张锋彪

（襄汾县融媒体中心，山西 襄汾 041500）

广播电视台发射机房不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）设备通常采取在线常态运行模式，即逆变器处于正常工作状态时，无论市电是否供电或处于何种供电模式，UPS电源会一直保持工作，并围绕负载端的需求持续输出。当市电处于工作模式时，经滤波后的交流电会通过整流器同步变换成直流电，此后逆变器会根据用电设备的实际需求将稳压直流电转换成稳定、持续的交流电，并直接供应给使用端设备，同时通过充电装置同步给蓄电池组进行持续充电[1]。当市电供能出现异常时，由蓄电池组进行供电。此时，逆变器将稳压的直流电转换为可供使用的交流电，并输出到使用端负载。市电供能异常情况下UPS的基本工作模式如图1所示。

图1 市电供能异常情况下UPS的基本工作模式

根据在线UPS的基本工作原理，当UPS处于正常状态时，市电供电不仅为负载提供可持续电能，而且还同步对UPS的蓄电池组进行正向充电。此时逆变器发挥稳压作用，为负载用电安全提供保证。而当市电断电或异常时，蓄电池组可以无缝衔接为负载供电，保证其整个广播电视台发射台站的正常运行[2]。

UPS的供电机制对整个系统的安全稳定运行起到了重要作用，重点围绕UPS故障展开分析和研究。广播电视台发射机房以“1+1”方式独立设置工作频率为50 Hz/60 Hz的不间断电源，配备160节150 Ah/12 V 蓄电池。备自投（BZT）装置位于高压开关柜内，其维修旁路需要具备自动旁路或手动旁路开关，可以采用先投入后切离的方法实现完全零中断保护。此外，系统测试接口为RS232标准串口。

T时刻，广播电视台发射机房断电。一般情况下，发射机房为了保证市电的稳定供应，会接入两路供配电线路，预警系统通报断电则表明BZT装置没有正常运行或2条供配电线路同时断路。依据计划预案，T+20时刻，技术人员赶赴机房位置，并开始手动检测故障。T+25时刻，技术人员发现备用供电线路正常，手动切换后核心机房恢复供电，整个断电共计时长25 min。经过分析得知，市电断电后的广播电视节目播出系统由UPS进行供电，但蓄电池组实际工作不足1 min[3]。

为了保证电视节目播出的稳定性和可靠性，发射机房通常会设置BZT装置，突发断电情况下能够自动切换备用电源线路，而且基本能够实现同步过渡[4]。机房安装了2套UPS，能够为蓄电池组供电至少60 min，但实际上却不足1 min，由此可知UPS出现了故障。

直接调取后台监控系统的存储数据进行分析，根据UPS预警数据，系统曾多次发出预警信息[5]。第1次警报为旁路能量过载，线路异常；
第2次警报为逆变器无法正常工作，不再具备稳压功能；
第3次警报为UPS系统电压输入-输出出现异常波动；
第4次警报为蓄电池组无法正常充放电；
第5次警报为UPS系统无输出；
第6次警报为UPS系统不工作、直接宕机，远程监控界面显示“系统供电机制熔断”。结合告警信息的总体情况，判断UPS系统蓄电池组工作异常，在市电断电后仅工作48 s便宕机。

检测蓄电池组单块电池的电压，结果如图2所示。考虑到正常条件下，即使因制作技术水平导致电池之间存在细小的性能差异，但是单块电池的电压测试会出现在一个波动区间，不可能出现图2中的“阶梯式”电压数值，因此判断电池中性线连接出现错误。

图2 单块电池的电压测试结果

为了进一步缩小故障排查范围，精准定位故障点，按照UPS系统蓄电池组安装调试指南进行拆解分析，如图3所示。

图3 UPS系统蓄电池组内部连接示例

正常情况下，连接电池间的中位线处应有2根电缆线，一根从第20节电池的负极连接到BCB的N口，另一根则从第21节电池的正极连接到BCB的N口。但是根据现场施工的实际操作，为了节约成本，先将第20节电池与第21节电池级联，然后只使用1根电缆线将电池的中性线直连在第20节电池的负极或第21节电池的正极[6]。此次事故出现的真实原因是操作人员在具体施工时将连接线直接短接在第20节电池的正极，导致单块电池的中位线实际并没有接在整个电池组的中位点上。

在常温工作条件下，依据系统设置参数，蓄电池组的单级平均输出电压能够有效控制在13.47～13.91 V，浮动输出电压能够有效控制在14.09～14.38 V。不间断电源UPS按照额定参数完成转化、供电、蓄电等工作时，单块20节的实际充电电压可以达到265～288 V。当蓄电池组内部连接出现偏差时，单级电池承受的电压可能会瞬间增大，前19节需要承载的实际电压可能达到14.4 V，远远大于平均电压额定上限13.91 V且处于浮动电压的极限值附近，长期过压工作导致电池出现损耗，性能严重下降[7]。

综上所述，此次广播电视台发射机房UPS无法满足持续供电需求的主要原因是其内部蓄电池组的单级电池性能出现急剧恶化，从而导致UPS储能出现问题，无法蓄电并为使用端的多负载供电[8]。

为广播电视台发射机房供电时，不仅需要以UPS作为能源供应基础，而且还应综合考虑所有的能源单元同步响应、融合协同以及综合供电[9]。广播电视台发射机房综合供电如图4所示。

图4 广播电视台发射机房综合供电示例

以UPS作为备份能源供应的核心组件，将市电供应BZT装置、备用供配电线路以及UPS系统按照机房的能源供应计划做好相互配合，以智慧运维思想实现多路供电、分时储电与分区用电，从而确保在任何极端条件下均能实现系统端的能源使用和业务端的正常运行。

当市电在Q时刻发生断电后，BZT装置能够以不足1 s的响应时间转入工作状态，供电线路自动进行切换。Q+1时刻开启备用供配电线路向发射机房供电，在线UPS系统同步启动工作模式，从主机接收供电、逆变器转换到使用端负载用电基本做到零时延，负载无法感知瞬间电流的变化，更不会对业务工作造成影响[10]。完成一系列工作后，UPS蓄电池组转入对电池充电状态。当BZT装置启动后出现突发情况导致无法开启备用线路时，市电不能完成供电任务，使用端的全部负载需要依靠2组UPS系统进行电流转换等动作来完成供电，此时UPS全部转入放电状态，满足负载的用电需求，确保系统的正常运行。

对于广播电视台发射机房的实际工作而言，突发系统断电的情况偶有发生，严重影响系统运行和相关业务的顺利开展，同时容易对机房内多类电子设备造成较大损坏。从UPS可能出现的电池内部连接错误这一故障出发，分析造成单级电池严重损耗进而导致UPS不能有效蓄电和放电的原因，探讨了基于多路供电、分时储电以及分区用电的综合供电方式，利用BZT装置完成系统备用线路的切换，并开启UPS系统运行，基本实现了系统电源切换零时延，满足负载用电需求，值得借鉴。

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