播電視發(fā)射臺(tái)的發(fā)展迎來了更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，使得設(shè)備的智能化成為新時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能UPS的應(yīng)用是廣播電視節(jié)目安全播出的重要保障。只有不斷探究UPS 的應(yīng)用技術(shù)，不斷更新其維修管理技術(shù)，才能促使智能UPS 發(fā)揮更多價(jià)值。