UPS在广播电视系统中的应用浅析

2022-05-12徐茂栋

西部广播电视 2022年5期

徐茂栋

（作者单位：上海东方传媒技术有限公司）

随着科技水平的不断发展，广播电视已逐步成为人们生活的必需品。信息设备对电能的稳定和质量有很高的技术指标要求，普通的市电会因天气、环境、人为等因素，引起线路波动、故障，甚至可能会发生断电等情况，有些地区因电能质量差影响设备的运行，所以会在供配电系统中加入不间断、稳定、高效的电源，以保证设备的运行不受外界因素的影响。播控机房的供配电系统能直接影响广播电视系统的正常运行，而且由于广播电视24小时不间断持续播出的特性，因此对播控机房的系统供电有很高要求。为此，播控机房内会配置UPS，利用UPS的可靠、高效、经济、环保等供电优点，增强系统的稳定性，从而达到持续供电的目的。

1 UPS基本概述

1.1 UPS的功能

随着现代科技的发展，生活用电需求也变得多样。不间断电源已经成为人们生产和生活中不可或缺的电源设备。UPS机柜外观如图1所示，其主要作用有：第一，当电网失电时，UPS能为负载提供高质量稳定的电源，保证设备不受停电的影响持续运行；第二，UPS在电网与负载之间发挥着隔离的作用，可以消除电网波动、谐波、噪声等干扰，有良好的抗干扰能力；第三，UPS可以为设备提供高质量的电源，提高功率等，从而营造高效的生产环境；第四，UPS可以通过设备的监控模块，提供多样的数字化接口，给工作人员提供便捷的可视化管理。

图1 UPS设备外观

1.2 UPS分类

UPS按工作频率主要分为工频机和高频机两种。工频UPS是按模拟电子电路原理设计的，由晶闸管整流器、IGBT逆变器、逆变器输出回路等主要元器件构成，输入及输出电路均工作在50 Hz的工频电压，市面上的UPS大部分采用12脉冲+11次谐波滤波器的结构。高频UPS是按数字电子电路原理设计的，由IGBT整流器、IGBT逆变器、电池变换器等主要元器件构成，IGBT整流器的开关频率可以在几千赫兹到几十千赫兹，输入及输出电路频率都要远高于工频机[1]。

1.3 UPS工作原理

虽然UPS有工频机与高频机之分，但是其基本原理和逻辑是相似的。电视广播领域通常采用的是在线式不间断电源，组成结构如图2所示，其主要由整流模块、升压模块、功率因数校正模块、逆变模块、充电模块、电池组等组成。当电网侧正常时，交流电经过整流器变换成直流稳压电源，经充电器给电池组充电，直流电源经过逆变电路变成稳定、高质量的交流电；当电网侧异常时，供电由市电切换到蓄电池给逆变器提供直流电源，然后经逆变器输出交流电。只有当逆变器出现故障时，才由旁路向设备提供电能[2]。

图2 在线式UPS结构图

2 UPS使用要求

《广播电视安全播出管理规定》明确规定，省级广播电视台播控机房主要播出负荷应采用UPS供电，UPS电池组后备时间应满足设计负荷工作60分钟以上；机房应配置自备电源，保证播出负荷、机房空调等相关负荷连续运行；主备播出设备、双电源播出设备应分别接入不同的UPS供电回路[3]。UPS已成为播控机房保证稳定播出节目的必要设备，使用和维护好UPS是相关人员需要重点关注的事情。

2.1 配置UPS切换时间

传统广播电视机房的电源开关是通过员工手动操作来实现的，但是手动操作会对设备的运行精确性、时间等造成影响。而利用UPS的智能化，可以在UPS内部配置合理的切换时间，自动完成电源开关操作[4]。

在UPS充电电路中配置三端口逆变器进行参数的控制，基于各种参数的变化可以判断当前电源使用控制情况，并由此计算得到电源切换时间。在充电过程中，三端口逆变器会将没有用到的电能进行存储，这就能有效地满足手动操作下UPS关闭时，其他硬件设备的电能需求，能够较好地解决传统手动模式中存在的滞后性问题，确保硬件设备的持续运行。

2.2 UPS容量选择

常规情况下，一般是根据机房设备的总负载大小来选定UPS的容量，UPS的容量不宜过大，也不宜过小。长期使用容量过大的UPS时，UPS处于轻载运行状态，虽然减少了逆变器的损坏概率，但同时增加了UPS蓄电池失效的可能性。蓄电池的放电电流过小，而放电时间偏长，会造成深度放电，影响电池寿命，甚至会导致电池永久性毁坏。长期使用容量过小的UPS时，UPS处于重载运行状态，虽然节约了前期投入资金，但由于逆变器重载运行，其输出电压波动会变大，这样不仅不能达到为负载设备提供优质电源的目的，还可能造成UPS内部元件损坏。所以，一般选取60%～80%的带载容量的UPS较为合理。

随着广播电视技术的不断进步，播控机房的设备也在更新升级，影响设备扩容的因素不容忽视。在前期选择UPS容量时，应适当考虑行业发展趋势，可预留10%～20%的带载量，也可以挑选并机或多机运行的机型，为将来扩容提供必要的硬件条件。

3 UPS的运行和维护措施

3.1 正确安装UPS

UPS要选择平地进行安装，必须要确保环境温度适中,通常为15～25℃[5]。机房要确保通风，安装后的UPS硬件设备不能紧靠墙壁，支撑必须要稳固。UPS接地必须要稳固，在连接线路的过程中，可以在输入端三相电线上直接安装四级或三级联动断路器。在日常的使用过程中，要尽可能防止出现过度放电或电池短路等现象，操作人员不可以多频次进行开关操作。

3.2 定期检查设备机房

UPS的设备运行状态和使用寿命，与其维护保养息息相关，为实现UPS长期安全、稳定、高效的运行，日常系统性的维护必不可少。工作人员需要每天对设备机房进行巡视检查，具体内容如下：第一，观察设备接线绝缘情况。一般短路击穿不是瞬间产生的，通过观察线路绝缘情况确定有无发热和放电的痕迹，在发现问题后及时处理，就能避免事故发生。第二，听声音和闻气味。带电设备一般都是封闭在机柜内的，无法用眼睛观察内部情况，而设备运行的声音能反应设备的状态。例如，当风扇轴承接触不良时，散热风扇就会产生异响，而一台正常运行的UPS是没有异响的。此外，利用嗅觉也能了解设备的异常情况，如小动物误入机房，产生的排泄物味道等。第三，做好记录。UPS可视的监控操作面板能实时显示各项数据，如输入输出电压、操作日志、报警日志等，数据和日志是最能直接反应UPS状态的依据。第四，汇总判断。工作人员需要根据上述内容完成巡检，发现故障后，要结合实际情况制订处理方案。因为配置UPS机房的设备是十分重要的，电视广播亦是如此。如果故障等级较轻，对系统产生的影响较小，而停电检修对业务生产的影响较大时，要合理权衡判断，并做好计划检修安排工作。

3.3 定期检查UPS蓄电池

目前市面上使用的UPS蓄电池多为免维护的铅酸电池，具有高性能、无污染、免维护、安装可靠的优点，理论寿命可达5年，UPS蓄电池机架如图3所示。但在实际使用中，总有因个体差异而出现提前损坏的情况。由于电池组是串联在一起的，一节电池不良直接就会影响到整组电池的性能，从而使UPS放电时间骤减，达不到后备时间标准，所以对蓄电池进行日常检查和定期测量必不可少。例如，观察电池外形有无膨胀变形，接线处有无漏液等情况。另外，通过测量电池内阻情况可以了解电池的实际状态，内阻越大的电池，其性能就越差。所以，在测量中如果发现内阻较大的电池时，就应当及时更换，避免整体电池组失效的情况发生。不同品牌、不同型号的电池在性能和质量上也存在差异，所以相关人员在更换电池时，应尽可能使用同一品牌的同一型号进行更换。

图3 UPS蓄电池机架

蓄电池的另一项保养内容是定期放电。在正常运行中，UPS蓄电池长时间处于浮充状态，这会使电池的活性变差，寿命减少。为了确保电池的使用周期，需要定期对其进行负载放电测试，一般三个月测试一次，通过对电池放电测试的数据比对和检查，可以及时掌握电池的使用情况，发现性能接近临界值的电池，可以及时更换，增强设备稳定性。完成UPS电池负载放电操作后，其能够长期保持活性状态。在具体的人为放电测试过程中，通常要保留电池额定容量的50%左右，并且整个放电过程要确保电流稳定，整体的放电电压必须要超过终止电压值。实践表明，经过合理维护和保养的UPS的性能和寿命优于未经过维护保养的同类设备。