常州广播电视台UPS电源系统设计

韩 盼 常州广播电视台

常州广播电视台UPS电源系统设计

韩 盼 常州广播电视台

随着社会信息化的发展，大量IT设备的使用对供电提出了更高的要求，需要更高的电力保障。一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。UPS具有的稳压、稳频、不间断供电功能，可以为用户提供高可靠的电源，以防止重要设备因电能中断而遭受损失，并且可改善电能质量，使设备免受高低电压、突波、杂讯、频率不稳及电磁的干扰，满足用户对于电能质量的需求。

UPS 不间断供电 稳压 电能质量

一、引言

作为新闻媒体行业，广播和电视的播出需要“高效、高质量、不间断播出”，除了对节目质量的要求，电力保障也尤为重要。为保证广播电视技术机房、演播区等区域供电的不间断、安全、优质、可靠和稳定，需要设置UPS系统。UPS系统必须在结构设计、设备选型、日常维护等各个方面进行高可靠性的设计和建设。关键设备应在采用硬件冗余备份等可靠性技术的基础上，采用相关的软件技术提供完善的管理机制、控制手段和事故监控等技术措施，提高UPS系统的安全可靠性。同时，需要分析系统可能遇到的威胁和风险，提出消除威胁和规避风险的方案和措施。

2.UPS系统方案

常州广播电视台UPS系统方案由广播电视新闻中心、全台核心机房和广播直播区的三个子UPS系统组成，全部采用单机双母线UPS、具备旁路维修开关的系统形式。新闻中心的UPS单机容量40KVA。全台核心机房的UPS单机容量400KVA。广播直播区的UPS单机容量80KVA。

UPS技术要求如下：

（1）要求采用工频、旁路隔离变压器、双转换在线式UPS；

（2）UPS的输出与市电电源的电压和频率无关；

（3）在正常、旁路和储能方式下的输出为正弦波的电压波形；

（4）在所有线性和基准非线性负载条件下，输出波形亦为正弦波；

（5）在改变工作方式时，输出电压瞬态无中断或无零电压出现；

（6） 在正常或储能方式下，带线性阶跃负载时的输出电压瞬态无中断或无零电压出现；

（7）在正常或储能方式下，带基准非线性阶跃负载时的输出电压瞬态无中断或无零电压出现。

三、UPS系统设计

3.1 供电时间和容量分析计算

UPS额定输出功率是决定UPS能驱动多大功率负载的重要参数，在选用UPS时应该根据

设备的实际负载情况确定UPS的额定功率，并留出适当的余量，以保证UPS安全可靠地运行。

基本公式：

负载的有功功率×支持时间 = 电池放出容量×电池电压×UPS逆变效率

负载的有功功率 = 负载总功率×负载的功率因数UPS逆变效率≈0.9

电池放出容量 = 电池标称容量×电池放电效率

电池放电效率与放电电流或放电时间有关，可参照表1确定。

表1 电池放电效率

由于整个项目的电源系统采取双电源输入和柴油发电机的配置，所以UPS的电池按以下原则进行配置：

（1）新闻中心（单机双母线供电方式）

电池逆变供电时间：单机15分钟，系统30分钟。

（2）全台核心机房（单机双母线供电方式）

电池逆变供电时间：单机15分钟，系统30分钟。

（3）广播播出（单机双母线供电方式）电池逆变供电时间：单机15分钟，系统30分钟。

3.2 合理选择UPS电源的配线

合理选择UPS电源配线是很重要的，线径太粗，则造成浪费，线径太细，电流太大，容易发热而引起火灾。确定不间断电源UPS功率后，可以根据相关标准选择UPS电源的配线和空气开关。

3.3 检修供电能力

UPS 不间断电源需要有一个作为应急切换和设备检修用的旁路开关。安装这个开光十分重要，因为机房设备由UPS不间断电源供电的情况下，当UPS不间断电源需要检修或出现故障时，可以利用此开关将全部负荷的供电转换到外电上，而不至于断电造成停播。

3.4 UPS主机选择

3.4.1 高频机与工频机的特点

（1）高频机：利用高频开关技术，以高频开关元件替代整流器和逆变器中的工频变压器的UPS，俗称高频机，高频机体积小、效率高。

（2）工频机：采用工频变压器作为整流器与逆变器部件的UPS俗称工频机，主要特点是主功率部件稳定可靠、过负荷能力和抗冲击能力强。

3.4.2 高频机与工频机的性能比较（见表2）

从以上的比对中可以清晰的看出工频机在很多的方面优于高频机。对于可靠性要求较高的一些重要、关键部位的电源保护方案还应以工频机为首选，所以本次的UPS系统设计选用工频机来保障设备和播出安全。

3.5 UPS电源系统结构

UPS电源系统由两台ATS自动转换开关、两台UPS（含各自的电池组）、一套同步控制器组成。UPS1和UPS2的输出分别构成总线1和总线2，同步控制器控制两条输出总线的同步。总线1和总线2分别向双电源负载提供电源。

UPS电源系统结构如图1所示。

表2 高频机与工频机的性能比较

四、蓄电池保养维护

目前使用的UPS蓄电池主要是阀控式铅酸蓄电池。在实际应用中因电池故障而导致UPS不能正常工作的机率达30%以上。因此，正确使用及维护好蓄电池是至关重要的。蓄电池对环境温度要求较高，工作环境一般要求在20℃～25℃之间，低于15℃时，其放电容量下降1%，而温度过高（大于30℃）其寿命就会缩短。现常用的M型密封式铅酸蓄电池的使用寿命大约为3-5 年。

图1 UPS电源系统结构

对于大多数UPS电源来说，当蓄电池每次放电后，可利用内部充电回路进行浮充。为保证蓄电池重新置于饱和充电状态，一般需要充电10～12 小时。充电时间不够会使蓄电池实际可供使用的容量远远低于标称容量。

为保证蓄电池具有良好的充放电特性，长期闲置不用的UPS 电源，每隔一段时间须对电池充电一次，蓄电池的充电间隔时间与环境温度密切相关，温度越高充电时间间隔越短。若是UPS恢复使用，在重新开机使用之前，最好先不要加负载，让UPS电源利用机内的充电回路对蓄电池浮充10～12 个小时后再进行使用。

五、结束语

合理设计一个UPS供电系统，能够有效地改善广播电视机房的供电质量，有效消除因市电停电而产生的停播事故，能够明显地提高广播电视传输和播出的安全可靠性。随着广电事业的发展，安全播出对UPS的要求越来越高，UPS电源技术也在不断完善。掌握其原理，正确地使用与维护，可减少其故障率，延长其使用寿命，避免因供电问题引发的重大技术事故。

1．广电总局62号令《广播电视安全播出管理规定》2．YD/T1095-2000 《通信用不间断电源— UPS》

3．GB/14715—93《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》

4．GB 7260—87《不间断电源设备》

5．GB 50052－95《供配电系统设计规范》

6．GB 50054－95《低压配电设计规范》

7．GB 50055－93《通用用电设备配电设计规范》