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【摘要】：本文简单介绍了中央电视台某系统现有工艺UPS使用情况，着重分析了UPS系统在保证负载不断电情况下进行升级以提高供电安全性的改造方案。
【关键词】：电视台 UPS负载不断电 供电安全性
Abstract: In this paper, a brief introduction of a system of CCTV existing process UPS usage will focus on analyzing the UPS system to ensure that the load case uninterruptible power upgrade in order to improve the security of supply of rehabilitation programs.
Keywords: television load on the UPS uninterruptible power supply security
中图分类号：TP273文献标识码：A
引言
UPS(Uninterruptible Power Supply)意为不间断电源系统，它能够为负载提供连续稳定的电能。随着计算机、精密电子仪器等用电设备的普及以及电信、医院、银行、体育场馆、机场等重要场所对供电质量要求越来越高，UPS得到了广泛的应用，已经逐步发展成为高可靠、高性能、高度自动化的局部供电中心。广电系统为保证节目制作播出的供电安全性，大量核心工艺设备采用UPS作为主供电方式。
伴随广播电视事业飞速发展，以中央电视台为代表，7x24小时不间断播出已成为普遍现象，一旦中断播出就会造成重大的政治经济影响。这就对相关供电系统的可靠性提出了更高的要求，同时也造成了工艺用UPS一旦投入使用就无法离线更新的尴尬局面。随着一批台内部早期安装的UPS投入使用近十年期限，UPS故障造成播出中断的隐患越来越大，需采取措施提供备用供电手段保证特殊情况下供电的正常。
一．UPS系统工作方式
广电系统作为较早采用UPS设备的行业，UPS系统工作方式也伴随UPS技术发展经历了几个不同的阶段。归纳总结一下，广电系统内UPS设备主要有以下几种不同的工作方式：
大容量单机运行式：顾名思义，大容量单机运行式就是采用一个大容量UPS设备为所有重要工艺用电负荷统一供电。早期设计多采用该方式。该方式优点是大容量UPS设备相对于小容量UPS设备工作可靠性高，系统简单，易于维护；缺点是下端工艺设备供电安全级别无法区分，容易因为非核心工艺设备故障影响核心工艺设备正常工作，前期投入成本较高。
多台小容量单机运行式：多台小容量单机运行式可以看作是大容量单机运行式的风险控制版，系统采用多台小容量UPS设备分别为重要工艺用电负荷供电，各UPS设备独立运行。该方式优点是配置灵活，前期一次性投入较少，可根据工艺设备配置情况逐步增加UPS设备，且重要工艺设备可按系统功能或主备链路分别接入不同的UPS设备，设备故障影响面相对于大容量单机运行式而言要小，对整体安全性有一定改善；缺点是系统复杂度增加，维护工作量增大。
多台小容量并机冗余运行式：多台小容量并机冗余运行式是在多台小容量单机运行式基础上发展出的技术，通过专用数据通讯线使多台UPS设备协调工作，保证各UPS设备输出电源相位、波形、幅值等参数近乎一致，实现由各UPS设备平均分摊负载的目标，并提供冗余备机手段以应对单台设备故障的情况。该方式由于引入了冗余备机的措施，系统可靠性较多台小容量单机运行式有较大提高；缺点是投资较大，不考虑电池组的情况下，UPS主机设备投资比多台小容量单机运行式增加1/N（N为主用UPS设备台数），UPS设备退出检修完成后并机复位时存在一定风险。
二．中央电视台某系统工艺用UPS设置概况
本次改造对象为中央电视台某系统现有工艺UPS，该系统现有6台UPS设备，目前为多台小容量单机运行方式，单机额定功率60kVA，供电系统接线方式如图示1所示。
图示1：UPS调整前接线图
该6台UPS设备于1997年投入使用并一直运行至今，单台设备负荷量为满负荷的60~70%。UPS所带负荷为极其重要的播出系统电源，相应对UPS系统常规运行和例行检修时的可靠性提出很高的要求。
三．现状描述及存在的安全隐患
（一）现状描述
现状6台60kVA的UPS的主供回路由各自对应的开关供给电源，分别取自421低压母线段6个独立出线开关；UPS备用旁路两两并联后分别取自420低压母线段3个独立开关。
（二）常规运行风险分析
UPS正常运行时，当421母线段发生瞬闪故障时，UPS自动转入电池供电，瞬闪结束后自动恢复正常运行方式。
（三）例行检修工况风险分析
当某台UPS检修（按厂家售后服务要求，每台UPS年检修4次）时，负载由旁路420母线段市电供电，此时若供电质量下降（严重畸变、尖刺、顺闪等），将会直接影响工艺负荷，可能造成设备掉电，影响播出，存在安全隐患。
（四）故障维修工况风险分析
当某台UPS本身故障损坏时（设备已运行10年，进入老化期），值班员手动转入旁路运行，UPS核心模块可就地检修或回场更换。此时工艺设备同检修时由420母线供电，存在安全隐患。
（五）供电中断工况风险分析
当421母线段上端失电时，6台UPS自动转入电池放电（放电时间30分钟），电池放电结束后若421母线仍未恢复供电，UPS设备自动转到420母线段供电，此时不只存在电源质量畸变的安全隐患，同时，由于旁路供电为两台UPS公用一个开关（原设计单台UPS负荷率不超过50%，两台UPS旁路共用一个开关可满足使用要求），随着电视设备飞速发展，UPS负荷率大大提高，原旁路开关已无法满足两台UPS负荷要求，存在过载掉电的安全隐患。
四．改造目标
此次改造希望在现有条件许可下，尽可能解决以上情况发生时供电安全隐患，同时兼顾技术经济性。
五．改造方案
结合现场情况，为解决以上问题，实现改造目标，可以从两个方面着手进行分析。一方面是解决两台UPS备用旁路问题；另一方面是解决非正常工况下安全隐患问题，暨提升UPS系统整体应对二次故障能力。针对这两方面问题，下文分别提出相应改造方案。
（一）UPS旁路电源拆分方案
两方面问题中较易解决的是两台UPS共用旁路问题。将原有链接的第二台UPS重新引一路电源至420母线备用回路，即可解决该问题。施工组织是整个工作的重点，必须先将电缆自420母线备用回路下口引接至UPS旁路接线处，此时断开原UPS旁路，该路链接的两台UPS旁路同时失电报警，拆除两台UPS间的链接电缆后，先恢复原旁路电源，一台UPS旁路恢复供电。同时接好新旁路，检测无误后恢复供电即可完成改造。施工过程中如出现421母线失电等特殊情况，UPS自动转入电池供电，故整个施工过程（自原有旁路断电起）應尽量安排于30分钟之内完成。同时注意施工安全，防止误操作或短路故障导致UPS掉电影响供电。
（二）UPS系统整体应对二次故障能力提升改造方案
就现有成熟UPS技术而论，重要负荷UPS应用方式主要为多台小容量并机冗余运行方式。该方式可在1台（N+1冗余方式）主用UPS检修或发生故障时将备用UPS自动投入，保证系统运行稳定性。但针对本工程具体情况，原有6台UPS皆为单机运行方式，且为保证供电不间断，无法调整负荷后实现多台冗余运行方式。要改为冗余运行，唯一方法就是新增6台UPS实现6组1+1冗余运行，但从经济性角度考虑，该方案明显不合理。同时，现场场地条件也无法解决新增6台UPS放置问题。故该方案不可行。
同样由于现场条件所限，新增大容量UPS以解决421母线失电时6台UPS自旁路420母线供电安全问题不现实。结合具体情况，方案基本定位于新增1台60kVA的UPS作为备用解决主用UPS旁路供电质量问题。确定方案A如图示2。
图示2：新增UPS方案A
一般情况下，主用UPS由421母线段供电，新增UPS由420母线段供电，馈出至各UPS旁路母线。当某台UPS检修时，该UPS转到旁路供电，既由新增UPS馈出电源供电。该路电源由新增UPS保证电源质量及供電安全性。当某台UPS发生故障时，UPS自动切换至旁路运行，同样由新增UPS保证供电，解决了UPS旁路供电安全性问题。
但是，经过细致分析，发现该方案存在一定不足之处。当421母线失电时，6台UPS转入电池放电，放电陆续结束后自动倒入旁路供电，由新增UPS出线供电。由于负荷过大，将使新增UPS上端开关过负荷，造成6台UPS全部失电的严重后果。
针对以上问题，调整设计方案，确定方案B如图示3所示：
图示3：新增UPS方案B
一般情况下，主用UPS由421母线段供电，各UPS旁路由420母线供电，新增UPS由420母线段供电。当421母线失电时，各UPS自旁路由420母线供电。当某台UPS检修时，提前断开该UPS上端QL开关，闭合QR开关，由新增UPS出线带该UPS旁路，此时切换到旁路状态检修改主用UPS。检修结束后切换回主回路供电，断开QR开关，闭合QL开关恢复常态。但该方案仍存在不合理之处，既当某台主用UPS故障时，UPS自动切换到旁路状态，此时旁路波形与420母线一致。若闭合QR开关将备用UPS投入，由于备用UPS出线波形与420母线不一致，将可能造成备用UPS掉电。
为解决以上问题，调整设计方案，确定方案C如图示4所示：
图示三：新增UPS方案C
该方案与方案B比较交换了新增UPS主供及旁路电源引接位置，可解决主用UPS发生故障后备用UPS投入问题。当某台主用UPS故障时，UPS自动切换到旁路状态，该UPS旁路输入波形与420母线一致。此时首先将新增UPS切换到旁路状态，闭合新增UPS的Q3BP开关，使新增UPS输出波形与420母线段一致。此时闭合故障UPS上端QR开关，断开QL开关，负载改由新增UPS带。之后将新增UPS倒回主回路，备用UPS投入。该方案关键是利用新增UPS旁路跟踪特性保证投入UPS波形与运行波形一致。最终，确定该方案为实施方案。
六．经验与反思
广电系统设备发展迅速，导致设备用电量不断增加，设计阶段应充分考虑发展需要，预留足够的供电负荷容量，以免供电成为制约广电系统发展的瓶颈。
广电系统特殊重要负荷（主要针对断电将造成重大政治影响）供电于方案设计时就应考虑相关设备、线路的备份问题，以便在不中断供电的情况下对设备线路进行检修维护更新。
UPS系统设计应有长远眼光，初期为节省投资导致方案不合理，势必将加大后期使用维护费用，往往造成投资的重复浪费，且易存在安全隐患，导致事故发生。
【关键词】：电视台 UPS负载不断电 供电安全性
Abstract: In this paper, a brief introduction of a system of CCTV existing process UPS usage will focus on analyzing the UPS system to ensure that the load case uninterruptible power upgrade in order to improve the security of supply of rehabilitation programs.
Keywords: television load on the UPS uninterruptible power supply security
中图分类号：TP273文献标识码：A
引言
UPS(Uninterruptible Power Supply)意为不间断电源系统，它能够为负载提供连续稳定的电能。随着计算机、精密电子仪器等用电设备的普及以及电信、医院、银行、体育场馆、机场等重要场所对供电质量要求越来越高，UPS得到了广泛的应用，已经逐步发展成为高可靠、高性能、高度自动化的局部供电中心。广电系统为保证节目制作播出的供电安全性，大量核心工艺设备采用UPS作为主供电方式。
伴随广播电视事业飞速发展，以中央电视台为代表，7x24小时不间断播出已成为普遍现象，一旦中断播出就会造成重大的政治经济影响。这就对相关供电系统的可靠性提出了更高的要求，同时也造成了工艺用UPS一旦投入使用就无法离线更新的尴尬局面。随着一批台内部早期安装的UPS投入使用近十年期限，UPS故障造成播出中断的隐患越来越大，需采取措施提供备用供电手段保证特殊情况下供电的正常。
一．UPS系统工作方式
广电系统作为较早采用UPS设备的行业，UPS系统工作方式也伴随UPS技术发展经历了几个不同的阶段。归纳总结一下，广电系统内UPS设备主要有以下几种不同的工作方式：
大容量单机运行式：顾名思义，大容量单机运行式就是采用一个大容量UPS设备为所有重要工艺用电负荷统一供电。早期设计多采用该方式。该方式优点是大容量UPS设备相对于小容量UPS设备工作可靠性高，系统简单，易于维护；缺点是下端工艺设备供电安全级别无法区分，容易因为非核心工艺设备故障影响核心工艺设备正常工作，前期投入成本较高。
多台小容量单机运行式：多台小容量单机运行式可以看作是大容量单机运行式的风险控制版，系统采用多台小容量UPS设备分别为重要工艺用电负荷供电，各UPS设备独立运行。该方式优点是配置灵活，前期一次性投入较少，可根据工艺设备配置情况逐步增加UPS设备，且重要工艺设备可按系统功能或主备链路分别接入不同的UPS设备，设备故障影响面相对于大容量单机运行式而言要小，对整体安全性有一定改善；缺点是系统复杂度增加，维护工作量增大。
多台小容量并机冗余运行式：多台小容量并机冗余运行式是在多台小容量单机运行式基础上发展出的技术，通过专用数据通讯线使多台UPS设备协调工作，保证各UPS设备输出电源相位、波形、幅值等参数近乎一致，实现由各UPS设备平均分摊负载的目标，并提供冗余备机手段以应对单台设备故障的情况。该方式由于引入了冗余备机的措施，系统可靠性较多台小容量单机运行式有较大提高；缺点是投资较大，不考虑电池组的情况下，UPS主机设备投资比多台小容量单机运行式增加1/N（N为主用UPS设备台数），UPS设备退出检修完成后并机复位时存在一定风险。
二．中央电视台某系统工艺用UPS设置概况
本次改造对象为中央电视台某系统现有工艺UPS，该系统现有6台UPS设备，目前为多台小容量单机运行方式，单机额定功率60kVA，供电系统接线方式如图示1所示。
图示1：UPS调整前接线图
该6台UPS设备于1997年投入使用并一直运行至今，单台设备负荷量为满负荷的60~70%。UPS所带负荷为极其重要的播出系统电源，相应对UPS系统常规运行和例行检修时的可靠性提出很高的要求。
三．现状描述及存在的安全隐患
（一）现状描述
现状6台60kVA的UPS的主供回路由各自对应的开关供给电源，分别取自421低压母线段6个独立出线开关；UPS备用旁路两两并联后分别取自420低压母线段3个独立开关。
（二）常规运行风险分析
UPS正常运行时，当421母线段发生瞬闪故障时，UPS自动转入电池供电，瞬闪结束后自动恢复正常运行方式。
（三）例行检修工况风险分析
当某台UPS检修（按厂家售后服务要求，每台UPS年检修4次）时，负载由旁路420母线段市电供电，此时若供电质量下降（严重畸变、尖刺、顺闪等），将会直接影响工艺负荷，可能造成设备掉电，影响播出，存在安全隐患。
（四）故障维修工况风险分析
当某台UPS本身故障损坏时（设备已运行10年，进入老化期），值班员手动转入旁路运行，UPS核心模块可就地检修或回场更换。此时工艺设备同检修时由420母线供电，存在安全隐患。
（五）供电中断工况风险分析
当421母线段上端失电时，6台UPS自动转入电池放电（放电时间30分钟），电池放电结束后若421母线仍未恢复供电，UPS设备自动转到420母线段供电，此时不只存在电源质量畸变的安全隐患，同时，由于旁路供电为两台UPS公用一个开关（原设计单台UPS负荷率不超过50%，两台UPS旁路共用一个开关可满足使用要求），随着电视设备飞速发展，UPS负荷率大大提高，原旁路开关已无法满足两台UPS负荷要求，存在过载掉电的安全隐患。
四．改造目标
此次改造希望在现有条件许可下，尽可能解决以上情况发生时供电安全隐患，同时兼顾技术经济性。
五．改造方案
结合现场情况，为解决以上问题，实现改造目标，可以从两个方面着手进行分析。一方面是解决两台UPS备用旁路问题；另一方面是解决非正常工况下安全隐患问题，暨提升UPS系统整体应对二次故障能力。针对这两方面问题，下文分别提出相应改造方案。
（一）UPS旁路电源拆分方案
两方面问题中较易解决的是两台UPS共用旁路问题。将原有链接的第二台UPS重新引一路电源至420母线备用回路，即可解决该问题。施工组织是整个工作的重点，必须先将电缆自420母线备用回路下口引接至UPS旁路接线处，此时断开原UPS旁路，该路链接的两台UPS旁路同时失电报警，拆除两台UPS间的链接电缆后，先恢复原旁路电源，一台UPS旁路恢复供电。同时接好新旁路，检测无误后恢复供电即可完成改造。施工过程中如出现421母线失电等特殊情况，UPS自动转入电池供电，故整个施工过程（自原有旁路断电起）應尽量安排于30分钟之内完成。同时注意施工安全，防止误操作或短路故障导致UPS掉电影响供电。
（二）UPS系统整体应对二次故障能力提升改造方案
就现有成熟UPS技术而论，重要负荷UPS应用方式主要为多台小容量并机冗余运行方式。该方式可在1台（N+1冗余方式）主用UPS检修或发生故障时将备用UPS自动投入，保证系统运行稳定性。但针对本工程具体情况，原有6台UPS皆为单机运行方式，且为保证供电不间断，无法调整负荷后实现多台冗余运行方式。要改为冗余运行，唯一方法就是新增6台UPS实现6组1+1冗余运行，但从经济性角度考虑，该方案明显不合理。同时，现场场地条件也无法解决新增6台UPS放置问题。故该方案不可行。
同样由于现场条件所限，新增大容量UPS以解决421母线失电时6台UPS自旁路420母线供电安全问题不现实。结合具体情况，方案基本定位于新增1台60kVA的UPS作为备用解决主用UPS旁路供电质量问题。确定方案A如图示2。
图示2：新增UPS方案A
一般情况下，主用UPS由421母线段供电，新增UPS由420母线段供电，馈出至各UPS旁路母线。当某台UPS检修时，该UPS转到旁路供电，既由新增UPS馈出电源供电。该路电源由新增UPS保证电源质量及供電安全性。当某台UPS发生故障时，UPS自动切换至旁路运行，同样由新增UPS保证供电，解决了UPS旁路供电安全性问题。
但是，经过细致分析，发现该方案存在一定不足之处。当421母线失电时，6台UPS转入电池放电，放电陆续结束后自动倒入旁路供电，由新增UPS出线供电。由于负荷过大，将使新增UPS上端开关过负荷，造成6台UPS全部失电的严重后果。
针对以上问题，调整设计方案，确定方案B如图示3所示：
图示3：新增UPS方案B
一般情况下，主用UPS由421母线段供电，各UPS旁路由420母线供电，新增UPS由420母线段供电。当421母线失电时，各UPS自旁路由420母线供电。当某台UPS检修时，提前断开该UPS上端QL开关，闭合QR开关，由新增UPS出线带该UPS旁路，此时切换到旁路状态检修改主用UPS。检修结束后切换回主回路供电，断开QR开关，闭合QL开关恢复常态。但该方案仍存在不合理之处，既当某台主用UPS故障时，UPS自动切换到旁路状态，此时旁路波形与420母线一致。若闭合QR开关将备用UPS投入，由于备用UPS出线波形与420母线不一致，将可能造成备用UPS掉电。
为解决以上问题，调整设计方案，确定方案C如图示4所示：
图示三：新增UPS方案C
该方案与方案B比较交换了新增UPS主供及旁路电源引接位置，可解决主用UPS发生故障后备用UPS投入问题。当某台主用UPS故障时，UPS自动切换到旁路状态，该UPS旁路输入波形与420母线一致。此时首先将新增UPS切换到旁路状态，闭合新增UPS的Q3BP开关，使新增UPS输出波形与420母线段一致。此时闭合故障UPS上端QR开关，断开QL开关，负载改由新增UPS带。之后将新增UPS倒回主回路，备用UPS投入。该方案关键是利用新增UPS旁路跟踪特性保证投入UPS波形与运行波形一致。最终，确定该方案为实施方案。
六．经验与反思
广电系统设备发展迅速，导致设备用电量不断增加，设计阶段应充分考虑发展需要，预留足够的供电负荷容量，以免供电成为制约广电系统发展的瓶颈。
广电系统特殊重要负荷（主要针对断电将造成重大政治影响）供电于方案设计时就应考虑相关设备、线路的备份问题，以便在不中断供电的情况下对设备线路进行检修维护更新。
UPS系统设计应有长远眼光，初期为节省投资导致方案不合理，势必将加大后期使用维护费用，往往造成投资的重复浪费，且易存在安全隐患，导致事故发生。