智能UPS 在广播电视发射台中的应用及相关技术研究

2023-10-20许艳鹏

通信电源技术 2023年15期

许艳鹏

（山西广播电视无线管理中心328 台，山西临汾 041000）

0 引言

确保电视节目安全播出是广播电视发射台的基本任务，需要相关人员高度重视。尤其是在当前社会不断发展的背景下，人们对广播电视节目信号提出了更高的标准。电力系统作为广播电视节目安全播出的基本要素，若出现故障，则会造成严重的播出事故。因此，在广播电视发射台引入安全性能高的智能不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）具有重要意义。

1 UPS 的定义及基本原理

1.1 UPS 的定义

UPS指能够连续供电且具有储备电能能力的装置，是一种恒压力和恒频率的不间歇电源，主要应用于大型电子设备。逆变器是UPS 的主要组成部分。当电流量输入稳定时，UPS 充当交流电的稳压器。UPS 可以向机内电池充电，如输入电源出现异常时，UPS 可以将电池储存的电能通过逆变器向相关设备供电，实现不间歇供电，使设备能够维持正常工作，保护其硬件及软件设施不会因突然停电而受损。

1.2 UPS 的基本原理

UPS 包含交流信号源、输入控制单元、电源管理单元、输出控制单元、智能检测单元、智能控制单元、输出单元、显示单元、直流单元、整流单元以及交流负载。智能UPS 能够实时监测UPS 的运行状态，并将采样点的状态信息输入计算机及时进行处理，不仅能够获取UPS 工作的有关数据，而且能够监视电路中各部分元件的工作状态，确保各电路正常运行。智能UPS 不仅能够实现对UPS 工作的控制，还可以在发生故障时，根据实际情况采取一定的应急控制措施。

UPS 按工作原理可以分为3 类，分别是在线式UPS、后备式UPS 和互动式UPS[1]。在线式UPS 的结构复杂，但性能较为完善，可以有效解决多重电源的问题，如能够有效解决市电中的尖峰、频率漂移、浪涌等相关问题。现阶段使用的四通系列UPS，可以实现零中断输出正弦波交流电，有效解决市电中的常见问题，改善市电的品质。但是，在线式UPS 电源也有不足，如投资成本较高、使用范围较小等，通常应用在对电力要求较大的环境中。在广播电视发射台中应用在线式UPS 电源，能够实现高质量的电能供应，促使广播电视发射台高效运行[2]。后背式UPS 具有自动稳压、自动断电的功能，一般可以在市电断电后迅速开启，转化时间较短，具有结构简单、价格实惠、可靠性强等优势，被广泛应用于微机领域。但是，后背式UPS 对市电的品质无法起到良好的改善作用，目前应用范围较小。互动式UPS 的转化时间比后备式UPS 转换时间短，具有较强的滤波功能和抗干扰功能，被广泛应用于电力环境较为恶劣的地区。

2 UPS 的工作模式

UPS 共有4 种工作模式，分别是市电模式、旁路模式、电池模式以及维修模式[3]。

第一，市电模式。UPS 工作于市电模式时，升压后通过电压、滤波、频率稳定处理后为负载提供稳定电能，通过城市电源独立线路为备用电池充电。此时，UPS 处于一种备用状态，若出现异常情况，则直接对负载设备提供电能[4]。城市供电模式是UPS 的正常运行状态。该模式下的UPS 可以发挥不间断电源的作用，保护其核心设备。

第二，旁路模式。当UPS 工作于旁路模式时，在经过整流滤波后，不需要逆变器直接向负载供电。

第三，电池模式。当UPS 工作于电池模式时，若电源出现突发情况，则将蓄电池中储备的直流电变成交流电，由蓄电池提供不间断电能供负载使用，从而实现连续供电[5]。

第四，维修模式。维修模式是在UPS 进行大修时，通过手动设置旁路，保障负载设备的电能供应。维修完成后，UPS 重新启动并恢复正常运行。

3 UPS 的设计

3.1 UPS 的设计目的

市电供应一般会因用电高峰等因素而出现供电不稳的现象，此时电视台通常会配备二路供电，避免节目因长时间停电而停播。根据二路供电的实际情况，自动切换装置的切换时间在0.3 s 左右，油机的启动也需要一定的时间，在此期间会出现设备停机现象。因此，二路供电仍然无法保障供电的安全性和连续性，尤其是在主电源中断后又立即恢复的状态下，自动切换装置会从主电源变换为备用电源。主电源恢复时，自动切换装置又会立即返回，再次造成供电中断。电源频繁闪断造成的影响极其恶劣，会损害设备。智能UPS 的引进能够有效解决市电停电、闪断、电压波动等问题，保障设备不间断工作[6]。

3.2 UPS 的接入

3.2.1 接入配电系统

广播电视3 级以上的无线发射台都会设置主备2 路电源。主备电源通过自动转换开关（Automatic Transfer Switching，ATS）输出电能供负载使用。智能UPS 作为全台的电源，为实现不间断供电效果，应该接在ATS 后。

3.2.2 接入远程监控

现阶段的UPS 主机均可通过简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）网络适配器接入远程监控系统，能够实现实时监控、报警管理、统计以及人机交互等功能，可以有效监控UPS的各项数据和参数，并在超越使用权限时进行报警，同时将相关信息上报给管理人员。

3.3 UPS 的选择

3.3.1 主机的选择

UPS 是整个发射台的电源，需要为整个发射台的设备持续供电。例如，某个高山综合发射台机房的负荷为100 kW，此时必须选择容量为120 kVA 及以上的主机。

3.3.2 后备电池的选择

一台容量为120 kVA 的UPS，给机房供电的时间为1 h，以每块100 Ah 设计UPS 电池容量，每组电池数量为32 块，则可以选择4 组12 V/100 Ah 的电池（32 块/组），总共128 块。

4 智能UPS 在广播电视发射台中应用的常见问题及维护措施

智能UPS 应用于广播电视发射台，能够为广播电视节目的安全播出提供坚实的保障。安装时，应该认真仔细阅读使用说明书，确保每一个步骤都严格遵守说明书的指示，从源头减少安全事故风险出现的概率。安装前应该打扫配电室，保证配电室的干燥整洁，避免在安装中引发火灾事故。实际安装操作时，不能将输入的零线、输出的零线、火线以及地线接错。蓄电池组设备和逆变器电源的前后位置均应该采取相应的绝缘处理措施，可以通过铺设绝缘橡胶垫的方式实现，同时严禁存放易燃易爆的危险物品[7]。安装蓄电池组后将市电断开，安装输入线、输出线、监控线，并仔细检查是否安装妥当。开机前需要确认三相电源的顺序是否正确，要与标准保持一致。当负载处于试运行状态时，需要先检查逆变器的运行状态，查看逆变器是否能够实现正常切换，同时检查蓄电池组的放电情况和过载能力能否满足实际使用标准，并做好防雷避雷措施。广播电视发射台中，根据智能UPS的故障处理情况，可以发现大部分问题都来于电池的使用方法不得当，而UPS 本身出现问题的概率极小。智能UPS 使用中的常见问题和维护措施如下。

4.1 UPS 电源不能正常运行

新安装的UPS 之所以不能正常运行，是因为电池在放置的时候容易漏电。当电池电压较低时，UPS无法正常运行。这种情况下需要检查UPS 的电压，并检查电池的插头是否连接正常。若投入使用后的UPS 无法正常运转，则可能是因为智能UPS 的工作负荷较大。当UPS 无法进行正常工作时，一方面需要检查电池性能，查看其是否符合使用标准。若电池的性能减弱，则应该及时更换电池。另一方面，若电池的电压处于正常范围而UPS 不能运行，则多是因为电池连接出现了问题。例如，电池的连接点出现了氧化问题，电池与UPS间的保险丝也会出现断裂现象，需要及时更换保险丝[8]。

4.2 UPS 逆变时间较短

安装时应该设置电池参数。如果在电池参数重新设定后依然存在短路问题，那么应该在UPS 报警时及时检测电池电压情况。若电池电压处于低压状态，则应及时更换电池；若电池电压正常，则应反复进行充放电校验。

4.3 UPS 电源的日常维护

高质量设备的选择是提高广播电视发射台运行质量的第一步，同时对设备的后期维护和应用研究是重中之重。相关管理人员应该加强对设备应用范围的探索，掌握更加全面的设备维修专业知识，促使设备在出现问题时能够第一时间得到解决。

4.3.1 制定计划

首先，制定配电室日常巡视检查计划，定期检查配电室温度，保持配电室干燥整洁。其次，巡视时应该观察配电室是否存在异常声音和气味，观察蓄电池是否存在液漏，若出现异常情况则应及时排查，迅速找出问题，并采取积极有效的应对措施，保证广播电视发射台正常运行。最后，记录市电的电压、电流等参数，为后期的维修排查奠定基础。

4.3.2 及时检查逆变器的电源是否正常

UPS 是广播电视发射台的关键设备，直接影响广播电视节目的播出效果，因此UPS 的质量应引起人们的高度重视。需要定期检查逆变器电源的运行状态，排除安全隐患，确保其工作环境安全。

4.3.3 电池的维护

日常运行中，广播电视发射台UPS 承载的运行压力较大，因此电池极易出现故障。为保证正常运行，广播电视发射台UPS应制定科学合理的电池维护计划。对于第一次使用的电池，需要开机充电4 h 以上，同时每4 个月放电一次。电池应该远离火种，远离危险物品，避免出现火灾事故。UPS 的维护工作极其复杂，管理人员在进行维护时应熟读说明书，制定科学有效的维护计划，保证UPS 的使用寿命，确保广播电视发射台正常运行[9]。

4.3.4 UPS 主机维护

UPS 主机维护是日常维护工作的重点内容，由生产商认证的工程师进行，从而降低安全事故的发生率。定期巡检过程中，需要详细记录主机整体的运行状态，对主机采取简单的除尘和清洁措施。巡检包括日检、周检、月检以及年检等。技术人员应该每天查阅主机的告警记录，并及时消除存在的故障。每周对机房内的设备采取除尘清洁措施，严格控制机房内的温度和湿度，确保机房内的设备正常运行。每年对主机及其他相关设备进行一次保养，从而延长主机的使用寿命[10]。