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【摘要】在播出系统安装了大功率UPS电源后，在其输入端一旦发生停电、缺相和相序错误之一的故障时，在第一时间发出声光告警，避免了发生这类故障后而未即时发现，从而导致UPS电池电量使用完毕后造成供电中断引起的停播，确保广播电视的安全播出。
【关键】词相量;停电;缺相;相序;声光告警
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.03..026
1. 概述
为广播电视的安全播出工作，根据《广播电视安全播出管理规定》（62号令）无线发射转播台实施细则第十四条电力和环境监测的规定，“一级应建立供配电及环境的监测管理系统，对供配电系统工作状态、关键参数，机房环境的温度、湿度等数据集中监测，具备异态声光报警、监测数据自动记录以及网络化传输等功能”的要求，我台仍需对电力监测方面进行系统的改造。
我台电力系统为单回路供电，已完成对电力系统的工作状态、关键参数、数据监测、自动记录的监测功能，并且具备监测客户端（监测PC机）参数异常告警功能，但该告警功能受计算机系统控制，难免因计算机系统故障而失效。特别是在播出系统安装了大功率UPS电源后，在其输入端一旦发生停电、缺相和相序错误之一的故障时，计算机控制系统同时又发生故障而失效，此时大功率UPS电源自动切换为电池为播出系统供电，当电池放电超出设计时间后随时会对播出系统停止供电从而造成停播。
2. 设计方案
实施该项目可为我台在电力系统监测上扣上双保险，当外部供电异常时及时告警，告警方式为声光告警。该项目弥补计算机告警系统的数据传输异常导致误报、数据传输延时导致延报、计算机系统故障导致告警失效等问题。
2.1设计原则
该项目能在外电出现断电、缺相、相序错误时安全可靠及时的发出告警，并且在要求范围内让人员明显感知。
该项目应杜绝对外供电的误报、延报等问题，建立维护方案保证该项目实施长期有效。
系统主机为标准机柜2U设备机箱，检测与控制电路和告警电路电源分开，采用不同的电源工作。检测与控制电路电源采用市电，告警电路采用UPS电源工作。
2.2、系统原理
《发射机房停电、缺相和相序错误告警系统的设计、安装与调试》项目技术系统包括取样电路、检测电路、告警电路三部分，实现了三相交流电发生停电、缺相和相序错误的告警功能。
2.3取样电路
取样电路采用专用取样线，从发射机房供电输入端按三相四线制取样，取样线序按A、B、C、N依次连接将电信号送至检测电路。
2.4检测与控制电路
三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电组成的电源。
图一可以看出，由电阻R1、R2、R3、电容C1和氖泡NB组成三相交流电相序检测电路。由于C1的移相作用，当电源按图中A、B、C相序接入时，氖泡发光，而逆相序如A、C、B接入时，氖泡则不亮。为什么电阻R1、R2、R3、电容C1和氖泡NB组成三相交流电相序检测电路中，当相序接反时NB不会发亮？图一电路中有三相电流IA、IB、IC，三相电流可以定性地作出对应的相量图，三相电流两两间相位差为120°。由电路看出能够通过氖泡NB的电流是两个，一个是IA，一个是IB。实际上，通过NB的IB只是经过电容C1后被向前移相90°的部分，也就是相量图中的Ib，Ib垂直于IB，如图二所示。
根据平行四边形法则，通过氖泡NB的电流就是相量 IA+Ib=IAb，也就是IA与Ib相量和，即IAb。由于IAb几乎是IA、IB的算术和，其数值很大，所以氖泡NB亮。
如果相序发生变化，B与C换相。如果发生这种情况，则通过氖泡NB的电流，一个是IA，而另一个就变成了IC。此时，由于是IC经过电容C1后被向前移相90°，如图中Ic（图中的虚线相量）。这样通过氖泡NB的电流之和就变成了相量IA+Ic=IAc，由相量图中明显看出IAc几乎是IA、Ic的算数差，其数值很小，所以氖泡不亮。
由此可知，当A、B、C三相电的相序发生变化时，通过氖泡NB的电流值会发生变化。只有在A、B、C三相是正序时通过氖泡NB的电流值很大，氖泡NB亮，而在发生逆相序时，通过氖泡NB的电流值則会很小，氖泡NB不亮。停电、缺相和相序错误告警系统原理图就是利用这样的原理来检测三相电的相序，由此来达到控制和告警的目的。
在图三系统原理图，其原理仍然是利用三相电A、B、C电流的电流移相来检测相序的。通过类似于本文前面的作相量图分析的方法，可以得出其大致的原理，当A、B、C正序时，由于R1、R2、R3、R4以及C1、C2构成的移相回路，在A、B、C正序时，相序整流输出的电流最小，导致整流输出到HA17358的6端的电平最小（V6<V5），从HA17358的内部电路图可知其输入端为5+、6-，所以，此时其7端输出高电平，三极管9014导通，继电器K吸合控制告警电路指示正常。而逆序时，则相反，其7端输出低电平，三极管9014截止，继电器K释放，控制告警电路发出声光告警。
理解该电路的原理，关键在于理解R1、R2、R3、R4以及C1、C2构成的移相回路，为便于理解，其移相回路部分的等效电路可画成如图五模样
从这个等效的电路图中不难看出，相序整流部分的上端流入电流是Ia+IB=IaB，也就是经电容C1移过相的电流Ia与没有移相的电流IB的相量和。下端流出的电流是Ib+IC=IbC，也就是经电容C2移过相的电流Ib与电流IC的相量和。当然，由基尔霍夫的电流定律，整流桥部分的流入电流（实质是交流电流）与流出电流一定相等，即相量的值IaB=IbC存在着相等的关系。
采用与本文前述内容相同的分析方法，通过作A、B、C三相电流的相量图，用相量图进行电流求和，很容易得出整流桥部分流入电流（或者是流出电流）的数值大小与A、B、C不同相序之间的变化关系，从而进一步得出该电路工作原理的最后结论。正序时，流入到相序整流电桥电路的交流电流最小（作相量图求Ia+IB=IaB），也就是相量IaB的数值最小，因此，相序整流电桥电路整流输出到HA17358电路的直电流也最小，导致输出到HA17358电路的6端的电平也最小，最终导致其7端输出高电平，三极管9014导通，继电器K吸合。而逆序时（逆序的情况有三种，A、B换相，或者是B、C换相，或者是C、A换相。），情况则相反，最终导致其7端输出低电平，三极管9014截止，继电器K释放。
前面对相序之间的变化关系和检测与控制原理作了详细的论述，对于停电和缺相检测与控制原理就比较简单了，也不难理解，就不再进行过多的讲解了。
2.5 告警电路
告警电路供电采用UPS电源，当停电时也不会影响告警。通过检测电路中继电器常开与常闭接点的控制，给出三相电源的正常与否。当三相电源正常时，继电器常开点接入正常指示灯显示供电正常;当三相电源异常时，继电器常闭点接入声光告警电路，进行告警提示，告警器可根据环境选择适合型号和数量多少。
3. 小结
《发射机房停电、缺相和相序错误告警系统的设计、安装与调试》项目的建设完成，取得了良好的效果，达到了预期的目标。第一时间能够发现配电系统断电、缺相和相序错误等故障，避免了发生这类故障后而未即时发出告警，从而导致UPS电池电量使用完毕后造成供电中断引起的停播，确保广播电视的安全播出。
【关键】词相量;停电;缺相;相序;声光告警
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.03..026
1. 概述
为广播电视的安全播出工作，根据《广播电视安全播出管理规定》（62号令）无线发射转播台实施细则第十四条电力和环境监测的规定，“一级应建立供配电及环境的监测管理系统，对供配电系统工作状态、关键参数，机房环境的温度、湿度等数据集中监测，具备异态声光报警、监测数据自动记录以及网络化传输等功能”的要求，我台仍需对电力监测方面进行系统的改造。
我台电力系统为单回路供电，已完成对电力系统的工作状态、关键参数、数据监测、自动记录的监测功能，并且具备监测客户端（监测PC机）参数异常告警功能，但该告警功能受计算机系统控制，难免因计算机系统故障而失效。特别是在播出系统安装了大功率UPS电源后，在其输入端一旦发生停电、缺相和相序错误之一的故障时，计算机控制系统同时又发生故障而失效，此时大功率UPS电源自动切换为电池为播出系统供电，当电池放电超出设计时间后随时会对播出系统停止供电从而造成停播。
2. 设计方案
实施该项目可为我台在电力系统监测上扣上双保险，当外部供电异常时及时告警，告警方式为声光告警。该项目弥补计算机告警系统的数据传输异常导致误报、数据传输延时导致延报、计算机系统故障导致告警失效等问题。
2.1设计原则
该项目能在外电出现断电、缺相、相序错误时安全可靠及时的发出告警，并且在要求范围内让人员明显感知。
该项目应杜绝对外供电的误报、延报等问题，建立维护方案保证该项目实施长期有效。
系统主机为标准机柜2U设备机箱，检测与控制电路和告警电路电源分开，采用不同的电源工作。检测与控制电路电源采用市电，告警电路采用UPS电源工作。
2.2、系统原理
《发射机房停电、缺相和相序错误告警系统的设计、安装与调试》项目技术系统包括取样电路、检测电路、告警电路三部分，实现了三相交流电发生停电、缺相和相序错误的告警功能。
2.3取样电路
取样电路采用专用取样线，从发射机房供电输入端按三相四线制取样，取样线序按A、B、C、N依次连接将电信号送至检测电路。
2.4检测与控制电路
三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电组成的电源。
图一可以看出，由电阻R1、R2、R3、电容C1和氖泡NB组成三相交流电相序检测电路。由于C1的移相作用，当电源按图中A、B、C相序接入时，氖泡发光，而逆相序如A、C、B接入时，氖泡则不亮。为什么电阻R1、R2、R3、电容C1和氖泡NB组成三相交流电相序检测电路中，当相序接反时NB不会发亮？图一电路中有三相电流IA、IB、IC，三相电流可以定性地作出对应的相量图，三相电流两两间相位差为120°。由电路看出能够通过氖泡NB的电流是两个，一个是IA，一个是IB。实际上，通过NB的IB只是经过电容C1后被向前移相90°的部分，也就是相量图中的Ib，Ib垂直于IB，如图二所示。
根据平行四边形法则，通过氖泡NB的电流就是相量 IA+Ib=IAb，也就是IA与Ib相量和，即IAb。由于IAb几乎是IA、IB的算术和，其数值很大，所以氖泡NB亮。
如果相序发生变化，B与C换相。如果发生这种情况，则通过氖泡NB的电流，一个是IA，而另一个就变成了IC。此时，由于是IC经过电容C1后被向前移相90°，如图中Ic（图中的虚线相量）。这样通过氖泡NB的电流之和就变成了相量IA+Ic=IAc，由相量图中明显看出IAc几乎是IA、Ic的算数差，其数值很小，所以氖泡不亮。
由此可知，当A、B、C三相电的相序发生变化时，通过氖泡NB的电流值会发生变化。只有在A、B、C三相是正序时通过氖泡NB的电流值很大，氖泡NB亮，而在发生逆相序时，通过氖泡NB的电流值則会很小，氖泡NB不亮。停电、缺相和相序错误告警系统原理图就是利用这样的原理来检测三相电的相序，由此来达到控制和告警的目的。
在图三系统原理图，其原理仍然是利用三相电A、B、C电流的电流移相来检测相序的。通过类似于本文前面的作相量图分析的方法，可以得出其大致的原理，当A、B、C正序时，由于R1、R2、R3、R4以及C1、C2构成的移相回路，在A、B、C正序时，相序整流输出的电流最小，导致整流输出到HA17358的6端的电平最小（V6<V5），从HA17358的内部电路图可知其输入端为5+、6-，所以，此时其7端输出高电平，三极管9014导通，继电器K吸合控制告警电路指示正常。而逆序时，则相反，其7端输出低电平，三极管9014截止，继电器K释放，控制告警电路发出声光告警。
理解该电路的原理，关键在于理解R1、R2、R3、R4以及C1、C2构成的移相回路，为便于理解，其移相回路部分的等效电路可画成如图五模样
从这个等效的电路图中不难看出，相序整流部分的上端流入电流是Ia+IB=IaB，也就是经电容C1移过相的电流Ia与没有移相的电流IB的相量和。下端流出的电流是Ib+IC=IbC，也就是经电容C2移过相的电流Ib与电流IC的相量和。当然，由基尔霍夫的电流定律，整流桥部分的流入电流（实质是交流电流）与流出电流一定相等，即相量的值IaB=IbC存在着相等的关系。
采用与本文前述内容相同的分析方法，通过作A、B、C三相电流的相量图，用相量图进行电流求和，很容易得出整流桥部分流入电流（或者是流出电流）的数值大小与A、B、C不同相序之间的变化关系，从而进一步得出该电路工作原理的最后结论。正序时，流入到相序整流电桥电路的交流电流最小（作相量图求Ia+IB=IaB），也就是相量IaB的数值最小，因此，相序整流电桥电路整流输出到HA17358电路的直电流也最小，导致输出到HA17358电路的6端的电平也最小，最终导致其7端输出高电平，三极管9014导通，继电器K吸合。而逆序时（逆序的情况有三种，A、B换相，或者是B、C换相，或者是C、A换相。），情况则相反，最终导致其7端输出低电平，三极管9014截止，继电器K释放。
前面对相序之间的变化关系和检测与控制原理作了详细的论述，对于停电和缺相检测与控制原理就比较简单了，也不难理解，就不再进行过多的讲解了。
2.5 告警电路
告警电路供电采用UPS电源，当停电时也不会影响告警。通过检测电路中继电器常开与常闭接点的控制，给出三相电源的正常与否。当三相电源正常时，继电器常开点接入正常指示灯显示供电正常;当三相电源异常时，继电器常闭点接入声光告警电路，进行告警提示，告警器可根据环境选择适合型号和数量多少。
3. 小结
《发射机房停电、缺相和相序错误告警系统的设计、安装与调试》项目的建设完成，取得了良好的效果，达到了预期的目标。第一时间能够发现配电系统断电、缺相和相序错误等故障，避免了发生这类故障后而未即时发出告警，从而导致UPS电池电量使用完毕后造成供电中断引起的停播，确保广播电视的安全播出。