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1、广电大楼UPS供配电系统的设计和改造南京广播电视集团 沈宝根摘 要：现在广电设备对UPS电源的需求越来越高，本文从可靠性、安全性等方面论述对UPS供配电系统的设计，通过对南京广电集团演播中心大楼UPS供配电系统设计和改造的介绍，希望对兄弟台的建设设计和改造有所启发。关键词：广电大楼 UPS 供配电 设计 改造随着数字化、网络化的迅猛发展，广电大楼内的广播电视制播设备也会不断的增加和更新，广电设备对电源的要求越来越高，许多广播电视专用设备已没有电源开关，更要求24小时不间断供电，对电源的要求是电压稳定、无杂波干扰、方便接入还要方便管理。UPS电源是用来对负载进行断电保护的关键设备，对于断电保护，
2、针对不同的负载应用，又有两种类型：一种是普通的电脑类设备，当断电发生时，UPS电源需要为负载提供几分钟到十几分钟的后备供电时间。在这段后备时间之内，负载设备会进行数据存储等动作以防数据丢失，之后负载就会关机。在UPS达到后备时间之后负载仍然会断电，但这不会导致经济损失。另外一种是在广播电视播出和制作的场合，对电源的要求就是真正的不断电，系统必须提供全天候的连续供电。本文对可靠性的讨论就是针对这种情况，根据本人的工作实际，谈些对广电大楼内UPS供配电系统设计、改造的体会，供参考。1、广电大楼UPS电源系统的可靠性UPS电源系统的可靠性通常可以使用MTBF（平均故障间隔时间，或者平均无故障工作时间
3、，以小时表示）来表示，或还有一个更加容易理解的指标故障率。和MTBF成反比关系，也就是=8760/MTBF。因此MTBF越长，则年故障率越低。 广电大楼一般会采用双机冗余并联的供电方式。原因是这种方式的可靠性很高，而且已为实践所证明。双机冗余并联一般习惯称为1+1冗余方式，意思是说实际负载量小于其中一台的容量，即备用量是100%。目前也有的声称不同容量的UPS也可并联，但实际意义不大。一般冗余并联的UPS都是用容量和同规格的，当然也是同一厂家的。不同容量的UPS并联只可做增容用。2、广电大楼UPS系统供电设计UPS可以向负载提供稳压精度高、稳频、波形失真度小的高质量电源，并且在与静态旁路切换时
4、可以做到供电无间断。所以它的前级供电质量不容忽视，我们在设计广电大楼前级供电系统时，应考虑以下几个方面：l 前级供电系统电源质量不能太差，电压及频率应稳定在正常范围。一般地讲，大容量UPS主机输入电压范围应为380V15%。电压过低，将使UPS备电池频繁放电，最终因长期处于欠压充电状态而大大缩短它的使用寿命，相反，电压过高，则易引起逆变器损坏。对于旁路输入，其电压和频率波动也有一定的范围，一般为额定电压10%，额定频率15%，如果前级电源变化范围过大，就会导致逆变器和旁路电源之间的切换被禁止或有间断。l 前级供电系统中不应当带有频繁启动和会产生高次谐波的负载，比如经常使用的电梯，频繁开启的空调
5、或演播室调光立柜等。原因是在这些负载开、关机时会出现瞬间高低压，使供电线路上电压波形失真度过大，造成UPS市电旁路供电与逆变器供电转换控制电路误动作，进而引起同步控制电路故障。所以最好将UPS电源尽可能接于电网输入的前端，采用专用工艺变压器。l 前级供电系统中的交流发电机组容量应适当放大。有的广电大楼备有发电机组，以解决较长时间停电难以供电问题。但在配置发电机组时，其容量应考虑不少于UPS电源额定输出功率的1.5-2倍，以保证发电机输出电压、频率正常，并改善其波形失真度。有许多广电大楼，出于可靠性的目的采用了双市电供电方案。至于双市电供电线路如何与UPS连接，各用户却有着自己的方案。有两路市电
6、接入同一台UPS的， 也有并联冗余的两台UPS各接一路市电变压器的，这两种UPS接入方式均存在缺点，会发生令人意想不到的故障。最通用可靠的方式是两路市电互投为一路后再供给UPS，这样将两路市电互投为一路后就满足了一主一备的初衷，比如开始用市电1，市电1故障后就切换到市电2继续供电。在市电切换中的间隔断电时间里由UPS的电池组放电来填补。这样一来，后面的负载就“全天候”地处在UPS的保护之下，同时也满足了一般UPS整流器输入端和旁路（Bypass）都接到同一输入端的原始设计，省去了好多麻烦。为了确保广电大楼制作播出的安全，要求两路电源进线是来自两个不同的变电所，如果条件许可还可以增加自发电设备的
7、接入，这样就更可靠地保证了UPS电源的输入。UPS输入电源应主用专用工艺变压器，以防止有谐波干扰的电源输入影响UPS设备的正常运行。如下示意图：3、广电大楼UPS配电安全和运行环境设计3.1、负载应平衡用电，三相用电的功率分配应尽量分配平衡，如相差过大会造成中性线（零线）电流过大及零对地电压偏高，会造成机器运行的不安全甚至引发火灾事故！对广播电视的精密负载会造成损害，甚至直接的损坏！3.2、配线采用TNS三相五线制。输入电缆、开关载流量，按UPS过载150%的1.3倍选择。输出电缆、开关载流量，按UPS过载150%的1.1倍选择。零线的配线：输入、输出分离，不能和地线共用，零线回路不得接断路器
8、或保险丝。3.3、执行TNS零地原则：建筑防雷地不得和设备保护地共用，地线回路不得接断路器或保险丝，地线不得替代零线使用。且所有连接必须采取硬连接方式。3.4、集中放置的UPS输出到各楼层终端负载的距离一般比较远，可采用规格大些的母线接到各楼层配电间，减小线路电压降。3.5、广电大楼的演播室灯光应接专用变压器，避免有谐波干扰其他设备的正常运行。3.6、UPS不能置于潮湿、肮脏、无空气对流的环境中，最好能置于专用机房，良好的运行环境（如少灰尘、合适的环境温度、湿度等）可大大延长机器设备的使用寿命。主机对环境温度要求不算太高，可以工作在0-40范围，但UPS蓄电池对环境温度要求较高，UPS蓄电池要
9、求的标准环境温度为25，最好不要超出15-30范围。蓄电池可供使用的容量和使用寿命都与环境温度密切相关，如果环境温度太低，会使蓄电池容量下降，环境温度每下降1，其容量大约下降1%。如果长期在高温环境下使用，环境温度每升高10，电池的寿命会减少一半，所以大楼内的UPS应集中放置，这样既便于空调的配置，也方便UPS设备的日常运行管理。4、南京广电集团演播中心大楼UPS系统设计、改造案例4.1、原有UPS供配电系统设计南京广电集团演播中心大楼建成启用时，工艺用电主要采用集中式UPS配电方式，由于电源采用两路来自不同变电站的高压电，所以没配置柴油发电机组，演播中心大楼建成启用时配置了两台克劳瑞德160
10、KVA UPS（冗余并联）放置于负二层配电房附近的UPS专用机房，供整幢大楼工艺用电。还配置两台西门子60KVA UPS（冗余并联），放置于大楼十三层，专供十三层（为播出部备播、录制中心和办公网络机房）、十二层（为播出部播控中心）、十一层（为原新闻中心），与两台克劳瑞德160KVA UPS互为主备。在十三层输入柜内还增加了一个手动切换装置，在市电全部停止且两台60KVA UPS供电不能支持时,转换至两台160KVA UPS供电。4.2、UPS系统改造 以上系统运行多年来稳定、可靠。但随着广电集团体制机制的不断变化，演播中心大楼内增加了大量新设备，原有的两台西门子60KVA UPS负荷常常处于满
11、载状态。一旦两台设备中任一台发生故障，另一台机器就会发出过载报警，对播出安全构成很大威胁，而且这两台西门子60KVA UPS放置在十三层，远离配电值班室（位于负二楼），管理不太方便。有鉴于此，决定新购置两台梅兰日兰120KVA UPS（冗余并联）更替原有两台西门子60KVA UPS，与两台克劳瑞德160KVA UPS（冗余并联）共置于负二层UPS机房。机房内新配置了两台精密空调，确保四台主机和电池运行环境良好。 4.3、播出负载改造 2011年，有国内广播电视台因供电系统故障发生严重的电视节目播出事故，南京广电集团播出部根据现有安全播出的状况和总局关于广播电视安全播出管理规定（总局令第62号）
12、，对所辖各系统供配电情况进行详细排查，特别对UPS供电系统和屏幕墙供电系统进行改造，提高UPS供电系统可靠性，总控屏幕墙供电系统也由原有UPS负载供电模式改为脱离UPS的供电模式，并单独设立空气开关，从而有效避免因LCD屏幕墙耗电波动大对UPS供电系统的影响，在提高系统运行可靠性的同时，也一定程度减轻了UPS供电系统负载，延长了应急情况下UPS供电系统对播出关键设备的供电支持时间，提高了电视节目安全播出保险系数。 4.4、全媒体新闻中心工艺用电设计、建设 2011年集团根据事业发展需要，在演播中心二楼原600平米演播厅处改建了1600平米融合式全媒体新闻中心。系统设备的工艺用电也采用主、备 UPS供电方式，两台克劳瑞德160KVA UPS冗余并联输出后做为主工艺用电，将原放置在十三楼的两台西门子60KVA UPS迁至三楼小配电间，冗余并联输出后做为备工艺用电。新闻中心主用灯光接一台10KVA UPS输出。 系统示意图： 随着时间的推移和技术的发展，许多广电大楼建设时设计的UPS供配电系统在日后的使用中往往会出现一些问题，或使用的容量不够了，或是管理起来存在不便等。只有通过对原有UPS供配电系统加以合理的改造，才能满足我们对广电大楼UPS电源系统的使用和管理要求，广播电视的制作、播出安全才能得到最基本的保障。 2014年8月16日6
广电大楼UPS供配电系统的设计和改造
