大型短波发射机灯丝和冷却系统供电改造

田曙光

（国家新闻出版广电总局五九四台陕西咸阳712028）

摘要：TSW2500型短波发射机是目前国内大功率无线广播的主力机型，其原供电方式在电网外电闪络或中断时会导致发射机电子管掉灯丝，一是造成长时间的停播事故，二是对冷却系统和控制系统相关部分如电机、控制电路板等造成严重损害。针对这一问题，五九四台组织技术人员对该型发射机的灯丝和冷却系统供电方式进行专项改造，使用UPS不间断电源替代原配的电力稳压柜，成功的解决了该项技术难题，有效地确保了发射机安全播音的稳定性、可靠性。

关键字：大型短波发射机灯丝冷却供电UPS

一、原供电系统存在的问题

1、外电闪络或中断导致发射机电子管掉灯丝，升灯丝时间缓慢，造成长时间停播

外电引起发射机长时间停播，主要是由于发射机电子管灯丝升降过程缓慢造成的。为减少长时间因外电引起的停播，必须解决灯丝的供电方式。发射机灯丝有四种不同的开启过程（RAMP）方式(如图1)，使用

那一种由加热电源断开的总时间来决定，当电源故障发生时这一点是特别重要，如果外电中断在10s之内，发射机重加灯丝，那么延时只有7s，就能加到全灯丝；如果外电中断在10s与10min之间，发射机重加灯丝，那么发射机延时4min20s，就能加到全灯丝。如果外电中断大于10min，发射机重加灯丝延时和新开机时间一样需要34min50s才能能加到全灯丝。

2、稳压柜抗干扰能力不足

稳压柜为在线方式，与市电无隔离，一是由于电网电压过压、欠压、瞬间跌落、失压、故障停电时，对发射机各部分冲击造成的负载、设备乃至整个发射机系统发生程序错误、数据丢失、设备故障甚至损坏；二是由于用电环境和传输系统造成的各种干扰；再就是由于自然环境造成的干扰和设备的损坏等。

3、稳压柜机械部分故障率高

T9稳压柜机械部分易损件比较多，稳压柜补偿变压器极易磨损产生匝间短路，经过多年运行，备件缺乏。

图1发射机灯丝开启方式图

二、UPS不间断电源技术改造方案

1、第一种方案

UPS给FS20以后设备（发射机灯丝）供电，给FS30以后设备（发射机控制电源以及MP1-MP13）供电。

其余稳压部分仍旧用稳压柜供电，但是在重要部位做延时设计，如P10、风水保护电路。

2、第二种方案

稳压柜和UPS并联，UPS故障时使用稳压柜。

图4UPS改造方案四

3、第三种方案

低压盘380V（L1/L2/L3/N/PE）来电至UPS输入端，UPS输出至A200(母排R/S/T)后，分别接QS1(1/3/5)及F201(1/3/5)输入端。

QS1(2/4/6)输出至综合机箱主供接线排（X100）；F201（2/4/6）输出与原接法一致。（此种接法是QS1不动，原QS1到T9线去掉，T9输出到X100线直接接到QS1输出端），T9稳压柜作为冷备份，在UPS出现故障时，QS1（2/4/6）输出接T9(R/S/T)输入端，T9(U/V/W)输出端接综合机箱主供接线排。

4、第四种方案

前三种方法都是不舍弃稳压柜的方案，但是由于设备连线过多，且安装空间有限，还有，就是T9故障率高，所以，放弃上面三种方案。此方案用UPS提供所有低压电源，需要关注的重点就是所需容量要计算准确，避免UPS过载故障。

三、UPS选取

1、选取的要求

针对发射机机房干扰较大，而且外电闪断时发射机要保持在全灯丝状态等要求，我们对UPS选取有以下四点要求：

抗干扰能力强；

市电转电池逆变零转换时间；

UPS故障时，具有维护旁路通道；

容量适当，避免造成过多损耗。

2、UPS工作模式介绍

图5UPS工作模式示意图

2.1正常模式

UPS采用AC-DC-AC变换器，第一级变换（AC-DC）采用SCR三相全控桥式整流器，把三相交流输入电压变换成稳定的直流母线电压；

整流器同时兼充电器作用，因电池组是直接连到直流母线上，故只要此时闭合电池开关，电池就开始充电；

逆变器采用逆变变压器，实现输入输出的电气隔离。

正常模式下：市电正常，开关SWIN、SWBY、SWOUT闭合，SWMB断开。

2.2电池模式

当市电异常时，整流器停止工作，转由电池经逆变器向负载供电，直至电池电压降到电池放电终止电压而关机；

因电池组是直接连到直流母线上，故市电转换电池逆变为零转换时间。

2.3旁路模式

在正常运行状态下，要实现逆变输出与旁路电源间无间断切换，必须控制逆变器输出与旁路电源完全同步；

当旁路电源频率在同步范围內时，逆变器控制电路总是使逆变器输出频率跟踪旁路电源频率；

此时供电即为市电。

2.4维护模式

按下控制面板上的INVERTEROFF按钮，关闭逆变器；

闭合维修旁路开关SWMB；

断开输出开关SOUT，此时负载则有维修旁路供电；

此时供电即为市电。

3、UPS容量选取

发射机在全功率（ON）状态下，A200输出电流约为90A,功率为60KW，包含控制系统，灯丝，V2偏压，帘栅压，V1屏压，以及风水系统的供电。发射机风水系统共带有水泵一台，5.9KW；高压风机一台，0.75KW；低压风机一台，4KW；冷凝器风机4台，10.8KW，共计7台感性负载，共计21.45KW。除灯丝外，还必须保证V2栅偏压大约1.5KW；V2帘栅压5.6KW和V1屏压5KW的供电。

根据我们的改造目的，外电闪断后，电子管灯丝供电正常，发射机风、水正常,就要保证90A的电流。根据UPS工作特性，其最佳工作状态应为60%左右的负荷，同时因为带有感性负载21.45KW，综合以上因素，决定选用100KVA的输出端带变压器隔离的UPS。

4、UPS电池选取

使用推荐的电池数量，输入电压在±15%的范围内，UPS可以保证输出额定负载下输出额定电压，电池不放电，但不能保证对电池的浮充电压。

UPS改造的目的在于避免瞬间外电闪络造成发射机掉灯丝，从而引起长时间的停播事故。所以电池后备时间理论上说只需几秒钟即可，为安全期间，将电池后备时间定在15-20min。

因为A200（负载）电流90A，所以选取100AH，为此，在实际使用中选择使用32节12V100AH蓄电池，电池理论延时时间为：

T=12V*100AH*32/60KW=35min

四、UPS维护

UPS系统具有故障自诊断能力，可以通过液晶显示屏观察故障类型，参照故障信息的原因，消除故障或通知维护工程师维修。UPS的故障可简单地归为以下几类：

告警类故障：表明UPS内部某些部件或状态异常，但不会因此改变系统的当前工作状态。

可自动恢复故障：表明该故障发生后，系统会关闭整流器或逆变器，但待该故障消失后，系统会自动恢复正常工作。

可人为恢复故障：表明该故障发生后，系统会关闭整流器或逆变器，但待该故障排除后，系统可在人为干预的情况下恢复正常工作。

不可恢复故障：表明该故障发生后，系统会锁闭，在控制系统复位之前，拒绝再次工作。

蓄电池可在环境温度为-20~+50℃条件下使用。

蓄电池的浮充电压是指在环境温度为25℃下充电电压值，当温差超过10℃时，必须修正浮充电压，否则会损伤蓄电池。环境温度升高1℃，应降低浮充电压0.003V/单格；相反，则升高浮充电压0.003V/单格。

控制好充电电压、充电电流，防止过充：12V的电池，正常的浮充电压在13.5～13.8V之间。浮充电压过低，电池充不满，浮充电压过高，会造成过压充电。当浮充电压超过14.5V时，即认为是过压充电，过压充电会导致电解液中的水被分离成氢和氧气而溢出，使电池的寿命缩短。

防止UPS电池过流放电：电池实际放出的容量与放电电流有关。放电电流越大，电池的效率越低。应避免大电流放电，提高电池的效率。

定期检查蓄电池的状态。保持蓄电池室或电池柜、支架的清洁；

若发现电池供电时间大大缩短，应及时测量内阻，确认是否需更换电池。更换电池前，请确认更换的电池与原电池的参数与规格相同。

五、技改应用效果

2015年5月7日，由于外电线路故障，造成我台A04、B01、B03共三部发射机掉高压，其中，A04机停播7分27秒，B01机停播7分34秒，B03机停播7分34秒。正是由于进行了UPS不间断电源技术改造，才使得发射机可维持在全灯丝状态下（UPS电源可维持18分钟），则在外电恢复正常时，能够及时恢复播出，有效降低发射机停播事故率。

参考文献：

[1]瑞士THALES公司，《TSW2500型发射机技术手册》，2005.

[2]深圳科士达科技股份有限公司，《EP100-120K中文中性说明书》.

[3]郭为跃，《不间断电源系统及其运行维护》，2006.

作者简介

田曙光,本科、高级工程师,国家新闻出版广电总局五九四台副台长。近年曾先后主持五九四台、以及总局在海南、黑龙江新建的两座大型短波发射台的电力、天馈线、土建等工程项目，具有较强的技术业务及综合管理能力。