广播电视大功率UPS配置方案探讨

闫涛 江苏省广播电视总台

一、引言

当前广播电视行业正面临着数字化、产业化转型的关键时刻，新的技术和新的业务对广播电视设备的稳定运行和安全播出都提出了极高的要求。特别是国家广电总局颁布的62号令及实施细则都对安全播出提出了具体的要求。作为广播电视安全播出的重要组成部分，UPS系统配置的合理性直接关系到安全播出。江苏广电总台发射传输台很早就为中心信号机房、卫星站机房等小功率设备配置了UPS电源系统，但是由于无线发射系统功率很大，一直使用市电为发射机进行供电。据统计，每年由于外电波动引起的停播事故占到了总停播的70%以上。因此，发射传输台为广播电视无线发射机均配置了UPS系统。

下面对具体的配置方案进行探讨。

二、UPS系统配置要求

1. 可提供所有无线发射机主机和备机的不间断电源供应

发射传输台总共有3套模拟、3套数字电视发射机，为1+1备份。7套调频广播发射机，分别为5+1和2+1备份系统。UPS系统需要为所有主备机同时提供不间断电源供应。

2. 降低外电波动引起的停播

由于发射机为大功率播出设备，受到外电波动影响非常大。虽然根据国家广电总局62号令和无线发射实施细则，发射传输台配置了两路不同路由的外电，但是由于外电引起的发射机停播事故仍占了总停播的70%以上。配置UPS系统方可有效降低由于外电引起的停播事故。

3. UPS系统本身需具备高可靠性，易维护性。

据统计，UPS系统中由于UPS电源设备本身故障占到20%，负载及UPS与负载之间的配电回路故障（负载短路、保险烧毁、断路器跳开等）占70%，还有10%为其他故障。UPS系统本身需要具有高可靠性，便于维护。

4. 合理后备时间，具备高性价比

由于UPS系统造价较高（基本相当于一台进口调频发射机费用），且其中的电池一般使用3-5年需要更换，配置时需要充分考虑资金投入问题。

三、配置方案探讨

1. 配电方案设计

（1）原有无线发射机供电情况

以电视发射机为例，每个发射机在配电柜上，通过配电开关，选择古平岗线和南艺线两路外电其中一路供发射机使用。如图1所示。

（2）现有无线发射机供电情况

UPS系统配置在古平岗外电，与南艺线外电一起通过配电开关，选择一路供发射机使用。如图2所示。

2. 发射机功率设计

电视发射机现有的额定功率总和46KW。但由于要达到发射机的额定功率与所需的实际能耗存在一定的比例，通常模拟电视发射机额定功率与实际能耗的比例为1：3，数字发射机为1：6，则我台最大能耗功率为150KW。

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调频发射机设计功率总和58.5KW。同上，模拟调频发射机额定功率与实际能耗的比例为1：2，则我台最大能耗功率为117KW。

现有的发射机及功率见表1：

由于我台发射机机房，分为东西两个配电柜，每个配电柜所带的负载根据发射机放置的位置决定，故模拟电视主机发射机1的主备机配置在调频一组的配电柜中，因而得出西配电柜最大负载为117KW，东配电柜最大负载为150KW。发射机配电示意图见图3。

3. 后备时间设计

由于外电波动基本瞬间恢复，如果停电时间较长，线上外接的柴油发电机将自启动供电，且后备时间越长，需要的UPS电池数量越多。因此参考62号令中广播电视安全播出管理规定无线发射实施细则对于信号源等设备的UPS供电时间要求，将无线发射UPS系统的后备时间设计为30分钟。

4. 功率均衡及UPS位置摆放需求

由于依据功率均衡和发射机在机房摆放的位置，设计电视发射机和调频发射机分别单独配置UPS系统。

5. 可靠性和性价比要求

常用的UPS系统的配置方案包括单UPS供电方案、双UPS并机冗余供电方案，双UPS双回路镜像冗余供电方案和双UPS并机、双回路镜像冗余供电方案。四个方案系统复杂程度依次增加，相应的投入也不断增加，但是更好的解决了由于增加UPS系统本身引起的故障问题。

由于发射机系统对于供电波动、供电切换的敏感度非常高，UPS系统配置的主要目的是提供稳定的电源供应，在UPS设备的故障率远低于外电引起的故障率的基础上，如果在两路外电供应上均配置UPS系统，比仅在一路外电上配置UPS系统所降低的故障率很小。因此在一路外电上配置UPS系统即可有效降低整体故障率，且投入较小，性价比高。

6. UPS功率配置计算

以电视发射机UPS系统为例，负载设计总功率为150KW（设计功率还需充分考虑今后增添设备的负载容量），按照UPS功率因素=0.93计算，150/0.93=161KVA。UPS功率至少选为160KVA以上，同时UPS负荷一般为70%左右比较合适，因此电视发射机选择配置200KVA的UPS较为合适。

7. UPS电池配置计算

由于UPS一般带的负载是固定的，所以比较准确的用恒功率法计算。

（1）确定电池的参数指标

对于普遍使用的铅酸电池常使用如下参数：

大家通常所见的铅酸免维护电池实际上是单体电池的组合，每节单体铅酸电池的额定电压是2Vdc，因此一块12V 的电池是由6节单体电池构成的。对于我们的UPS采用的是12V 120AH的电池。

（2）计算UPS电池的需求的容量

根据公式：

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电池总数＝(功率/直流电压*小时)/每块安时数*每组块数

由于不同功率的UPS直流电压不同，每组块数为所要求电池的最小块数，一般配置电池时，必须为每组块数的整数倍，常见的UPS直流电压和电池每组块数见表2（电池每块以12V为计算依据）：

例：配置200KVA满载情况下的有功功率为200×0.93=186KVA，UPS电池电压12V，每块电池为120AH，若需待机时间为0.5小时，求应选用的电池数。

（UPS的输出功率因数由UPS的型号决定，我们这里取的是MEDES公司CPT 200KVA的UPS为例）

计 算： 电 池 总 数 =（186000/384×0.5）/120×32=64块

四、总结

根据发射传输台无线发射系统实际情况而设计配置的UPS系统充分考虑可靠性、稳定性、易维护性和性价比，采取单路UPS接入的方式，通过合理计算配置后备电池，在近三年的使用中，有效降低了外电波动对无线发射播出的影响（配置UPS前，我台5年内由外电引起的停播率约为0.8秒/百小时，配置UPS之后近三年内为0），有效提高了安全播出保障水平。