广播电视中心供配电设计

李西亮１李昂２

（１.郸城县广播电视台广播中心，河南 郸城 477150；

2.郸城县有线电视台，河南 郸城 477150）

【摘要】广播电视安全播出要求保障电力不间断供应，通过外部电源和自备电源提出了县级广播电视中心供配电系统设计方案，重点分析了UPS不间断电源设计时应着重考虑的几个方面。

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关键词 广播电视中心；安全播出；外部电源；UPS电源

随着广播电视事业的不断发展，广播电视的节目量、播出时长不断增加，要求对播出系统提供持续不间断的供电。同时，播出系统数字化、网络化也对供电的质量提出了较高要求。但是，伴随着广播电视中心技术系统规模的不断扩大，用电负荷急剧增加，供配电保障的风险也越来越高。2007年初，在国家广电总局实施的全国性安全播出大检查中，检查出的供配电系统问题占所有系统问题总数的74%，而在2009年全国广播电视604起事故中，因供配电系统问题引发的事故有483起，占事故总量的80%，可见供配电系统成为影响广播电视节目安全播出的主要因素。并且电网存在的电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、噪声电压、过压、欠压、电源中断等污染和干扰始终威胁着设备的运行安全。如何提高广播电视中心的供配电、减少或避免停电事故，是关系到广播电视信号能否安全优质传输的重要问题。因此，设计一个合理、安全的供配电系统是一个重要的问题。以下就浅谈一下广播电视中心供配电系统的设计。

1外部电源设计

对于安全播出保障等级为三级的县级广播电视中心来说，至少应设置两个独立低压供电回路。在配置中需要注意以下几点：

1）宜选用等容量的两台变压器互为主备，每台变压器的容量能满足全中心负荷的用电要求。两台变压器分别接入两段低压母线，分别为主备两路播出负荷供电。两段低压母线以低压母线开关相连，并具备自动或手动切换功能。

２）有条件的三级广播电视中心配置工艺变压器。采用工艺变压器是为了防止因动力设备的故障引起的停电和动力设备运行时产生的干扰，保证工艺电源的质量。

３）如果只有一路外电，建议设置主备两台变压器，并在低压二段母线设置自备电源的接入开关，将自备电源接入低压母线。自发电的相序应经过校验，并定期携带负荷进行试运行。自发电时，应断掉与播出机房应急照明无关的负荷。

４）应将系统中主备用设备或双电源设备分别接入两组低压供电母线，以防止因负荷端过流跳闸造成全部设备停播。

我局的广播电视中心和有线广播电视网前端，已从原来县城中心的两个办公场所整合搬迁到新的广播电视大楼，负责全县广播电视节目信号接收、集成和控制。由于新办公大楼地处城乡结合部，外电属于农业用电，稳定性较差，停电现象较多，加上工作人员离办公新址较远，导致抢修时间较长，搬迁过来仅半年已发生几次外电中断，尽管广播电视中心配备有UPS不间断电源，但由于容量所限，对安全播出造成了较大威胁。由于和供电部门及时协调，才没有造成信号中断的安全播出事故。为了满足三级安全播出保障。我局和供电部门达成应急供电协议(包括安全播出重要保障期间提前做好发电机支持）的基础上并向供电部门提出申请，要求增加一路来自与目前不同的高压供电线路来保障外电供应的可靠性。

2自备电源的设计

如果市电突然停电，且没有其它后备电源持续供电时，广播电视中心的电子设备由于没有电力供应可能产生硬件损坏、系统中断运行、数据丢失、甚至系统崩溃等后果。因此，广播电视中心必须设计配备符合要求的健康的自备电源。而UPS电源是目前广播电视领域应用较广泛的自备电源。外电断电及所送的电源质量达不到要求的，广播电视中心必须配备UPS不间断电源，那么，应用设计UPS不间断电源要注意哪些方面呢？

2.1UPS应该解决哪些问题

UPS是不间断电源，当停电时能够接替市电持续供应电力，它的动力来自电池组，由于电子元器件反应速度快，停电的瞬间在4-8毫秒内或无中断时间下继续供应电力。同时还应该具有以下功能：停电保护、高低电压保护、波形失真处理、频率稳定、电压稳定、抑制噪声、突波保护、瞬时响应保护以及能够监控电源。

2.2UPS类型的选择

UPS作为一个完整独立的电源系统，包括滤波器、整流器、逆变器、静态旁路开关、手动维修旁路开关及电池组。按其设计原理与工作方式可分为离线式UPS、在线式UPS、在线互动式UPS。离线式UPS电源一般在正常状态下电流会走旁路直接将电力供给负载，UPS电源在正常状态下处于充电状态，而一旦出现电路故障造成停电的状况时，UPS电源的直流电将在逆变器紧急工作的状态下被转变为交流电输出。离线式UPS电源存在着供电质量较差、需要一定的电源切换时间、输出的电流波形为准方波，会对负载造成干扰等缺点。在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量向负载提供交流电，保证无间断输出。在线UPS有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，适合对电源要求较高的设备使用。广播电视中心应采用在线式UPS系统。在线互动式UPS以网络使用为主，它结合了离线式效率高和在线式供电质量高的特点，与离线式UPS相比切换时间短，但在线互动式UPS电源存在着稳频特性不够好，充电器的充电效果一般，不适合做广播电视系统中长延时的不间断电源。

2.3UPS的集中式与分散式配备方式选择

UPS不间断电源供电有两种方式：一种是集中式供电，另一种是分散式供电。集中式供电需采用大功率的在线式UPS，其输出是正弦波，效果最佳。如果设备之间距离较远，还需要单独铺设线缆，虽然便于管理，但成本较高，如果UPS系统异常，容易引起大面积停电事故。分散式供电使用小功率的在线式UPS，分别对各个机器进行供电，分散供电的好处是分散风险，不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置，不便管理，而且布线不易规划。

2.4UPS的容量的确定

根据负载容量及性质，选择适当的UPS，既可保证UPS的供电质量，降低故障率，有可节省投资，提高经济效益。主要考虑几个因素：

2.4.1负载性质对UPS输出功率的影响

当前大部分UPS生产厂家在产品说明书中所给的输出功率都是指功率因数为0.8时的值，而实际UPS电源可带的负载量与负载功率因数密切相关的，对不同的负载功率因数要进行功率折算。

2.4.2UPS容量对负载不宜过大或过小

过大使电池组可能产生深度放电，使电池组永久性损坏，过小使其输出波形将发生畸变，易造成逆变器损坏。

2.4.3对于负载不断增加，UPS需要扩容的，可采用UPS在线并机扩容和模块化UPS实现逐步扩容

目前中、大功率段UPS均已经具备冗余并机功能，只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关，并在机房规划相应空间，即可实现UPS并机扩容功能；模块化UPS已经开始应用，模块化UPS特点主要包括：可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。同时，实现“N+X”冗余比较划算。

2.5UPS的工作时间

不间断电源工作时间因各单位具体情况不同而不同，负载功率确定后主要取决于后备电池。UPS电源系统在检测到外电中断后，自行启动供电，随着电池慢慢放电，电源的余量逐渐降低。但应保障电池电量下降到50%时为止，这主要是考虑到它寿命终止时还应保留一定余量，此工作时间要大于外电恢复或发电机正常供电所需时间，如时间较长，应配置外接的电池组，但此时还应考虑内部UPS整流器有能力对外接电池组进行充电，否则，应配备外接充电器。同时，因电池工作电流很大，要选用容量足够的多股铜芯线或铝线，以降低电源连接配线损耗对UPS工作时间的影响。

2.6通过冗余方式增加可靠性

为了提高UPS供电的可靠性，可采用多种UPS冗余连接方式，各种方式都有优缺点，考虑方案时要根据实际负载情况，选择合适的模式。当前冗余连接方式大概有以下几种：

2.6.1双机主从式热备份

将作为从机的UPS1输出接到另一台作为主机的UPS2旁路输入，正常运行时由UPS2供电，UPS1作为备份。当UPS2故障时负载切换至UPS2旁路，由UPS1承担负载供给任务。此系统结构及控制简单，但存在以下缺点：主机长时间工作，而从机长时间处于待机状态，两级的元件老化不均匀；在从机的供电状态下，主机静态旁路故障时将导致系统供电失败；系统负载不能超过单机容量且以后无法扩容。

2.6.2功率均分并联备份

该系统将两台或多台逆变UPS单元并联运行，正常时两台（或多台）逆变器同时向负载均分供电，当其中一台故障时，该UPS从系统中脱离，由剩余逆变器按新的份额重新供电。此种方式目前有两种结构，一种是UPS通过外加并机柜方式并联，并机柜提供同步及多机均流控制，同时提供并联系统的总静态旁路；另一种是在每台UPS内安装一套逻辑控制板，控制各台机器的同步及均流输出。此方案的优点是宜于扩容，通过冗余备份提高供电可靠性，但也存在缺点：（a)采用并机柜方式的，并机柜成为系统的公共瓶颈点，一旦它内部失控或故障，会导致整个供电失败。（b)由于各台UPS输出量参数难以保持完全一致，导致各UPS在向负载供电同时，还在内部UPS的逆变器间形成环流，当环流过大，将直接危及逆变器安全。

2.6.3并联热备份

该系统将两台UPS的电池组输入，整流器输出及逆变器输出并联，并共用旁路，正常时两台整流器同时向两逆变器供电，并向两组电池充电，通过逆变器输出静态开关选择其中一台逆变器向负载供电，两台整流器和逆变器分别互为备用，只有当两台逆变器同时故障时，系统将负载切换至共同静态旁路，由市电继续向负载供电。该方案没有瓶颈故障点，任何一台UPS局部或整体故障，系统仍能继续向负载供电。

2.7善用UPS电源的通讯功能

目前，绝大多数大、中型UPS都具备与微机通讯和程序控制等可操作性能。在微机上安装相应的软件，通过串/并口连接UPS，运行该程序，就可以利用微机与UPS进行通讯。具有信息查询、参数设置、定时设定、自动关机和报警等功能。通过信息查询，可以获取市电输入电压、UPS输出电压、负载利用率、电池容量利用率、机内温度和市电频率等信息；通过参数设置，可以设定UPS基本特性、电池可维持时间和电池用完告警等。通过这些智能化的操作，大大方便了UPS电源及其蓄电池的使用管理。

UPS供配电设计还应考虑市电的电压及频率应稳定在正常范围内，如达不到要求，应在UPS前级配置合适的抗干扰交流稳压电源；电池应尽安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方。电池应立正放置，不可倾斜角度；由于环境温度对电池的影响较大，环境温度过高过低，都会影响电池的使用寿命；不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池组串联在一起；输出的电流波形为准方波会对负载电器造成干扰等方面。

总之，合理的设计广播电视中心的供配电系统，直接决定了机房内设备能否安全、正常运行，在设计时我们既要考虑节省投资,又要考虑系统的可靠性和灵活性，为广播电视安全播出提供有效保障。

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参考文献

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［责任编辑：邓丽丽］