UPS在大型中短波电台的应用分析

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【摘要】本论文主要介绍了ups的分类，UPS在大型中短波电台的实际应用、分析应用中存在的不足以及解决的方案。

【关键词】UPS；中短波；应用；分析

1.前言

UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），不间断电源，通过不间断供电和对供电质量的提升在涉及中短波电台安全播出业务的各个环节均有配置和使用，在确保安全播出工作中发挥着重要的作用，本文以大型中短波电台的实际应用出发，就UPS的分类，实际应用配置、存在的不足、和解决方案进行阐述和分析。

2.UPS的分类

2.1 按功率分。按功率大小可以划分为小功率（60kVA）。

2.2 按供电体系不同分。单相输入单相输出UPS，三相输入单相输出UPS，三相输入三相输出UPS。

2.3 按有无隔离变压器分。高频UPS（无内置隔离变压器），工频UPS（有内置隔离变压器）。

2.4 按电池位置不同分。电池内置式UPS（标准机型），电池外置式UPS（长延时机型）。

2.5 按多机运行方式不同，UPS分为：简单串联热备份UPS，交替串联热备份UPS，并联冗余UPS。

2.6 按工作原理不同，UPS分为：后备式UPS，互动式UPS，在线式UPS，Dalta变换式。

3.UPS在大型中短波电台的配置

国家广电总局62令明确指出：一级播出负荷的发射控制设备和信号源设备应采用UPS供电，UPS电池后备时间应满足设计负荷工作30分钟以上；主备播出设备、双电源播出设备应分别接入不同的供电回路。这就为大型中短波发射台的UPS配置与使用提出了明确的要求，下面就分类介绍一下具体的应用。

3.1 节目传输系统UPS应用分析

3.1.1 中短波电台节目传输系统简介

中短波发射台的节目源一般使用卫星或光缆作为节目信号的传输途径，多数中短波电台建有专门用于节目信号接收、传输、调度的中控机房或节传机房。以使用卫星做为信号源的中短波电台来讲，通常要接收来自C和KU两个不同波段的信号源作为卫星接收机的信号源，两个不同波段的接收机输出信号输出到节目传输四选一模块选择输出一路，输出节目通过音频二分配器输出到主备光端机或者直接通过电缆传输至发射机，整个节目传输系统受节目传输自动控制系统监测和调度。

3.1.2 常见配置方法

1）1台UPS给所有传输设备供电，这个方法明显违背广电总局62号令要求，并且存在单一故障点，如果这台UPS损坏或者误操作，可能使整个播出系统瘫痪。

2）使用多台UPS为节目传输系统供电，主用系统使用一个UPS（多数小于等于2KVA），备用系统使用一个，主备切换、控制和光传输系统使用一个，一般按机柜配备，一个机柜使用一个，这种方案目前使用较多。存在的不足是小型UPS故障率高，稳定性差，内置电池使用寿命有限，容量有限负载过大后满足不了30分钟后备时间的需求。

3）使用一台大容量UPS（一般超过10KVA）输出与该UPS输入同源的市电一起输出到STS（静态切换开关），STS输出到配电柜在给节目传输系统供电，此方法和方法1基本一致，仍然不符合广电总局62号令的要求，仍旧存在单一故障点（STS故障），只是相对方案1来讲，可以应对UPS的检修和突发故障。

4）使用一台大容量UPS（一般超过30KVA）输出到配电柜，通过配电柜的小型断路器（空气开关）给节目传送系统主用设备和双电源设备的主用电源供电。在使用一台小型UPS给节目传送系统的备用设备和双电源设备的备用电源供电。同时除节目传输设备外的其他设备也可以通过其它小型断路器接入主用UPS。

3.2 TSW2500型500KW短波发射机灯丝UPS供电应用

3.2.1 TSW2500型500KW短波发射机对供电的要求

TSW2500型500KW短波发射机是目前世界上最先进的短波发射机之一，机器运行稳定，自动化成度较高，在我国大型短波电台配备较多。此机器的真空电子管灯丝电压对供电要求较高，电子管作为短波发射机的核心部件，价值非常高，所以该发射机的灯丝调压器以及控制保护设备设置很灵敏，当外电波动或瞬间闪动时会造成发射机交流控制器封锁，以及高前、高末灯丝电压低于门限值等告警信息，发射机状态掉到OFF，造成停播。

依据电源的中断时间，TSW2500型500KW短波发射机末级电子管TH576的灯丝状态从黑灯丝加热到全灯丝加热需要最少7秒到最多30分钟不等的时间，这对安全播出是一个极大的威胁。

3.2.2 应对措施

鉴于上述问题可以通过诸如使用无触点稳压柜代替机械补偿稳压柜应对瞬间电压降低问题，修改发射机灯丝电压门限值，改进风水节点信号取样保护电路，在发射机欠压检测器P10后加装失电延时继电器解决主电源故障引起掉灯丝问题，但是综合来看，给灯丝调压器使用UPS供电可以彻底解决因外电波动造成发射机灯丝异态而引起的停播。

3.2.3 具体方案

使用UPS输出给发射机灯丝调压器、PSM控制、宽放电源、TX控制、水导监测、DRM电源、MP1-MP12马达供电，依据测算以上负载在30KVA左右，考虑到系统设计余量和UPS功率因数，UPS设计在60KVA左右，电池一般使用32节12V200AH可以满足30分钟后备时间。

3.3 哈里斯DX600KW中波机供电应用

3.3.1 哈里斯DX600发射机对供电系统的要求

美国哈里斯DX型中波发射机为全固态机，板卡多，电路集成化程度高，自我保护功能完善，工作稳定，效率高，控制电源对稳定的低压外电依赖性较强，外电略有波动在该发射机上就有反应，一旦发射机低压控制电源出现问题就会引发大的停播事故。

近年来以某中波机房为例，该机房所在区域外电供电保障能力弱，外电不稳定，时有波动，从而引发DX600机经常出现“功率单元交流故障、整流柜主交流故障、TCU主交流故障、功放主交流故障、整流柜接触器抖动、发射机重启，有时伴随TCU I/O通讯故障，TCU-PLC死机、变频控制器死机，甚至引发甩PB或整机关断，人工干预重启才能恢复播出，这对安全播出造成了很大的影响。

3.3.2 应对措施和效果

在DX600机三个PB单元低压220V AC电源、TCU低压220V AC电源、CCU低压220V AC电源供电总前端增加一台24KVA在线式UPS（容量测算依据三个PB和TCU，CCU的功率综合负载在10KW左右），安装后达到以下效果：

（1）消除外电供电不稳定而产生的对发射机各低压控制电源、功率模块及其PC板造成的损害；（2）对供电电源中的杂波进行滤波，净化交流电，对PCB板上的电源类半导体器件具有很好的保护作用；（3）消除外电波动对DX型机造成的负面影响，提升中波机的安全播出保障能力。

4.存在的问题

综合上述的应用分析，结合对UPS的维护经验，总结在大型中短波电台UPS配置上存在一下问题。

4.1 重复配置问题

以某一新建500KW短波发射机房为例，就可以发现UPS重复配置问题相当严重。该机房节目传输系统负载200W，配置了一台机架式2KVAUPS安装在节目传输机柜。机房网络和安防监控系统使用了一台机架式2KVA UPS，机房10KV高压配电柜自动化系统使用了一台2KVA UPS，机房转动天线控制系统使用了一台6KVA UPS，机房留守值班室网络和安防监控系统使用了一台机架式2KVA UPS，如果该500KW发射机要解决本文3.2所述问题也要在配置一台60KVA UPS，那么该机房就要使用6台UPS，并且型号各不相同，各个UPS供电系统不能互补，造成重复配置，资源浪费。

4.2 设计不合理问题

以某一机房为例，该机房共有10台工控机和1台服务器，以及3台交换机用于发射机播出控制，总功率4000W，而负责为这些设备供电的是一台APC 5.2KW型UPS，内置12V48AH电源4块。该UPS效率0.8电池容量12V192AH，只能提供大约10分钟的后备时间，与广电总局62号令提出的30分钟时间有很大差距，并且该UPS最大负载在4160W，仅仅大于实际负载160W。该UPS设置不够合理和科学。

4.3 维护跟不上

小型UPS无维护旁路，电池寿命多数在3年，由于各方面的原因，对于小型UPS能做到的仅仅是放电，有的可能连放电都不进行，加上设计的不合理和使用的不合理，造成这些UPS的使用寿命均不长，损坏率较高，同时由于型号各异，备品备件难以保证，为维修和更换来了不便。

5.解决方案设计

鉴于UPS对安全播出中不间断这个要求上的综合重要应用，结合中短波电台的实际情况，设计解决方案如下。

5.1 使用一台UPS集中为所需负载供电

无论新建机房或是现有机房供电改造也好，建议使用一台大型UPS（考虑到检修和系统安全，需要采用三进三出在线式UPS，工频机和高频机均可）为该机房所有需要使用不间断供电的负载供电，UPS使用的市电分别取自机房两路进线的低压配电柜，经过STS后输入到UPS，UPS输出到低压配电柜母线，母线后接不同容量的小型断路器，每个断路器接不同负载，设计图纸参看图1。

5.2 使用2台UPS冗余并机输出

为了追求系统更高的可靠性，还可以采用两台同型号UPS冗余并机输出，两台UPS共同承担负载，设计图纸参看图2。

图1 中短波发射机房单UPS供电系统设计图

图2 中短波发射机房2全UPS冗余并机供电系统设计图

UPS冗余并机需要注意，一是两台并机系统需要形同型号和相同功率，软硬件版本要一致；二是两台机器的旁路输入必须相同，输出连接到一起，主路输入可以取自不同的供电回路，但是主路、旁路以及输出均需保证相序的正确和一致；三是并机的UPS单机负载使用率不能高于45%，防止单台UPS故障后，另一台UPS承担的全部负载超过单台UPS的负载。

5.3 UPS的设计容量计算

UPS容量×功率因数=实际负载，如果知道实际功率，用实际功率除以功率因数，就是你所选择的最小的UPS容量。例：8KW的负载，至少需要配置功率因数为0.8的UPS的容量为10KVA。一般情况下，工频UPS的功率因数为0.8，高频UPS的功率因数是0.9。为了充分考虑用电系统的扩容需求，一般至少考虑20%的设计余量。

5.4 UPS电池数量计算

UPS电池数量的计算可参考如下公式：

根据上述公式计算电池数量的前提条件是UPS的直流电压和所选电池的规格容量。6KVA以下的UPS直流电压一般是48V或96V，6KVA到20KVA，一般为192V、240V；20KVA以上，一般为384V。

一般情况下UPS的电池都需要成组工作，数量是每组的整数倍。

6.结论

UPS在大型中短波电台应用众多，作用明显，合理的配置可以减少外电波动对安全播出的影响，使用大型UPS为确保安全播出的低压供电设备集中供电，可以减少重复的投资，增加供电可靠性，希望引起中短波电台技术维护人员和设计单位的重视。

作者简介：刘铭（1983—），男，河南方城人，大学本科，工程师，主要从事广播电视节目传输工作，研究方向：广播电视节目传输。