黄 斌
（重庆三峡融媒体中心，重庆 万州 400014）
随着计算机应用系统对电源的要求越来越高，不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）日益受到重视，并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰以及防电压浪涌等功能的电力保护系统。尤其是在电网的线路及供电质量不太高、抗干扰技术落后，同时计算机系统对电源的要求又比较高的情况下，UPS的作用就更加明显。
UPS电源系统是供配电系统的重要组成部分，可在市电输入中断时保证其所带负载的供电不间断，以维持技术系统的正常运转，同时在市电输入正常时具有整流、净化市电的作用，能使供电输出相对更加稳定[1]。
UPS是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备[2-4]。UPS的基本技术原理如图1所示。
图1 UPS基本原理示意图
UPS电源系统的规划建设需要综合考虑系统性能、建设成本及后期维护等多方面因素，才能达到好用、实用、耐用的效果。本文将结合改造实际中的相关问题进行阐述。
重庆融媒体中心原有的UPS电源系统采用两台塔式三进单出的40 kVA的UPS主机，分别配置3组蓄电池组，每组40只电池，外部电源接入不同回路的市电线路。虽然电池组于2016年进行过整体更换，但整套电源系统经过10余年的运行，老化日益严重，故障频发。因此，UPS电源系统的改造势在必行。
重庆融媒体中心UPS电源系统改造项目分为二期。一期新增了200 kW的柴油发电机和ATS自动倒换开关，配置了1台EA66160三进三出的160 kVA的在线双变换式模块化UPS主机（可满配8块20 kVA的功率模块，本项目实际配置4块）；
二期配置了同一厂家的EA66100（100 kVA）三进三出模块化UPS主机（可满配5块20 kVA的功率模块，实际配置3块，含从160 kVA模块化UPS主机迁移的1块），构成具备扩容能力的在用60 kVA独立的双机系统。系统设备连接如图2所示。
图2 UPS电源系统设备连接示意图
以国内目前融媒体中心的普遍配置情况来看，需要接入UPS电源的负载主要包括广播直播间、广播电视节目编排和播出、报刊编排、节目制作后台及部分制作工作站等技术系统。主要设备大致分为两类，一类是服务器、存储器、网络交换机及计算机等，另一类是调音台、节目播出周边及信号接收传输等设备。上述设备内部电源大多采用开关电源，而在以开关电源作负载时，一般UPS的功率因数仅为0.65左右。
重庆融媒体中心原有两台塔式UPS主机的输出电流的测试数据共计160 A左右。考虑到未来融媒体中心功能模块及技术系统需不断迭代，伴随着大量新设备的增加，因此，在进行重庆融媒体“中央厨房”技术系统项目建设过程中，经估算硬件设备总功率为45 kW左右，按照0.7左右的功率因数折算为视在功率应为65 kVA，也就是本次UPS电源系统改造的负载容量。考虑到实际情况，除计算机外，大部分设备为双电源，其中对于广播电视节目播出通路的相关设备，明确规定必须接入不同的UPS回路。经过对融媒体中心UPS电源负载的现有技术系统的工作时段分析，报刊编排及制作工作站一般仅在白天使用，晚上19点之后下班停机，相应的负载量减少3～4 kVA。
UPS主机的选型需使用知名品牌、提供有效检测报告、售后服务能力有保障的正规厂家产品，必须根据行业规范的技术参数对照检查。目前，主流厂家推出了在线双变换式的UPS主机，支持模块热插拔，采用全数字化控制技术，具备智能化管理功能，其实质就是相同功率的模块N+X并联冗余，当某块模块故障，可进行热更换而不影响正常工作。在功率容量方面，本次改造项目确定5+1块（1为冷备）20 kVA的功率模块，虽然目前也有智能管理的功率模块可实现智能休眠，但根据投入运行后负载量，在晚上非上班时段测到的功率减少仅有3～4 kVA，因此在后期维护时，项目采用定期、手动方式进行1块冷备功率模块在该机框轮换插拔，实现功率模块的轮换接入使用，达到在用与冷备模块同步使用同步老化的目的。
项目针对UPS电源的冗余方式采用2N双总线系统。两台UPS主机独立运行，分别输入至双电源设备和节目播出主备通路的字幕机、播控机等单电源设备，其余设备则按UPS电源输出三相均衡调配供电。改造项目建设过程中，考虑到未来融媒体中心新设备的增添，在首期选用160 kVA的模块化UPS主机时，规划增加了功率模块，可扩容至100 kVA或更大容量。考虑到单点故障问题，二期项目根据广播电视安全播出的要求以及UPS主机、供电输出线路的备份等需求进行综合考虑，最终确定再配备1台UPS主机，形成独立的双机运行系统。
蓄电池组的后备时间决定了电池组容量，进而很大程度上影响整个UPS电源系统的经济性[5]。鉴于本次融媒体中心改造项目在配备了柴油发电机的基本保障下，确定后备时间为2个小时，改造时根据蓄电池组内阻分析仪测试结果，暂时利旧原两组40只×3组的蓄电池组。
蓄电池组容量×电压/主机额定功率×0.75（功率因数）=满载时蓄电池工作时间。以目前融媒体中心UPS主机（60 kVA的额定工作功率）为例计算，40块×3组=120块蓄电池，额定放电电压12 V，容量100 Ah。系统满载时，蓄电池组工作时间为100 Ah×3组×40块×12 V/60 000 W×0.75=3.2 h。改造完成之后，2台UPS主机的视在功率分别为32 kVA和23 kVA。如果以实际负载功率计算则可达4.5 h。经过实际放电测试，视在功率为32 kVA的蓄电池组，放电2.5 h后电压达230 V左右，说明利旧电池组完全满足要求。
UPS电源系统改造投用1年多以来，性能可靠，运行稳定。在此期间，逐渐出现不少内阻增大、浮充电压升高达14 V的蓄电池。结合电池组使用年限已达6年的情况，维护人员陆续更换了近20节电池。近期，将更换3组100 Ah×32块×12 V的全新蓄电池组，其中2组接入视在功率为32 kVA的UPS主机，另1组接入23 kVA的UPS主机。与此同时，调整UPS电源负载的部分输出线路，将UPS主机的视在功率分别调整为36 kVA和19 kVA左右，与新配蓄电池组的工作时间匹配。这样，最大化利用了原有蓄电池，在节约成本的同时又使供电得到保障。
根据相关资料，UPS电源系统的维护工作主要集中在蓄电池组部分[6]。模块化UPS主机配备了远程监测智能管理软件，可实时读取UPS的输入输出电压、电流及负载等状态参数值。本次改造还安装了蓄电池在线监测系统，实时采集电池组的总电压、电流、温度等参数，监测每只电池的内阻、电压、温度，为检测、维护蓄电池组提供了准确的科学依据。
为保证UPS电源系统的正常运行，除做好电源主机等系统的日常定期实地巡查和监测系统管理外，特别要注意蓄电池组的维护性放电，防止电池深度放电。在放电过程中，通常使其放电容量达到其额定容量的50%就要停止放电，以免影响循环使用寿命。在蓄电池放电维护的时候也可以使用UPS主机的自检功能，设置放电时间，无需断开市电开关，当主机检测到蓄电池低压时自动转为市电模式，这样极大地避免掉电风险。
本文以重庆融媒体中心UPS电源系统改造总体方案为例，介绍UPS电源系统改造的技术路线、设备需求，对比分析了改造效果，提出了UPS电源系统的维护注意事项，对我国广大融媒体中心的UPS电源系统改造有一定参考价值。
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