在线式UPS在广播电台的应用

2022-10-02

随着社会经济的发展, 人们对广播节目的质量要求越来越高。这不仅需要质量好、性能优的播放设备, 更需要稳定、不间断的电源。目前的播音设备多为数字化设备, 采用的市电供电, 难免发生断电, 一旦断电, 仪器设备会损坏, 停播事件产生的影响也难以预计。同时, 外电电压受用电高峰和大功率设备的影响很大, 大功率设备启动或停机以及每天的用电高峰到来或结束, 都会导致电网电压瞬间波动, 电压瞬间增高会导致设备失常甚至烧毁, 瞬间降低会导致设备误动作或不动作。同时, 电网上的其他用电单位的某些设备产生的干扰波能通过输电线窜入播出系统, 影响播出, 甚至破坏播出设备。

为此, 应用UPS是广播电台必然的选择, 在线式UPS已是现代广播事业的电力保障工作的关键设备。一方面, UPS能够稳定输出电压, 能有效保护数字播出设备;另一方面, UPS能在市电断电的同时自动切换为蓄电池供电, 因此, 可以说UPS是设备的正常工作以及节目正常播出的保障;同时, UPS内部装有滤波器能够净化电源, 滤除电网上的干扰波, 减少或避免电网上的干扰波对播出的影响以及对播出设备造成的损害。

1 UPS工作原理及选择

1.1 UPS工作原理

UPS实际是一个整合了整流器 (AC/DC换流器) 、蓄电池以及逆变器 (DC/AC换流器) 的电力转换系统, 其基本原理是用蓄电池存储市电电网输入电能, 当供电中断时, 换流器将蓄电池的输入的直流电压转换为交流电压输出, 并且将输出电压与电流净化为比较标准的正弦波形, 从而使得负载在不受断电影响的同时也享有比较好的电源品质。其分为后备式和在线式两种。

(1) 后备式UPS电源是在市电正常供电时, 主机逆变器处于静止状态, 当市电供电中断, 才在非常短的时间内 (通常为4ms) 开启自身的储备电源, 经过逆变后驱动负载。它的功能较少, 通常应用于个人电脑及其周边设备。

(2) 在线式UPS电源是在市电正常供电时, 它将交流电转换为直流电并进行脉冲调制滤波后再重新转换为交流电源向负载供电, 当市电中断, 零时切换为蓄电池--逆变器供电。它的功能较全, 成本及价格也较高, 常用于保护重要设备或对电源品质要求较高的仪器设备, 在广播电视系统应用较广泛。

1.2 UPS的选择

选用UPS, 主要考虑所带负载的功率及UPS不间断电源的工作时间。UPS的输出容量标称值有K V A和K W两个参数, 前者是视在功率 (S) 的单位, 后者是有功功率 (P) 的单位, 结合无功功率 (Q) , 满足S2=P2+Q2, 当UPS所能提供的无功功率不能满足无功功率的要求时, UPS就会告警超载, 为此, 选择UPS, 必须综合考虑其输出特性以及实际负载功率。通常, UPS负载百分之八十以上, 就会出现不匹配的问题, 因此, 选用何种功率的UPS可用机房设备实际负荷除以70%~80%之间任意数确定。同时, UPS也不能轻载运行, 否则其内部蓄电池会因深度放电而失效, 尤其当负载低于UPS标称功率的20%时, 其电源转换效率低, 不经济。

就UPS不间断电源的逆变工作时间而言, 根据不同情况配备不同容量蓄电池组, 自备发电机的机房可以短一些, 但也必须在30分钟以上, 以一个小时为宜, 没用发电机的机房, 蓄电池工作时间以3~4小时为宜, 以便有充足的应对时间。为此, 应根据实际情况, 并考虑蓄电池组容量在五年左右的时间将衰减一半左右, 正确估算逆变供电时间, 以此来配置后备蓄电池组以及所需容量。

2 UPS在广播电台的应用

广播电台使用UPS, 其目的是为广播电台提供了优质的不间断电源, 其比较合理的接法是:两路市电经过自行切换后再接UPS, 即当有一路市电断电后, 两路市电首先自行切换, 由于UPS蓄电池的支撑, 此时并不影响对负载的供电, UPS仍然处于正常的工作状态, 切换后接到UPS, 回复至原先的供电状态, 这相当于整个供电系统增加一次冗余。

但是UPS作为电力设备, 也像其他设备一样, 会出现故障, 当UPS发生输出过载、逆变器故障、机内温度过高等故障时, UPS就会直接断开输出, 这时要迅速将UPS从供电系统中甩掉, 将播出设备直接与两路市电任何一路相连, 保证播出设备得到正常供电, 避免发生长时间停播事故。

我台的播出设备总负荷约3KVA, 总控制室播出设备负荷约2KVA。为了保证节目在停电时能够正常制作、播出, 同时也为了分散投资, 提高UPS使用的安全性和稳定性, 我们根据各个机房实际功率的大小, 集中配备了两台在线式UPS, 其中APC Smart-UPSRT5000VA一台;APC Smart-UPS RT3000VA一台。由于我市属于老工业基地, 各种电力设施比较陈旧, 但是也很难保证供电的稳定性, 因此, 对于蓄电池, 我们采用了100AH/12V免维护蓄电池。这种电池最大的优点在于电池自放电小, 这样, 其使用寿命也就比较长, 达5年之久, 并且在其使用寿命范围内不需要任何维护, 而且方便存储, 室温储存半年以上无需充电。3KVA的UPS配用16节蓄电池, 5KVA的UPS配用16节蓄电池, 市电停电时可连续供电达4小时以上, 这样, 及时偶尔发生比较长的停电事故, 我台在UPS系统的支持下, 也能正常播出。

我们的经验表明, 要使得UPS处于良好的工作状态, 从而保证电台的正常运转, 就必须严格按照技术要求安装和使用UPS。首先, 在输入电缆上的电压损失不能超过3%, UPS的输出电缆到负载端的距离不能太远, 线径不能太细, 否则, 在线路上的无功损耗会增加, 直接影响UPS的供电质量。其次, 广播电台的多数设备在开机瞬间的负载量都比较大, 随着逐渐降低趋于趋于正常值, 因此, 为了负载在加电瞬间造成UPS的过载, 可以通过旁路启动设备后再起动UPS。再次, 为了延长电池的使用寿命, 对于长期只充电不逆变的UPS, 要对蓄电池进行每三个月一次大容量放电, 并在放电后24小时之内充电。