廣播電視中心供配電設(shè)計(jì).doc

廣播電視中心供配電設(shè)計(jì) 李西亮李昂 （.鄲城縣廣播電視臺(tái)廣播中心，河南鄲城477150； 2.鄲城縣有線電視臺(tái)，河南鄲城477150） 【摘要】廣播電視安全播出要求保障電力不間斷供應(yīng)，通過外部電源和自備電源提出了縣級(jí)廣播電視中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)分析了UPS不間斷電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮的幾個(gè)方面。 關(guān)鍵詞廣播電視中心；安全播出；外部電源；ups電源 隨著廣播電視事業(yè)的不斷發(fā)展，廣播電視的節(jié)目量、播出時(shí)長(zhǎng)不斷增加，要求對(duì)播出系統(tǒng)提供持續(xù)不間斷的供電。同時(shí)，播出系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化也對(duì)供電的質(zhì)量提出了較高要求。但是，伴隨著廣播電視中心技術(shù)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用電負(fù)荷急劇增加，供配電保障的風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。xx年初，在國家廣電總局實(shí)施的全國性安全播出大檢查中，檢查出的供配電系統(tǒng)問題占所有系統(tǒng)問題總數(shù)的74%，而在xx年全國廣播電視604起事故中，因供配電系統(tǒng)問題引發(fā)的事故有483起，占事故總量的80%，可見供配電系統(tǒng)成為影響廣播電視節(jié)目安全播出的主要因素。并且電網(wǎng)存在的電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、噪聲電壓、過壓、欠壓、電源中斷等污染和干擾始終威脅著設(shè)備的運(yùn)行安全。如何提高廣播電視中心的供配電、減少或避免停電事故，是關(guān)系到廣播電視信號(hào)能否安全優(yōu)質(zhì)傳輸?shù)闹匾獑栴}。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)合理、安全的供配電系統(tǒng)是一個(gè)重要的問題。以下就淺談一下廣播電視中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 1外部電源設(shè)計(jì) 對(duì)于安全播出保障等級(jí)為三級(jí)的縣級(jí)廣播電視中心來說，至少應(yīng)設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立低壓供電回路。在配置中需要注意以下幾點(diǎn)： 1）宜選用等容量的兩臺(tái)變壓器互為主備，每臺(tái)變壓器的容量能滿足全中心負(fù)荷的用電要求。兩臺(tái)變壓器分別接入兩段低壓母線，分別為主備兩路播出負(fù)荷供電。兩段低壓母線以低壓母線開關(guān)相連，并具備自動(dòng)或手動(dòng)切換功能。 ）有條件的三級(jí)廣播電視中心配置工藝變壓器。采用工藝變壓器是為了防止因動(dòng)力設(shè)備的故障引起的停電和動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的干擾，保證工藝電源的質(zhì)量。 ）如果只有一路外電，建議設(shè)置主備兩臺(tái)變壓器，并在低壓二段母線設(shè)置自備電源的接入開關(guān)，將自備電源接入低壓母線。自發(fā)電的相序應(yīng)經(jīng)過校驗(yàn)，并定期攜帶負(fù)荷進(jìn)行試運(yùn)行。自發(fā)電時(shí)，應(yīng)斷掉與播出機(jī)房應(yīng)急照明無關(guān)的負(fù)荷。 ）應(yīng)將系統(tǒng)中主備用設(shè)備或雙電源設(shè)備分別接入兩組低壓供電母線，以防止因負(fù)荷端過流跳閘造成全部設(shè)備停播。 我局的廣播電視中心和有線廣播電視網(wǎng)前端，已從原來縣城中心的兩個(gè)辦公場(chǎng)所整合搬遷到新的廣播電視大樓，負(fù)責(zé)全縣廣播電視節(jié)目信號(hào)接收、集成和控制。由于新辦公大樓地處城鄉(xiāng)結(jié)合部，外電屬于農(nóng)業(yè)用電，穩(wěn)定性較差，停電現(xiàn)象較多，加上工作人員離辦公新址較遠(yuǎn)，導(dǎo)致?lián)屝迺r(shí)間較長(zhǎng)，搬遷過來僅半年已發(fā)生幾次外電中斷，盡管廣播電視中心配備有UPS不間斷電源，但由于容量所限，對(duì)安全播出造成了較大威脅。由于和供電部門及時(shí)協(xié)調(diào)，才沒有造成信號(hào)中斷的安全播出事故。為了滿足三級(jí)安全播出保障。我局和供電部門達(dá)成應(yīng)急供電協(xié)議(包括安全播出重要保障期間提前做好發(fā)電機(jī)支持）的基礎(chǔ)上并向供電部門提出申請(qǐng)，要求增加一路與目前不同的高壓供電線路來保障外電供應(yīng)的可靠性。 2自備電源的設(shè)計(jì) 如果市電突然停電，且沒有其它后備電源持續(xù)供電時(shí)，廣播電視中心的電子設(shè)備由于沒有電力供應(yīng)可能產(chǎn)生硬件損壞、系統(tǒng)中斷運(yùn)行、數(shù)據(jù)丟失、甚至系統(tǒng)崩潰等后果。因此，廣播電視中心必須設(shè)計(jì)配備符合要求的健康的自備電源。而UPS電源是目前廣播電視領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的自備電源。外電斷電及所送的電源質(zhì)量達(dá)不到要求的，廣播電視中心必須配備UPS不間斷電源，那么，應(yīng)用設(shè)計(jì)UPS不間斷電源要注意哪些方面呢？ 2.1UPS應(yīng)該解決哪些問題 UPS是不間斷電源，當(dāng)停電時(shí)能夠接替市電持續(xù)供應(yīng)電力，它的動(dòng)力電池組，由于電子元器件反應(yīng)速度快，停電的瞬間在4-8毫秒內(nèi)或無中斷時(shí)間下繼續(xù)供應(yīng)電力。同時(shí)還應(yīng)該具有以下功能：停電保護(hù)、高低電壓保護(hù)、波形失真處理、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、抑制噪聲、突波保護(hù)、瞬時(shí)響應(yīng)保護(hù)以及能夠監(jiān)控電源。 2.2UPS類型的選擇 UPS作為一個(gè)完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，包括濾波器、整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)、手動(dòng)維修旁路開關(guān)及電池組。按其設(shè)計(jì)原理與工作方式可分為離線式UPS、在線式UPS、在線互動(dòng)式UPS。離線式UPS電源一般在正常狀態(tài)下電流會(huì)走旁路直接將電力供給負(fù)載，UPS電源在正常狀態(tài)下處于充電狀態(tài)，而一旦出現(xiàn)電路故障造成停電的狀況時(shí)，UPS電源的直流電將在逆變器緊急工作的狀態(tài)下被轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娸敵?。離線式UPS電源存在著供電質(zhì)量較差、需要一定的電源切換時(shí)間、輸出的電流波形為準(zhǔn)方波，會(huì)對(duì)負(fù)載造成干擾等缺點(diǎn)。在線式UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量向負(fù)載提供交流電，保證無間斷輸出。在線UPS有極寬的輸入電壓范圍，無切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，適合對(duì)電源要求較高的設(shè)備使用。廣播電視中心應(yīng)采用在線式UPS系統(tǒng)。在線互動(dòng)式UPS以網(wǎng)絡(luò)使用為主，它結(jié)合了離線式效率高和在線式供電質(zhì)量高的特點(diǎn)，與離線式UPS相比切換時(shí)間短，但在線互動(dòng)式UPS電源存在著穩(wěn)頻特性不夠好，充電器的充電效果一般，不適合做廣播電視系統(tǒng)中長(zhǎng)延時(shí)的不間斷電源。 2.3UPS的集中式與分散式配備方式選擇 UPS不間斷電源供電有兩種方式：一種是集中式供電，另一種是分散式供電。集中式供電需采用大功率的在線式UPS，其輸出是正弦波，效果最佳。如果設(shè)備之間距離較遠(yuǎn)，還需要單獨(dú)鋪設(shè)線纜，雖然便于管理，但成本較高，如果UPS系統(tǒng)異常，容易引起大面積停電事故。分散式供電使用小功率的在線式UPS，分別對(duì)各個(gè)機(jī)器進(jìn)行供電，分散供電的好處是分散風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)因?yàn)橐慌_(tái)UPS供電異常而造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置，不便管理，而且布線不易規(guī)劃。 2.4UPS的容量的確定 根據(jù)負(fù)載容量及性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)腢PS，既可保證UPS的供電質(zhì)量，降低故障率，有可節(jié)省投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。主要考慮幾個(gè)因素： 2.4.1負(fù)載性質(zhì)對(duì)UPS輸出功率的影響 當(dāng)前大部分UPS生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品說明書中所給的輸出功率都是指功率因數(shù)為0.8時(shí)的值，而實(shí)際UPS電源可帶的負(fù)載量與負(fù)載功率因數(shù)密切相關(guān)的，對(duì)不同的負(fù)載功率因數(shù)要進(jìn)行功率折算。 2.4.2UPS容量對(duì)負(fù)載不宜過大或過小 過大使電池組可能產(chǎn)生深度放電，使電池組永久性損壞，過小使其輸出波形將發(fā)生畸變，易造成逆變器損壞。 2.4.3對(duì)于負(fù)載不斷增加，UPS需要擴(kuò)容的，可采用UPS在線并機(jī)擴(kuò)容和模塊化UPS實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容 目前中、大功率段UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能，只要規(guī)劃時(shí)在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開關(guān)，并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間，即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能；模塊化UPS已經(jīng)開始應(yīng)用，模塊化UPS特點(diǎn)主要包括：可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余比較劃算。 2.5UPS的工作時(shí)間 不間斷電源工作時(shí)間因各單位具體情況不同而不同，負(fù)載功率確定后主要取決于后備電池。UPS電源系統(tǒng)在檢測(cè)到外電中斷后，自行啟動(dòng)供電，隨著電池慢慢放電，電源的余量逐漸降低。但應(yīng)保障電池電量下降到50%時(shí)為止，這主要是考慮到它壽命終止時(shí)還應(yīng)保留一定余量，此工作時(shí)間要大于外電恢復(fù)或發(fā)電機(jī)正常供電所需時(shí)間，如時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)配置外接的電池組，但此時(shí)還應(yīng)考慮內(nèi)部UPS整流器有能力對(duì)外接電池組進(jìn)行充電，否則，應(yīng)配備外接充電器。同時(shí)，因電池工作電流很大，要選用容量足夠的多股銅芯線或鋁線，以降低電源連接配線損耗對(duì)UPS工作時(shí)間的影響。 2.6通過冗余方式增加可靠性 為了提高UPS供電的可靠性，可采用多種UPS冗余連接方式，各種方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮方案時(shí)要根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況，選擇合適的模式。當(dāng)前冗余連接方式大概有以下幾種： 2.6.1雙機(jī)主從式熱備份 將作為從機(jī)的UPS1輸出接到另一臺(tái)作為主機(jī)的UPS2旁路輸入，正常運(yùn)行時(shí)由UPS2供電，UPS1作為備份。當(dāng)UPS2故障時(shí)負(fù)載切換至UPS2旁路，由UPS1承擔(dān)負(fù)載供給任務(wù)。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制簡(jiǎn)單，但存在以下缺點(diǎn)：主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，而從機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，兩級(jí)的元件老化不均勻；在從機(jī)的供電狀態(tài)下，主機(jī)靜態(tài)旁路故障時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)供電失?。幌到y(tǒng)負(fù)載不能超過單機(jī)容量且以后無法擴(kuò)容。 2.6.2功率均分并聯(lián)備份 該系統(tǒng)將兩臺(tái)或多臺(tái)逆變UPS單元并聯(lián)運(yùn)行，正常時(shí)兩臺(tái)（或多臺(tái)）逆變器同時(shí)向負(fù)載均分供電，當(dāng)其中一臺(tái)故障時(shí)，該UPS從系統(tǒng)中脫離，由剩余逆變器按新的份額重新供電。此種方式目前有兩種結(jié)構(gòu)，一種是UPS通過外加并機(jī)柜方式并聯(lián)，并機(jī)柜提供同步及多機(jī)均流控制，同時(shí)提供并聯(lián)系統(tǒng)的總靜態(tài)旁路；另一種是在每臺(tái)UPS內(nèi)安裝一套邏輯控制板，控制各臺(tái)機(jī)器的同步及均流輸出。此方案的優(yōu)點(diǎn)是宜于擴(kuò)容，通過冗余備份提高供電可靠性，但也存在缺點(diǎn)：（a)采用并機(jī)柜方式的，并機(jī)柜成為系統(tǒng)的公共瓶頸點(diǎn)，一旦它內(nèi)部失控或故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電失敗。（b)由于各臺(tái)UPS輸出量參數(shù)難以保持完全一致，導(dǎo)致各UPS在向負(fù)載供電同時(shí)，還在內(nèi)部UPS的逆變器間形成環(huán)流，當(dāng)環(huán)流過大，將直接危及逆變器安全。 2.6.3并聯(lián)熱備份 該系統(tǒng)將兩臺(tái)UPS的電池組輸入，整流器輸出及逆變器輸出并聯(lián)，并共用旁路，正常時(shí)兩臺(tái)整流器同時(shí)向兩逆變器供電，并向兩組電池充電，通過逆變器輸出靜態(tài)開關(guān)選擇其中一臺(tái)逆變器向負(fù)載供電，兩臺(tái)整流器和逆變器分別互為備用，只有當(dāng)兩臺(tái)逆變器同時(shí)故障時(shí)，系統(tǒng)將負(fù)載切換至共同靜態(tài)旁路，由市電繼續(xù)向負(fù)載供電。該方案沒有瓶頸故障點(diǎn)，任何一臺(tái)UPS局部或整體故障，系統(tǒng)仍能繼續(xù)向負(fù)載供電。 2.7善用UPS電源的通訊功能 目前，絕大多數(shù)大、中型UPS都具備與微機(jī)通訊和程序控制等可操作性能。在微機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件，通過串/并口連接UPS，運(yùn)行該程序，就可以利用微機(jī)與UPS進(jìn)行通訊。具有信息查詢、參數(shù)設(shè)置、定時(shí)設(shè)定、自動(dòng)關(guān)機(jī)和報(bào)警等功能。通過信息查詢，可以獲取市電輸入電壓、UPS輸出電壓、負(fù)載利用率、電池容量利用率、機(jī)內(nèi)溫度和市電頻率等信息；通過參數(shù)設(shè)置，可以設(shè)定UPS基本特性、電池可維持時(shí)間和電池用完告警等。通過這些智能化的操作，大大方便了UPS電源及其蓄電池的使用管理。 UPS供配電設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮市電的電壓及頻率應(yīng)穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，如達(dá)不到要求，應(yīng)在UPS前級(jí)配置合適的抗干擾交流穩(wěn)壓電源；電池應(yīng)盡安裝在清潔、陰涼、通風(fēng)、干燥的地方。電池應(yīng)立正放置，不可傾斜角度；由于環(huán)境溫度對(duì)電池的影響較大，環(huán)境溫度過高過低，都會(huì)影響電池的使用壽命；不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池組串聯(lián)在一起；輸出的電流波形為準(zhǔn)方波會(huì)對(duì)負(fù)載電器造成干擾等方面。 總之，合理的設(shè)計(jì)廣播電視中心的供配電系統(tǒng)，直接