陽江廣播電視臺電視節目制作機房UPS電源設計和應用

摘 要:分析了前端機房供電系統UPS電源的工作原理，結合陽江廣播電視臺電視節目制作機房用電功率的要求和特點，設計了UPS供電系統方案，介紹了UPS日常維護管理的注意事項。

關鍵詞:UPS節目制作機房蓄電池維護

中圖分類號:TN86文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)-01(b)-0050-02

各種編輯設備的運轉以及辦公用電高峰重合時，經常發生大幅度的電壓波動和嚴重雜波干擾，有時會燒斷保險絲造成斷電。另外，供電部門的停電維修經常會安排在雙休日期間進行。為此，要保障電視節目制作的穩定和數據安全是不可忽略的。電視節目的制作完成是廣播系統安全播出的心臟，為了保證系統心臟工作穩定，前端必須使用UPS不間斷電源。UPS電源可以解決電源斷電、電壓下陷、電源浪涌、減幅振蕩、電源干擾、電源突波、交換瞬變以及諧波失真等會對前端設備造成危害的因素。

1 UPS電源系統的設計

1.1 UPS的分類和工作原理

UPS電源主要由整流器、逆變器和蓄電池等組成，根據行業標準和技術規范中對計算機電源裝置規定的要求，UPS制造商也提供了不同的保護等級和保護方式，市場上出售的UPS一般有三種保護計算機設備的拓撲結構:后備式、在線交互式和雙轉換模式。

(1)后備式UPS:在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作范圍或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是:結構簡單，體積小，成本低，但輸入電壓范圍窄，輸出電壓穩定精度差，有切換時間，且輸出波形一般為方波。

(2)在線交互式UPS:在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，通過UPS內部穩壓線路穩壓后輸出，當市電異常或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是:有較寬的輸入電壓范圍，噪音低，體積小等特點，但同樣存在切換時間。

(3)雙轉換UPS:通常稱為“高效模式”。在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，整流器將切斷，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓范圍，無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的場合。(如圖2、3所示)

1.2 UPS系統架構運作原理圖析

(1)UPS系統架構方塊圖。

(2)UPS正常運轉時的運作方法。

當UPS正常運轉時，市電電源經濾波器濾除高頻諧波雜訊，如圖2所示，一路經由充電器對電池組充電，保持電池電力于滿電位，另一路經由整流器整流后經逆變器轉成純凈的交流正弦波電源，再由靜態開關轉換，濾波器經濾波后送至用戶設備使用。

(3)市電斷電時，UPS之運作方法。

如圖3所示，當市電斷電時，由電池繼續供電給逆變器，經由靜態開關，濾波器持續送電至用戶設備使用，使輸出負載保持運行，不至造成負載有斷電現象。

2 節目制作機房UPS電源設計和應用

2.1 考慮UPS供電的設備負載總功率因素

目前我們的節目制作機房供電要求:

(1)非線性編輯服務器三套，非線性編輯工作站二十個及編輯配套外圍設備的用電量。

(2)新聞演播室和其他節目演播室專業燈光用電量和空調的用電量。

(3)各編輯工作室的空調、日光燈照明的用電量。

2.2 UPS額定輸出功率和電池組的配備

2.2.1 UPS電池容量(功率)的選擇

各種品牌的UPS電源一般都是以視在功率為其額定容量，單位是VA(伏安)。而節目制作機房設備的總功率一般是以有功功率標注，其單位是W(瓦)。因此，在計算時要把UPS電源標注容量換成有功功率:有功功率=視在功率×功率因數。UPS電源輸出功率因數一般為0.8。

2.2.2 UPS額定功率的選擇

為確保UPS的系統高效率和盡可能地延長使用壽命，一般負載功率應滿足UPS額定功率的60%～80%。但負載是不應小于額定有功功率的25%，如果負載太小，電池不能充分放電，對電池的維護不利，因此，為給將來擴容留有余地，選用容量大一點的UPS電源，這樣的UPS電源還有一定的余量，負載設備運行起來也比較安全可靠，不會浪費投入的資金。如果將來需要大規模增加負載設備，我們可以選用并機UPS電源。我們節目制作機房需UPS供電的設備負載總功率為35kW左右，35000÷0.6=58333.3W，因此我們選用額定輸出功率為60kW的UPS。

2.2.3 蓄電池組的選擇

實踐中，儲電池組支持的工作時間可用公式計算出來，蓄電池組容量×電壓÷(UPS額定功率×0.8)=滿載時蓄電池組支持的工作時間。式中，0.8為功率因數。我們節目制作機房的UPS系統采用雙機冗余并機工作方式，陽江臺選用額定輸出功率為60KW的UPS電源主機，兩組電池柜共32塊鉛酸蓄電池并聯起來，每塊電池電壓12V，容量120AH，利用以上公式計算電池組電壓12V×16=192V，電池組容量120AH×2=240AH；結果為240AH×192V÷(60000×0.8)=0.96小時，陽江臺以實際負載計算電池組可支持的時間為240AH×192V÷(35000×0.8)≈1.65h。

2.3 選擇UPS

哪種不間斷電源(UPS)設計適合我們制作機房呢？由于我們制作機房對用電要求比較高，所以我們在選購時不但要考慮UPS的冗余度、可擴展性、模塊化、可維護性和運行成本，還要考慮UPS對電網的適應能力包括輸入電壓范圍、輸入功率因數、對電網的諧波干擾和頻率跟蹤能力等，另外，UPS的節能減排設計和供應商的售后服務也很重要。因此，我們選用了Hi-TECH(凱德)UPS不間斷電源的6000雙轉換模式系列。

3 UPS的日常管理維護

對UPS供電系統的正確使用和維護保養對保障系統的供電安全非常重要，以下幾點需要引起我們格外重視。

3.1 UPS的安裝注意項

UPS正常工作時，本身會散發出較大熱量，所以我們在UPS機房設計過程中必須考慮空調冷卻系統，但有時會遇到空調停機的問題，那就要考慮機房的通風散熱。另外，雷擊、閃電及電網上的高能浪涌也嚴重威脅到UPS系統安全，如無相應的保護措施，將造成UPS系統及計算機硬件和軟件的損壞，因此UPS應具有這方面的保護電路，其指標應符合國家及國際安全規范標準。還有在輸入配電柜內加裝避雷器，在UPS設備前安裝諧波濾波器及UPS的輸出配電柜內部統一接地，以此來有效地防雷擊。

3.2 主機的維護、保養

(1)UPS主機要求室內清潔衛生，保持設備清潔，擦拭外殼，否則灰塵遇潮濕可引起主機工作紊亂；

(2)主機中的參數不能隨意改動，一段時間內打開機器主開關以測試電池狀況；

(3)遵循指示來操作及正確使用負載；

(4)斷電時應避免帶載去啟動UPS，應關掉負載等UPS啟動后再開啟負載，避免開機瞬間大電流對UPS的沖擊；不能讓UPS長期處于滿載或過載。

3.3 儲電池的維護、保養

對于UPS來說，電池是保證UPS能夠在市電或者旁路斷電發生時繼續維持供電的關鍵。有資料統計，40%的UPS系統故障是由于蓄電池引起的，而且是致命性故障，因此要加強對維護蓄電池組的科學管理。

(1)正常時，電池每隔三個月須額外充電一次，每次不得少于12h。

(2)機器超過半年不使用時，應使電池先行充電24h，再投入正常使用。

(3)持續由市電供電三、四個月時，須對電池進行一次放電再充電一次，使電池保持活性，以防極板氧化。

(4)電池盡可能安裝在清潔、陰涼、通風和干燥的地方，避免受到陽光、加熱器和其他輻射熱源的影響；環境溫度對電池影響較大，電池安裝地的溫度應保持在20～25℃之間，低溫下電池放電容量下降，高溫下電池壽命縮短；放電深度對電池壽命影響也很大，放電深度越深，電池的循環使用次數越少，因此應避免UPS處于輕載或空載放電工作。

4 結語

陽江廣播電視臺節目制作機房按該方案設計UPS供電系統后，大大提高了電源供給的可靠性、穩定性、高效率性。在UPS投入運行一年來，整個供電系統更加安全可靠，管理簡便，為電視節目日制作完成和安全播出提供了有力保障。

參考文獻

[1]張乃國.UPS供電系統應用手冊.北京電子工業出版社，2003.

[2]曹保國主編.UPS應用技術.北京:化學工業出版社，2006.

[3]徐濟仁，陳家松.UPS技術及其發展趨勢[J].電子技術應用，2002年02期.