UPS電源系統在電視播出系統中的應用

太原廣播電視臺：史海江

1. UPS電源系統的基本概念

UPS電源是直流電流和交流電流交互的系統，通過把直流電流變為交流電流提供給負載電能，也可以把交流電流轉變為直流電流為電池組進行充電。UPS電源的基本功能是當交流供電電源無法正常提供電力，處于失電狀態時，對負載電源及時供電。正是由于這一點，UPS很快被廣泛應用于現代電視網絡廣播機房供電設備中。隨著可持續發展和低碳環保理念深入人心，國家也提出了電力技術的綠色革命化，UPS得到了進一步發展?，F代UPS除了具備以上某些功能之外，還具備更加穩定的電能輸出，給電網帶來了積極的正面影響，同時兼具智能化和體積小以及重量輕的特點。UPS之所以對電網的負面影響小，是因為抽取的交流電與電網電壓基本一致。由于智能化特點，在系統故障檢測和診斷方面較為靈敏[1]。

UPS可以在由于突發情況導致電力中斷時，為發射臺的電器裝置提供較為穩定的電力，發射臺作為電視的技術載體，目的是把電視節目信號通過節目進行傳輸，發射到覆蓋區域內，讓廣大民眾能夠通過電視觀看節目。供電系統的穩定是保證廣播電視發射臺正常運作的基礎。通過引入UPS電源為設備提供質量可靠不間斷的電能，減少了因電力缺失造成的停工現象。UPS電源設備如圖1所示。

圖1 UPS電源設備

2. UPS電源系統的分類

2.1 后備式UPS

一般而言，大多數時間電網的供電系統不會出現故障，后備式UPS此時便顯得必不可少。眾所周知，供電系統主要有兩路市電，第一路市電主要為蓄電池服務，負責維系蓄電池的正常運行，為突發狀況作充分準備。另一路市電則是對自動穩壓器進行初步穩壓，排除一部分對電網的干擾因素，讓電網能夠順利運行。在吸收完干擾后，再由旁路開關負責供電，此時后備式UPS電源設備更像是一臺穩壓器，但這臺穩壓器的功效局限性較大，只能改善電壓幅度的大小以及在運行過程中電網的頻率問題和電源問題，當電網供電或電網頻率沒有在正常值范圍內時（這里的范圍主要是在UPS電源系統范圍，即非正常情況時），正常的交流電會被切斷，充電器也會根據指令停止工作，后備式UPS蓄電池開始工作，為設備繼續提供負載供電[2]。后備式UPS電源是給負載直接供電，這種電源相當于交流穩壓器，在電流整合后對蓄電池進行充電，意外情況突發時蓄電池的放電電流可以通過后備式UPS電源直接給負載使用，后備式UPS交流電源的優勢在于切換時間較短，約4～10ms，但由于后備式UPS系統抗干擾能力差，頻率不太穩定，因此只能用于應急照明。

2.2 在線式UPS

在線式UPS是指無論電壓是正常的還是非正常的，供電電流都是經過逆變輸出，也就是說逆變電路會一直處于工作狀態。在這樣的狀態中，逆變電路不會無故斷電，能夠保持頻率的穩定。在線式UPS的供電質量很高，主要原因是它自身特性，在接收到市電后，它會將市電轉化為直流電，再對直流電作處理，將其變成交流電。所以，這樣的獨特構造讓在線式UPS更加穩定，它不會輕易受到雜波干擾，頻率一直處于穩定的狀態中，在線式UPS電源可以將蓄電的直流電能轉變為交流電能，給負載進行供電，具有切換時間短、應急效果好的特點，這種交流電壓的頻率也較為穩定，幅度波動較小，因此具有很好的抗抗能力，適用于廣播電臺這種對電源質量比較高的發射裝備和儀器。因此，在線式UPS也得到了廣泛的應用，尤其是廣播網絡電視設備運行時，便需在線式UPS這種穩定性好、功能性強的電源系統。

2.3 在線式互動UPS

在線式互動UPS是目前的新型技術，蓄電池和其他零件始終處于工作狀態中，之間形成良性連通。在市電正常的情況下，逆變器開始工作，它主要的任務是為蓄電池充電。此外，在線式互動UPS具有優越的電源保護功能，且不會受到外界因素干擾，擁有智能化和安全性的特點，但因其價格較高，往往令資金不充裕的地方電視臺望而卻步。

此外，按照UPS電源的輸出過程，還可以將UPS分為方波輸出和正弦波輸出兩類，這兩類UPS電源的區分要根據負載的類型進行選擇，例如在電感性負載時應該選擇以正弦波輸出的UPS電源。廣播電視發射塔在配備應急電源時，應該根據電視播放電子儀器的種類對電源的要求，選擇合適的UPS電源類型。

3. UPS電源在廣播電視發射臺的配備

3.1 UPS電源調節電壓

在線式不間斷電源在市電正常供電期間可將交流電為電池組充電，再經過脈沖調制整流濾波，轉換成直流電，當市電突然斷電時、直流電通過逆變器把UPS電池組的直流電變換為交流電傳輸給用電機器，由此實現連續不間斷供電。一般市電能夠始終處于正常供電狀態時，UPS電源具有的電壓調節的重要作用，主要把交流電壓傳輸到設備當中，低電壓和最高電壓浮動值誤差在10%之內，運行頻率設定為50Hz。不過廣電設備使用UPS供電時發射機以及電腦室處于電磁輻射場區域，更要關注強電磁干擾，比如在電源輸入端安裝防強電磁干擾過濾設備，由此實現設備正常運行。與此同時，UPS電源具有過載保護作用，如果出現超載情況會處于旁路狀態，由此避免設備運行過載，一旦出現過載情況也能夠自動評估，然后跳閘。

3.2 作為電源并向設備提供電流

當前電力供應穩定性得到顯著提升，不過在實際應用中電力供應依舊存在穩定性不足問題，由此造成斷電情況。廣播電視是黨的喉舌，是宣傳黨的方針政策的陣地，是人民群眾收聽、收看信息的重要媒體。通過收聽收看廣播電視節目及時了解信息，如果出現斷電情況會影響收視和收聽效果，所以按照國家廣播電視總局的要求縣級廣播電視發射臺站必須配備UPS電源，在電力中斷時可以不間斷提供穩定的供電電源。通常來說UPS電源為蓄電池，在交流市電電壓穩定狀態下給電池充電，當遇到突發停電時，通過逆變器給用電設備供電，由此滿足不間斷供電需求，實現廣播電視節目正常播出。

3.3 后備時間參數的設置

后備時間參數是UPS電源中非常重要的參數，再配備UPS電源過程中負載對供電的要求是設置后備參數的依據，在短時間內停電時對UPS電源的需求是保證在短時間內不因停電造成數據損失或者故障，可以選擇較短的UPS電源，如需要長時間的供電，應該選擇較長的UPS電源。如果在涉及到具有由發電機的場合內，需要能保證發電機可以正常地運行，這就需要UPS電源在運行時切換后備時間參數。一般是小于等于4ms。

3.4 能量選擇

UPS電源使用過程中的電源容量應該根據相應的負載進行調整。一般要求UPS電源容量應該是負載容量的一倍以上。同時也要根據負載的性質進行調整，例如在方波輸出的UPS電源是應該杜絕接感性復雜。除此之外也要考慮到成本的投入方面，對負載容量要有一定的預估，以此作為基礎進行UPS容量的計算。UPS的容量應該是負載容量/（UPS輸出效率×UPS輸出功率）。

4. UPS電源系統在電視播出系統中的應用與維護

4.1 增加UPS系統的抗壓能力

如今隨著科技的發展和人類生產力的進步，一般市電電壓的波動都能控制在合理范圍之內，大部分的UPS穩定性較強同時也具備較強的防干擾能力。對于廣播電視機構而言，這樣的能力可以減少開支，沒有必要再使用抗干擾器。但部分地區由于地形和環境等方面的影響，很容易使UPS出現問題，那么就要在應用UPS之前增加抗干擾器，此目的是保護UPS的正常運行，也是為了確保廣播電視節目的正常播出。在UPS的使用方面，也要注意開關盡量不選擇老式的刀閘開關，因為這種開關很容易造成拉弧現象。在開關的過程中，對電網產生干擾，影響廣播電視節目整體質量。關于熔斷式熔絲也不是最好的選擇，因為熔斷式熔絲自身具有局限性，對電流的反應速度過慢，當電路負載過大時，不能及時切斷電源，輕則損壞設備，重則容易引發火災等安全事故的發生。所以，在UPS的配電箱中最好的選擇是采用空氣開關，空氣開關不僅有敏銳的反應能力，還攜帶漏電保護器和過熱保護功能等。但是，在選擇過程中也要注重觀察空氣開關的容量，不同容量的開關承載電力不同，產生的影響也不同，需要指出的是，空氣開關的容量并不是越大越好，如果容量太大時，反而會出現短路，起不到保護作用，還會經常跳閘，因此我們需要盡量選擇適中的空氣開關。

4.2 合理使用UPS系統

在使用的過程中必須要保證所接的線符合要求，不能隨意更改地線、相線的距離和順序，這一點尤為重要。如果私自更改會將零線和地線錯位，將會對設備造成不可逆的損壞。在蓄電池的使用中，要選擇同一品牌，同一安時數的蓄電池，這樣做的目的是減少電能損耗，此外，需要注意的是，導線的面積盡量要大一些[3]。

4.3 建立健全相關UPS在廣播電視播出系統中的管理制度

廣播電視臺要建立健全UPS在廣播電視播出系統中的管理制度，從設備的應用到維護和后續的檢查都要制定相對嚴格的制度。只有訂立了嚴格的制度，在日常的操作中工作人員才有理可循，才能保證日常的正確操作。對于工作過程中存在問題較多的地方，要制定詳細的規章制度，在落實方面也應加強重視。企業可以設立監管部門，對此進行監督管理。監管人應該按時填寫每日的操作日志與操作日報，這樣有便于記錄準確的實際進度。在此基礎上就能對生產整體進行評價分析，確定在哪個環節該采用哪些措施和方法，對目標進行檢查，形成良性循環。

4.4 完善UPS管理激勵機制

為完善UPS管理機制，廣播電視行業的激勵制度也非常重要。在一體化的背景下，UPS運維人員所要面對的工作難度隨之增加，因此，完善激勵機制是至關重要的環節。完善激勵機制不僅能激發員工的積極性，同時也能最大程度地發揮運維人員的主觀能動性，真正提高運維人員的整體水平。電視臺可以針對運維人員建立一套詳細完整的考核機制，要在員工心中樹立起這樣一個概念：薪資待遇與員工的工作質量有著直接的關系?？梢酝ㄟ^加薪、年終獎和其他的方式把運維人員與工作質量緊緊捆綁在一起。同時，廣播電視管理者應獎罰分明，盡量做到以人為本，不能單純的對員工做出一系列要求，而是要挖掘產生這一問題的根本原因[4]。

4.5 UPS的注意事項與日常維護工作

4.5.1 注意事項

在UPS電源使用過程中，對工作環境有明確且嚴格的要求，首先是溫度和濕度的要求，一般情況下溫度應該控制在0～40℃，濕度應該達到30% ～85%，同時在這個溫度和濕度環境內要保障通風情況良好，從而保證電源可以正常運行。其次是在配接時要進行線徑的選擇和線路的正確設計。如果線徑太小，容易產生安全隱患，因此我們在連接線路時要按嚴格地按照設備說明書進行接線，確保有安全保護地線。最后是對電池組的維護，影響電池組放電有溫度、濕度、電流、充放電電壓等因素，電池應該放在清潔干燥的地方，同時也要嚴格地控制溫度，溫度過高會使電池過量充電，溫度過低則會導致電池充電不足，一般溫度要求在25℃左右。同時也要防止電池短路和放電深度過深的問題發生，電池的循環壽命和這些都有非常大的關聯，放電深度越深電池的循環壽命就相應的越短，通常電池的放電量應該保持在容量的30% ～50%左右。在充電過程中也要避免大電流操作，大電流容易造成電池極板的膨脹和變形，使得活性物質脫落，從而導致電池內阻增大，嚴重時還會導致電壓及容量下降[5]，使UPS電池的使用壽命大大縮短。

4.5.2 日常維護

UPS電源設備屬于精密儀器，在使用過程中的日常維護極為重要。在常規的檢查與維護中首先要檢查UPS電池柱是否有漏液、損壞的現象，極柱是否有變形或者過熱的情況，確保電池處于健康狀態。其次，由于UPS設備對于溫度和濕度都有一定的要求，所以在放置UPS電源的位置應配備相應的溫度濕度監控系統，從而保證UPS電源處于適宜的環境內，同時要做好定期除塵工作，特別是在干燥的季節，灰塵容易進入機體內部，從而導致散熱器件的作用減弱，定期除塵可以延長散熱器的使用壽命。此外還要做好連接電路的檢查工作，定期觀察浮充電壓是否在合理的工作范圍之內，確保電路的穩定狀態，這是保證UPS電源正常工作的基礎。

5. 結束語

UPS系統一直在廣播電視中充當“衛士”一角，一旦廣播電視出現了問題，那么將會造成無可預估的經濟損失和政治影響。因此，我們要加強對UPS系統的應用和優化，做好日常的使用和維護工作，延長其壽命，讓其真正做到為廣播電視服務。對于UPS電源系統的管理，應按照相關規章制度嚴格執行，運維人員應不斷提高自身綜合素質和能力，加強對UPS電源系統的管理和維護。