智能一体化UPS 电源系统设计方案

李永红，吴 昊

（贵州省广播电视局八九六台，贵州 六盘水 553300）

0 引 言

因电网供电不稳定，造成台内经常停电，并且来电后产生的瞬间供电高压对发射设备造成电涌冲击，超过发射设备的承受上限，引起设备损坏。雷雨天气对电网形成直击雷、感应雷等雷击浪涌影响，加上电网供电质量不高，电网内谐波、杂波严重，影响台内设备形成线路和设备元器件的波形共振等，造成发射设备无效功率因数增大，影响设备寿命、发射效率及稳定性。智能一体化不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统设计的主体框架采用双回路供电方式，重要工艺用电负荷使用2 套独立运行的保障型UPS，为切换单元与馈电单元供电，不受单一电源故障停电的威胁。

1 双套独立供电系统设计

整个台站实现2 路市电双回路供电，当一路外电发生故障时，自动切换到另一路外电。同时，配备柴油自发电系统。在整个低压配电系统实现双配电室、双UPS 及双桥架走线独立供电，避免单配电室故障、火灾等极端情况导致供电中断[1]。

低压配电系统主体框架采用双回路供电方式，重要工艺用电负荷使用2 路独立运行的智能一体化UPS供电。低压供电设计采用2 套电源切换单元、2 套智能一体化UPS 及2 套馈电单元供配电。系统正常状态下，2 套电源独立运行，互不影响。当其中一套电源出现故障无输出时，所有用电负荷不间断地自动切换到另一套电源供电。延时切换时间可选0 ～30 s，双分位置固定设置3.5 s 延时切换，避免电力供电中断导致停播。

此外，增加数据采集通信，在智能一体化UPS系统的监控终端可以实时监看、查阅及远程控制配电的使用情况。配电系统流程见图1。

图1 配电系统流程

2 双配电室智能一体化UPS 系统设计

2.1 智能一体化UPS 柜

智能一体化UPS 系统由5 个柜体组成，可以保证电源在任意时段的自动切换[2]。

第1 个进线柜由两路市电进行切换，将切换后的市电分成两路：一路进入配电三室供生活用电，另一路进入第2 个隔离稳压柜（以下简称隔稳柜）供工艺用电。采用ABB 框架式联动双电源切换。第2 个隔稳柜由市电和柴油发电进行切换，保证外电进来后，在一定范围内处置谐波、浪涌、三相不平衡，并进行变压稳压输出。第3 个柜为UPS 主机柜，采用12 脉冲的工频机。第4 个智能馈电柜能够采集每个支路的运行状态、参数，并在本地主控计算机上显示。第5 个电池柜所配备的蓄电池组能在两路外电都停电且自发电系统未启动正常供电时，满负载延长供电30 min。每个电池模块都增设了电池巡检仪，在整个机组平台上可以实时了解每节电池的电压、内阻及温度，避免电池接线松动或管理不当导致电池过热引起爆燃起火。2 个电压配电室配置了专用精密空调，可以将配电室整体温度控制在16 ～25 ℃。

2.2 智能一体化UPS 单元

智能一体化UPS 单元具备输入线路隔离、防雷、自动切换、智能显示及数据通信等功能，可以实现2路市电自由切换、互为备份。当2 路外电故障时，该单元可提供自发电系统自启动信号，无须工作人员手动切换开启。

双电源切换柜台站现有的高压变系统容量为250 kVA，考虑综合设备的功率因数与线路低电压长期运行等情况，选用400 A 双电源切换柜，并根据国标规定在输入端采用截面积为185 mm2的电缆。结合台站设备的效率和后期增加设备的可能性，预留一定功率量，最终选定单套容量为125 kVA 的智能一体化电源。该电源系统主要由市电与油机切换供电单元、隔离单元、稳压单元、UPS 单元、后备供电电池组单元及智能监控单元等组成，能够确保后端工艺类用电负荷不间断运行。

智能电池管理系统由蓄电池组监控主机、单体电池采集模块、直流电压变送器、霍尔电流传感器、分体式电池仪配件Ⅶ、分体式电池仪配件Ⅷ及智能电池管理系统后台软件等组成，能够监测蓄电池运行状态，测量单体电池电压、极柱温度及内阻，支持双电源供电，支持高压直流240 V 或交流220 V 供电。系统采用低功耗设计，工作电流小于7 mA，支持反接保护、过压保护。

输出馈电单元采用GCS 抽屉式配电柜，具有10路输出。单个配电单元间可互为备用，具备分路用电数据实时监控功能，可通过后台转换上传至智慧用电监控管理平台，方便值班员了解发射机用电情况。母线单元室、功能单元室、电缆室之间及功能单元的不同回路之间都严格隔离，且分隔清晰。联锁功能单元的操作手柄有2 个，一个手柄控制抽屉的连接、试验、移动及隔离等位置，另一个手柄控制开关的接通和分断。母线搭接处均采用搪锡处理，以降低连接处温度。连接主开关的母线外部加装阻燃、自熄性的热塑套管，垂直母线外部加装阻燃的绝缘罩壳，其防护等级达到IP20。碰接式螺柱焊机将接地螺栓牢牢焊接在侧板和门板上，构建完善可靠的接地系统，确保系统安全运行[3]。

3 发射设备供电系统设计

发射设备供电系统中配备了2 路市电和柴油机自发电系统供电。当2 市电同时出现故障时，启动柴油机自发电系统供电，确保发射设备持续运行。柴油发电机同步自启停的百叶窗通风口设计，既保证了柴油机房进出风口空气流通，又能在柴油发电机关闭时及时关闭窗口，防范蚊虫、鼠害等[4]。

自发电系统采用1 组产品型号为THLV200PM 的柴油发电机组供电。台站生活类用电负荷在2 路市电同时出现故障时不考虑用柴油机自发电系统供电，只使用智能一体化电源供电。考虑智能一体化电源的主要功率部件为UPS，根据UPS 的使用特性和发射台工艺类用电负荷，UPS 与发电机功率配比为1 ∶2，选用供电总容量为250 kVA 的发电机供电较为合理。

生活用电与技术用电需分开供电，避免生活类负载用电与技术类工艺用电故障连带。原低压配电系统的配电、稳压、馈电设备增加数据采集通信，在新装智能一体化UPS 系统的监控终端，同样可以实时远程监看、查阅及控制生活配电的使用情况。

智慧空开具备本地和远程智能控制功能。通过在关键节点加装温控传感器，当检测到温度超过设定值时，智慧空开不仅能自动切断，还能提醒工作人员通过电脑或手机远程关断与开启。

4 静态转换开关不间断切换

静态转换开关可以在6 ms 内实现不同输入电源之间的不间断切换，为单电源负载提供双母线供电。正常工作状态下，当主电源处于正常的电压范围时，负载一直连接主电源。在主电源发生故障时，负载自动切换到备用电源，待主电源恢复正常后，负载又自动切换到主电源[5]。

静态转换开关采用先断后通的切换方式，具备以下功能。第一，高低压保护。当输入交流低压或超压时，设备会自动转向另一路电源。第二，智能检测。当某一路市电断电时，设备会自动切换到另一路，避免人工切换或断电的危险。第三，超载保护。当总负载超过设备负载的100%～125%连续30 min、125%～150%连续20 s、150%～300%连续2 s 时，设备将自动关断输出并报警，10 s 后再次自动开启。第四，智能报警。当市电断电、超限时，设备会自动报警，90 s 后自动消音。第五，手动切换。当2 路电源正常时，可随意将负载转向另一路电源供电；当某路市电断电或超限时，设备会自动锁闭，可手动切换。

系统采用液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）直观显示静态转换开关的运行状态、输入电压、输出电压、输出电流以及工作状态等，通过高性能的保护机制提升系统运行的安全性和可靠性。

5 结 论

广播电视发射是无线覆盖的重要组成部分，是意识形态工作和舆论宣传的重要阵地。按照标准化、智慧化、经济化及实用化的原则，兼顾未来快速增长的发展需求设计智能一体化UPS 系统。该系统建成3 年以来运行稳定，未出现电源故障导致的停播事故，符合先进、合理、可靠、经济及完善的要求，为解决广播电视发射机房的配电保障提供借鉴。