UPS电源系统在电视播出系统中的应用

太原广播电视台：史海江

1. UPS电源系统的基本概念

UPS电源是直流电流和交流电流交互的系统，通过把直流电流变为交流电流提供给负载电能，也可以把交流电流转变为直流电流为电池组进行充电。UPS电源的基本功能是当交流供电电源无法正常提供电力，处于失电状态时，对负载电源及时供电。正是由于这一点，UPS很快被广泛应用于现代电视网络广播机房供电设备中。随着可持续发展和低碳环保理念深入人心，国家也提出了电力技术的绿色革命化，UPS得到了进一步发展。现代UPS除了具备以上某些功能之外，还具备更加稳定的电能输出，给电网带来了积极的正面影响，同时兼具智能化和体积小以及重量轻的特点。UPS之所以对电网的负面影响小，是因为抽取的交流电与电网电压基本一致。由于智能化特点，在系统故障检测和诊断方面较为灵敏[1]。

UPS可以在由于突发情况导致电力中断时，为发射台的电器装置提供较为稳定的电力，发射台作为电视的技术载体，目的是把电视节目信号通过节目进行传输，发射到覆盖区域内，让广大民众能够通过电视观看节目。供电系统的稳定是保证广播电视发射台正常运作的基础。通过引入UPS电源为设备提供质量可靠不间断的电能，减少了因电力缺失造成的停工现象。UPS电源设备如图1所示。

图1 UPS电源设备

2. UPS电源系统的分类

2.1 后备式UPS

一般而言，大多数时间电网的供电系统不会出现故障，后备式UPS此时便显得必不可少。众所周知，供电系统主要有两路市电，第一路市电主要为蓄电池服务，负责维系蓄电池的正常运行，为突发状况作充分准备。另一路市电则是对自动稳压器进行初步稳压，排除一部分对电网的干扰因素，让电网能够顺利运行。在吸收完干扰后，再由旁路开关负责供电，此时后备式UPS电源设备更像是一台稳压器，但这台稳压器的功效局限性较大，只能改善电压幅度的大小以及在运行过程中电网的频率问题和电源问题，当电网供电或电网频率没有在正常值范围内时（这里的范围主要是在UPS电源系统范围，即非正常情况时），正常的交流电会被切断，充电器也会根据指令停止工作，后备式UPS蓄电池开始工作，为设备继续提供负载供电[2]。后备式UPS电源是给负载直接供电，这种电源相当于交流稳压器，在电流整合后对蓄电池进行充电，意外情况突发时蓄电池的放电电流可以通过后备式UPS电源直接给负载使用，后备式UPS交流电源的优势在于切换时间较短，约4～10ms，但由于后备式UPS系统抗干扰能力差，频率不太稳定，因此只能用于应急照明。

2.2 在线式UPS

在线式UPS是指无论电压是正常的还是非正常的，供电电流都是经过逆变输出，也就是说逆变电路会一直处于工作状态。在这样的状态中，逆变电路不会无故断电，能够保持频率的稳定。在线式UPS的供电质量很高，主要原因是它自身特性，在接收到市电后，它会将市电转化为直流电，再对直流电作处理，将其变成交流电。所以，这样的独特构造让在线式UPS更加稳定，它不会轻易受到杂波干扰，频率一直处于稳定的状态中，在线式UPS电源可以将蓄电的直流电能转变为交流电能，给负载进行供电，具有切换时间短、应急效果好的特点，这种交流电压的频率也较为稳定，幅度波动较小，因此具有很好的抗抗能力，适用于广播电台这种对电源质量比较高的发射装备和仪器。因此，在线式UPS也得到了广泛的应用，尤其是广播网络电视设备运行时，便需在线式UPS这种稳定性好、功能性强的电源系统。

2.3 在线式互动UPS

在线式互动UPS是目前的新型技术，蓄电池和其他零件始终处于工作状态中，之间形成良性连通。在市电正常的情况下，逆变器开始工作，它主要的任务是为蓄电池充电。此外，在线式互动UPS具有优越的电源保护功能，且不会受到外界因素干扰，拥有智能化和安全性的特点，但因其价格较高，往往令资金不充裕的地方电视台望而却步。

此外，按照UPS电源的输出过程，还可以将UPS分为方波输出和正弦波输出两类，这两类UPS电源的区分要根据负载的类型进行选择，例如在电感性负载时应该选择以正弦波输出的UPS电源。广播电视发射塔在配备应急电源时，应该根据电视播放电子仪器的种类对电源的要求，选择合适的UPS电源类型。

3. UPS电源在广播电视发射台的配备

3.1 UPS电源调节电压

在线式不间断电源在市电正常供电期间可将交流电为电池组充电，再经过脉冲调制整流滤波，转换成直流电，当市电突然断电时、直流电通过逆变器把UPS电池组的直流电变换为交流电传输给用电机器，由此实现连续不间断供电。一般市电能够始终处于正常供电状态时，UPS电源具有的电压调节的重要作用，主要把交流电压传输到设备当中，低电压和最高电压浮动值误差在10%之内，运行频率设定为50Hz。不过广电设备使用UPS供电时发射机以及电脑室处于电磁辐射场区域，更要关注强电磁干扰，比如在电源输入端安装防强电磁干扰过滤设备，由此实现设备正常运行。与此同时，UPS电源具有过载保护作用，如果出现超载情况会处于旁路状态，由此避免设备运行过载，一旦出现过载情况也能够自动评估，然后跳闸。

3.2 作为电源并向设备提供电流

当前电力供应稳定性得到显著提升，不过在实际应用中电力供应依旧存在稳定性不足问题，由此造成断电情况。广播电视是党的喉舌，是宣传党的方针政策的阵地，是人民群众收听、收看信息的重要媒体。通过收听收看广播电视节目及时了解信息，如果出现断电情况会影响收视和收听效果，所以按照国家广播电视总局的要求县级广播电视发射台站必须配备UPS电源，在电力中断时可以不间断提供稳定的供电电源。通常来说UPS电源为蓄电池，在交流市电电压稳定状态下给电池充电，当遇到突发停电时，通过逆变器给用电设备供电，由此满足不间断供电需求，实现广播电视节目正常播出。

3.3 后备时间参数的设置

后备时间参数是UPS电源中非常重要的参数，再配备UPS电源过程中负载对供电的要求是设置后备参数的依据，在短时间内停电时对UPS电源的需求是保证在短时间内不因停电造成数据损失或者故障，可以选择较短的UPS电源，如需要长时间的供电，应该选择较长的UPS电源。如果在涉及到具有由发电机的场合内，需要能保证发电机可以正常地运行，这就需要UPS电源在运行时切换后备时间参数。一般是小于等于4ms。

3.4 能量选择

UPS电源使用过程中的电源容量应该根据相应的负载进行调整。一般要求UPS电源容量应该是负载容量的一倍以上。同时也要根据负载的性质进行调整，例如在方波输出的UPS电源是应该杜绝接感性复杂。除此之外也要考虑到成本的投入方面，对负载容量要有一定的预估，以此作为基础进行UPS容量的计算。UPS的容量应该是负载容量/（UPS输出效率×UPS输出功率）。

4. UPS电源系统在电视播出系统中的应用与维护

4.1 增加UPS系统的抗压能力

如今随着科技的发展和人类生产力的进步，一般市电电压的波动都能控制在合理范围之内，大部分的UPS稳定性较强同时也具备较强的防干扰能力。对于广播电视机构而言，这样的能力可以减少开支，没有必要再使用抗干扰器。但部分地区由于地形和环境等方面的影响，很容易使UPS出现问题，那么就要在应用UPS之前增加抗干扰器，此目的是保护UPS的正常运行，也是为了确保广播电视节目的正常播出。在UPS的使用方面，也要注意开关尽量不选择老式的刀闸开关，因为这种开关很容易造成拉弧现象。在开关的过程中，对电网产生干扰，影响广播电视节目整体质量。关于熔断式熔丝也不是最好的选择，因为熔断式熔丝自身具有局限性，对电流的反应速度过慢，当电路负载过大时，不能及时切断电源，轻则损坏设备，重则容易引发火灾等安全事故的发生。所以，在UPS的配电箱中最好的选择是采用空气开关，空气开关不仅有敏锐的反应能力，还携带漏电保护器和过热保护功能等。但是，在选择过程中也要注重观察空气开关的容量，不同容量的开关承载电力不同，产生的影响也不同，需要指出的是，空气开关的容量并不是越大越好，如果容量太大时，反而会出现短路，起不到保护作用，还会经常跳闸，因此我们需要尽量选择适中的空气开关。

4.2 合理使用UPS系统

在使用的过程中必须要保证所接的线符合要求，不能随意更改地线、相线的距离和顺序，这一点尤为重要。如果私自更改会将零线和地线错位，将会对设备造成不可逆的损坏。在蓄电池的使用中，要选择同一品牌，同一安时数的蓄电池，这样做的目的是减少电能损耗，此外，需要注意的是，导线的面积尽量要大一些[3]。

4.3 建立健全相关UPS在广播电视播出系统中的管理制度

广播电视台要建立健全UPS在广播电视播出系统中的管理制度，从设备的应用到维护和后续的检查都要制定相对严格的制度。只有订立了严格的制度，在日常的操作中工作人员才有理可循，才能保证日常的正确操作。对于工作过程中存在问题较多的地方，要制定详细的规章制度，在落实方面也应加强重视。企业可以设立监管部门，对此进行监督管理。监管人应该按时填写每日的操作日志与操作日报，这样有便于记录准确的实际进度。在此基础上就能对生产整体进行评价分析，确定在哪个环节该采用哪些措施和方法，对目标进行检查，形成良性循环。

4.4 完善UPS管理激励机制

为完善UPS管理机制，广播电视行业的激励制度也非常重要。在一体化的背景下，UPS运维人员所要面对的工作难度随之增加，因此，完善激励机制是至关重要的环节。完善激励机制不仅能激发员工的积极性，同时也能最大程度地发挥运维人员的主观能动性，真正提高运维人员的整体水平。电视台可以针对运维人员建立一套详细完整的考核机制，要在员工心中树立起这样一个概念：薪资待遇与员工的工作质量有着直接的关系。可以通过加薪、年终奖和其他的方式把运维人员与工作质量紧紧捆绑在一起。同时，广播电视管理者应奖罚分明，尽量做到以人为本，不能单纯的对员工做出一系列要求，而是要挖掘产生这一问题的根本原因[4]。

4.5 UPS的注意事项与日常维护工作

4.5.1 注意事项

在UPS电源使用过程中，对工作环境有明确且严格的要求，首先是温度和湿度的要求，一般情况下温度应该控制在0～40℃，湿度应该达到30% ～85%，同时在这个温度和湿度环境内要保障通风情况良好，从而保证电源可以正常运行。其次是在配接时要进行线径的选择和线路的正确设计。如果线径太小，容易产生安全隐患，因此我们在连接线路时要按严格地按照设备说明书进行接线，确保有安全保护地线。最后是对电池组的维护，影响电池组放电有温度、湿度、电流、充放电电压等因素，电池应该放在清洁干燥的地方，同时也要严格地控制温度，温度过高会使电池过量充电，温度过低则会导致电池充电不足，一般温度要求在25℃左右。同时也要防止电池短路和放电深度过深的问题发生，电池的循环寿命和这些都有非常大的关联，放电深度越深电池的循环寿命就相应的越短，通常电池的放电量应该保持在容量的30% ～50%左右。在充电过程中也要避免大电流操作，大电流容易造成电池极板的膨胀和变形，使得活性物质脱落，从而导致电池内阻增大，严重时还会导致电压及容量下降[5]，使UPS电池的使用寿命大大缩短。

4.5.2 日常维护

UPS电源设备属于精密仪器，在使用过程中的日常维护极为重要。在常规的检查与维护中首先要检查UPS电池柱是否有漏液、损坏的现象，极柱是否有变形或者过热的情况，确保电池处于健康状态。其次，由于UPS设备对于温度和湿度都有一定的要求，所以在放置UPS电源的位置应配备相应的温度湿度监控系统，从而保证UPS电源处于适宜的环境内，同时要做好定期除尘工作，特别是在干燥的季节，灰尘容易进入机体内部，从而导致散热器件的作用减弱，定期除尘可以延长散热器的使用寿命。此外还要做好连接电路的检查工作，定期观察浮充电压是否在合理的工作范围之内，确保电路的稳定状态，这是保证UPS电源正常工作的基础。

5. 结束语

UPS系统一直在广播电视中充当“卫士”一角，一旦广播电视出现了问题，那么将会造成无可预估的经济损失和政治影响。因此，我们要加强对UPS系统的应用和优化，做好日常的使用和维护工作，延长其寿命，让其真正做到为广播电视服务。对于UPS电源系统的管理，应按照相关规章制度严格执行，运维人员应不断提高自身综合素质和能力，加强对UPS电源系统的管理和维护。