浅析发信机房UPS电源系统设计

郭帅 李捷

摘 要：发信机做为海岸电台应急通信的关键设备，其稳定可靠和不间断运行是对海上通信业务正常开展的必要前提。针对现有断电切换电存在的空白时间间隙问题，通过分析应用UPS不间断电源改造电源系统，解决了现系统的不足，实现了设备断电零秒切换，保障了安全通信不间断传播。

关键词：发信机 UPS

1.引言

海岸电台承担海域船舶安全通信值守任务，代表国家履行国际公约对国内外航行船舶播发海上安全信息，提供遇险搜救通信及日常公众通信。随着国家海洋战略的升级，海岸电台业务持续拓展，大功率发信机和先进通信设备的引入使得机房供配电系统的安全稳定运行显得尤为重要，供电一旦发生故障中断，将直接影响作为“救命电波”的遇险搜救通信业务，所以必须确保发信机及通信设备供电持续可靠。现阶段海岸电台采用以两路市电供电，并辅以柴油发电机作为备用应急电源的供配电配置，虽能保证供电可靠，但无论是两路市电转换，或市电均中断启动柴油发电机供电，都需要一定的转换时间，期间均存在空白时间间隙，发信机及通讯设备此时处于宕机状态，不能真正保证通信的安全持续畅通。因此依靠UPS不间断供电电源对发信机机房进行电源系统改造可以有效预防和解决这一问题。

2.UPS电源系统改造设计

2.1UPS基本原理

UPS（Uninterrruptible Power Supply），即不间断电源，是一种以蓄电池为主要储能装置的电源设备，逆变器是其主要组成部分，它可给计算机及其他电力设备提供恒压恒频的不间断电力供应。UPS主要有以下功能：1.可实现双路电源的不间断互切；2.对谐波、电压和频率波动等电网干扰起到隔离作用；3.在电压和频率变换时起到稳压稳频作用。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后提供给负载，此时UPS相当于一台稳压器，同时向蓄电池充电储能。当发生市电中断切换或市电中断启动发电机时，UPS会立刻将蓄电池储存的电能释放，通过逆变器进行能量转换向负载提供稳定交流电，保护负载维持负载正常供电运行。

2.2UPS分类及选型

目前，UPS以其主电路构造和不断电供电机制来分，主要有：后备式、在线互动式、双逆变在线式和双逆变电压补偿在线式四大类。

后备式：后备式是应用最早最广泛的静态UPS形式，当市电存在时，充电器只对蓄电池浮充，逆变器不投入工作。只当市电掉电，转换开关动作，才对负载进行供电。后备式UPS结构简单、价格低廉，适用于供电质量要求不高的场所，因为这种UPS存在切换时间，故不适用关键性供电不能中断的场所。

在线互动式：在线的含义即UPS逆变器始终处于热备份状态，在线互动式UPS的逆变器为双向逆变，市电存在时逆变方向由AC到DC，向电池充电；市电掉电后逆变方向由DC到AC，由电池供电向负载供电。同后备式相比，在线互动式转换时间短，逆变输出电压波形好，但其同样存在切换问题。

双逆变在线式：目前绝大多数在线式，尤其是大功率在线UPS均采用双逆变电路结构，双逆变即电路由一个AC-DC单向逆变器和一个DC-AC单向逆变器组成，其特点是无论市电有无，负载功率都由逆变器输出，逆变器始终处于工作状态，市电掉电时输出电压不受任何影响，而且没有转换时间。

双逆变电压补偿在线式：此形式是目前国际上最前沿的技术，它将交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS主电路中，在抗干扰、稳压和可靠性等技术指标上都有新的突破，但其技术还在不断改进，结构复杂且造价成本高。

对于海岸电台发信机房，发信设备输出功率大，电压质量要求高，采用双逆变在线式UPS，既满足机房电源系统改造要求，又节约投资成本。

2.3供配电设计

目前海岸电台发信机房供电方案一般为双路10KV主备切换运行，两路相互独立市电通过高压开关柜接至同一台变压器，后输出至低压配电柜，同时设置两台柴油发电机组作为备用电源。其中两路市电电气互锁，两台柴油机设置转换开关，市电与柴油机设置电气互锁开关，防止两路市电同时接入设备。

根据发信机房的供电形式，结合现机房供电存在时间间隙的问题，UPS不间断电源的设置形式主要有两种：双路电源单路UPS形式和双路电源双路UPS形式。其中双路电源单路UPS形式是在在配电室配电柜设置一主一备两路配电柜，其中在主配电柜出线接入UPS不间断电源，主路供电电源经主配电箱、UPS后接入负载配电箱，向发信機设备提供电源。备配电柜引出线直接与负载配电箱连接，如图1所示。

配电室的主备两个配电柜，均与经变压器降压后的两路市电相连，其中备用配电箱相当于UPS不间断电源的旁路开关，当UPS本身发生故障或主配电柜线路故障时，电源系统直接跳过故障UPS，启用备配电柜对负载供电。正常情况下，主配电柜提供电源经UPS后输送至负载配电箱，为发信设备提供电源；当一路市电中断后或两路市电均中断启动柴油发电机前的时间间隙，UPS通过自身蓄电池经逆变器向负载供电，直到另一路市电转换成功或柴油发电机启动输出稳定的电压，UPS结束自身蓄电池供电，UPS在断电整个过程起到稳压、提供不断续电源的作用。

对于双路电源双路UPS形式，该UPS形式配置两台UPS电源设备并行接至配电室两部配电柜，采用双路供电并行接入，每台UPS电源负担全部负载负荷的50%，正常时两台UPS逆变器同时向负载供电，当其中一台UPS故障时该UPS便从系统中脱离，发信设备负载负荷全部由另一台UPS负担。对于供电连续性来讲这种形式的UPS稳定安全系数高，但两路两套UPS意味着双倍的设备故障几率且投资成本高，故在海岸电台机房电源改造中，选用第二种双路电源单UPS形式的电源设置是很好的选择。

通过采用双逆变在线式UPS不间断电源并将UPS设置为双路双电源形式，可以有效消除切机房换电存在空白时间间隙。正常状态下设备由市电经变压器后至UPS，经过UPS整流为直流电，后进逆变器逆变为稳定的交流电供发信机设备。当市电中断时，UPS瞬间通过蓄电池放直流电经逆变器逆变为交流电向发信机负载供电，在零秒内将发信机负载全部带起。UPS设备发生问题或者需要对UPS维护维修时，通过备配电箱旁路开关将UPS从系统脱离，实现了发信机供电的零缺失。

3.结语

选择UPS不间断电源保证发信机等通信设备可靠供电，彻底消除了因市电中断切换备电期间的供电时间间隙，同时也解决了发信机正常运行时电压波动、谐波等对发信机设备的影响，保障了发信机设备的全天候不间断运行，使海上安全广播和遇险搜救通信万无一失，为海岸电台持续发展创造了良好条件。

参考文献：

[1]齐国庆，调频发射机房UPS不间断电源的创新应用[J]，中国有线电视2016. 150-151.

[2]刘少慧，浅析UPS不间断电源的原理及维护[J]，福建电脑 2011（4）.