广播电视大型直播类节目音频制作的电源安全
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作者:成伟民
[摘要]针对音频制作的电源安全，从用电安全和供电安全论述常见问题以及相应的解决方法、手段和规范。
[关键词]用电安全;供电安全;主备电源;电源自切换;不间断电源;电源干扰;电源检测;供电安全方案
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.06.007
播出安全是广播电视节目制作的命脉。广播电视大型直播类节目通常具有事件重大、主题时效性强、出席领导级别高、参与人数众多和社会影响重大等特点，加上制作系统大都是在有限时间内临时搭建，现场情况复杂多变，存在较多的不确定因素。因此，保证安全播出尤为重大。
音频制作作为广播电视大型直播类节目制作最重要环节之一，是对现场状况的即时、直观反应，直接影响到现场直播的流程和质量，对现场公共安全负有很重要的责任，因此音频制作安全可以说是广播电视大型直播类节目制作安全的重中之重。由于该类节目的音频制作流程环节繁多，也存在制作安全隐患，这对音频制作团队提出了更高的要求和挑战。首先，在准备阶段，要做好各种安全隐患的预估、检查和排除，做好对可能突发状况的应对预案;其次，在现场要保障播出安全，及时知晓、判断和解决可能或者已经发生的情况，使节目顺利进行。
电源系统对于广播电视大型直播类节目的音频制作来说是最为重要和基本的环节之一，决定着整场节目制作的成败。电源系统好比是音频制作的血液循环系统，总电源就是系统的心脏，各级电源连接则是各级血管，各级电源箱和各级电源开关就是血管瓣膜，总电源要保障持续稳定的供电，各级电源要畅通无阻地把电力输送到各个音频设备，各级电源箱和各级电源开关则需要管理和控制好各级电源。
电源安全可从用电安全和供电安全两方加以控制。
1用电安全
用电安全一般指使用电源的物理安全，涉及设备用电安全、人员安全和消防安全，应注意以下各种情况。
（1）由于该类节目占用场地大，所需覆盖声场的面积相应较大，设备使用较多，用电量相对较大，一般使用380V的三相交流电源，相与相之间电压有380V，每相和零线之间电压也有220V，人体如果直接接触会有生命危险，所以，音频设备用电源柜必须要放置在安全区域，且要有醒目的警示标识，区域用隔离栏隔开，必须做到防雨、防潮、防浸透以及防可直接接触带电部分。在排练期间，可以采取上锁的保护措施，如果无法上锁，则必须要做好防护措施并派专人看管。在直播或者节目制作过程中，电源柜必须要有专业人员看管，并且不可以上锁，以备万一出现紧急状况时可以尽快应急处理。
（2）采用三相五线（3根相线、接零线、接地线）380V的接电方式，首先是可以满足大功率的用电需求，其次，各相线之间也可以起到互相备份的作用。在电源线的连接方式上，一般会采用标准工业电源连接器（样式见图1）连接的方式，一是用这种方式连接电源火线铜片（针）连接时不会外露，连接口互有卡口（有的通过盖式旋转锁定），连接摩擦阻力较高，不容易断开;二是在不完全浸入水中的情况下，防水性能较好，防水等级达到IP67;三是标准化接头通用性较好，比较方便适配各场地的基本条件（现在大部分固定演出场馆都有配置），也可以方便延长。三相电缆颜色的国家规定为：相线为A黄、B绿、c红（俗称火线），中性线为：N淡蓝（俗称零线），地线为：PE黄绿相间。
（3）音频制作用电总容量必须要在计划安全总容量范围和供给音响部门总量范围内，总量范围一般在前期与其他各制作部门、场地供电方、动力保障部门根据节目需求和现场实际情况协调确定，不容许超负载使用，各分级设备容量要在各级电源開关标称安全范围内，并留有足够裕量。
（4）所有电源线材线径必须满足标称电流所需线径，所有电源线材必须绝缘完好，绝缘层不容许有破损现象，所有可导电部分不可外露，不可被直接接触，在经过过道时必须使用高抗压过线板保护，如果线材直接遭重型车辆碾轧则必须经绝缘检测（使用绝缘摇表），合格后方可继续使用。
（5）音频制作用三相电源，每相负载尽量要分配平衡，尽量避免因为某一相电流过大引起过载保护跳闸而影响到整个电源系统的安全。
（6）接电作业必须要由具有专业资质的人员作业，接电作业必须严格按照接电作业规范，切忌相线和零线、接地线搞错。因相线之间的电压是380V，音频设备用电基本都是220V，如果接错会烧坏设备，如果设备电源有保险丝保护还好，否则后果难以预料，设备本身冒青烟、损坏算是轻的，严重的可能引起火情。所以，一般在接完电后需要通过三相电压表检查确认每相电压正常后才能上电使用。
（7）大型节目音频制作有时需要吊挂扬声器等高空作业，而且大多时候扬声器和灯光会共用基础桁架，有时音响和灯光系统因接地不同而产生电压差，会有瞬间触麻感，人的本能可能会松手;也有时因为下雨潮湿、电源线材连接固件老化等原因有漏电发生，造成舞台金属桁架带电等情况。这些情况会给高空作业的工作人员带来致命影响，所以，要在基础搭建前仔细检查所有线材和接头，在搭建时各部门通电要有计划和协调通气，登高前要检查确认电气是否安全，而且高空作业人员登高作业时一定要佩戴安全帽、安全带，还需穿长袖、长裤、绝缘鞋，尽量避免身体裸露部分和金属桁架直接接触。在基础搭建时可在电葫芦用电等临时用电前级临时接入漏电保护装置，以防漏电、触电事故，搭建完毕后必须拆除。
（8）在室外环境下，雨雪雷电天气容易对电源系统造成短路跳闸、漏电触电等致命事故，所以在室外搭建时一定要注意做好防风、防雨雪、防雷等措施，电源系统必须要可靠接地。在送电前必须检查确认所有用电线路安全后才能上电，尽量避免在雨雪天进行户外节目制作，如果必须要在雨雪天时进行户外节目直播制作，必须做好各连接部位的防护措施，必须要检查确认电源系统线路除雨雪因素外没有任何其他安全隐患，必须要做好可能发生问题的应急预案。如果是雷暴天气，那就必须要求节目部门立即停止，电源设备断电并做好防护措施，人员疏散到安全区域。 （9）有时电源柜经长途运输，往往各接触点和各电源线连接点螺丝部分会因为车体的高频振动而出现松动现象，可能会产生局部发热打火现象，长期使用会使绝缘损坏，造成短路事故，严重的甚至还可能会引燃附近易燃物品引发火灾。所以，音频制作用电源柜的各个连接触点的螺丝最好装上弹簧垫片，在螺丝的螺纹上刷点油漆可以使螺丝能拧得更紧，拧紧后在螺母和螺丝连接处再刷点油漆，一定程度减少螺丝松动可能;在每次长途运输后一定要对电源柜和电源线各连接部位仔细检查，避免在使用时有松动情况。一般常备一个非接触式温度测量仪，随时检查整个电源系统中各部位和接点的温度情况，如果发现局部温度异常高的情况，很可能该部位有问题，需要停电仔细检查。
（10）音频制作用电线材和连接接头复用率高，必须要定期检查，定期更新，绝不要为了节约成本使用老化电源线和电源接头。
（11）对所有员工定期进行用电安全培训，掌握安全用电知识是安全用电的基础。
（12）笔者建议，在电源终端部分尽量使用带保护盖板的标准工业电源连接器，或者配置英制标准等非常用电源插座，目的是防止不相干部门和人员在没有经过容许的情况下使用音频电源，从而对音频系统产生不必要的干扰和影响。当然，在系统设计时，需要考虑设有专门用来服务客户的用电端口，比如客户需要给手机充电，极端天气条件下所需的空调及生活用电如电热水壶等，但这些无关制作用电必须要在整个音频系统用电安全的大前提之下，并且在节目直播前必须断开。直播结束前不容许有任何人有关电闸和拔电源插头的行为，防止误操作，最好到观众疏散之后才可以断电。
（13）其他需要注意的各种用电安全注意事项等。
用电安全是基础安全，是必须满足的。
2供电安全
供电安全一般是指对于设备供电需要持续、稳定、无干扰。干净稳定的电源是音频制作安全的基础，对此给出实施方案和措施。
供电方案的制订，在符合2009年广播电影电视总局第62号令《广播电视安全播出管理规定》的前提下，根据节目的实际需求与现场的实际供电情况确定，达到安全、可靠、可行。
2.1电源的种类
常用电源的种类一般可以分为两种。
第一种是市电。一般场地方都会提供市电供电，使用安装比较方便，使用消耗成本也相应较低。市电一般很难做到专电专用，容易受到电网中负载的干扰，一些偏远地区缺少稳压、隔离等设备。
第二种是发电机（车）供电。发电机（车）一般都是专机专用，具有稳压功能，相对比较稳定和安全，但需保障燃油（料）持续供给，且发电设备完好正常，即可提供持续安全稳定的供电。但其使用成本较高，且发电机（车）本身会有比较大的噪声，需要把发电机（车）放置在较远位置，并做好声音隔断处理，但要考虑远距离传输带来的线路损耗。目前也有静音型的发电机（车），比老式发电机（车）的噪声减小很多，但对于音频制作仍需离开一定距离和声音隔断处理。
出于安全考虑，笔者更倾向于使用发电机（车）这种供电方式。
2.2电源对音频系统的干扰和音频系统常见噪声判别及解决办法
在市电条件下，可能会受到电网内负载的影响，也可能会因为电网内其他节点的用电问题产生波动，还可能受到电网内各种脉冲电路的干扰而产生噪声，影响音频制作安全。受影响最大的就是“接触式传导”的电磁干扰，可能由冰箱洗衣机、吸尘器的电机、日光灯管的整流器等所产生，甚至是计算机所产生的高频噪声;还有，如果音频和灯光系统的用电在同一电源上，灯光的可控硅箱可能对音频系统产生干扰。
如果是整流器干扰输入音频信号线所产生的噪声，可以通过调整走线，尽量离开整流器远一些。如果是并行大电流电源线干扰，一种是更换屏蔽更好的音频信号线，还有一种就是音频信号线尽量和大电流电源线距离远一些，当必须与大电流电源线交叉时，尽量垂直交叉。如果视频播放设备和音频系统用电存在电位差，一是可以在信号线中使用信号隔离变压器来解决，还有一种办法是让视频播放设备使用音频用电。
电源受到的干扰主要表现在电压波动、频率变化和谐波畸变。电压变化如果太大，当电压超过额定电压（在中国是220V）的10%时，可能会对设备造成致命影响，时间长可能会烧断保险丝或烧毁设备，带来不安全因素;当电压小于额定电压的10%时，可能会对模拟功放的放大波形造成失真，也会使系统电流增加，可能造成电路发热等现象，从而影响音频制作安全。电源的频率偏差如果过大，大于负载所能承受偏差幅度，可能会对负载造成损坏等致命影响（国标规定当系统容量小时，电网频率偏差允许值为：±0.5Hz）;谐波畸变的实际表现可能会使音频系统产生噪声。
2.3电源的检测及电源干扰解决方案
当音频系统因电源问题产生噪声时，其实是有迹可循的，这时可以用到电能质量和能量分析仪（如图2）。使用电能质量和能量分析仪对电源检测，当显示电源波形为光滑且规则的正（余）弦波曲线，同时谐波失真显示≤0.5%时，就说明此时的电源是干净稳定的，同时也能看出此时电源的电压和频率;如果显示电源波形失真或者带有毛刺，同时谐波失真显示>0.5%时，说明此时电源有干扰，可能会产生噪声，需要检查和处理。如果觉得有必要，也可以在电源系统中接入电能分析仪实时监控电源状况。
如果市电电源在检测中存在干扰的情况，可以用以下方式解决：
（1）在音频电源系统接入端串入电源稳压隔离装置;
（2）在音频电源系统中串入不间断电源（UPS，Uninterrupted Power Supply），通过UPS的整流逆变功能可以解决，UPS的功率需要大于干扰源功率的3倍以上。
現在舞台灯光越来越多地使用LED灯光设备，出现噪声的情况随之减少。但是在习惯中，如果使用市电作为电源，一般还是要求与灯光用电、舞美机械和特殊效果部门等电源分开。 2.4音频系统供电安全方案
为保障广播电视大型直播类节目的音频制作供电安全，一般会采取主备两路独立路由电源带自切换开关装置（见图3）的电源备份方案。
两路电源经自切开关后分配到2路空气开关上（所有空气开关不能带漏电保护），在2路空气开关后各串入一台足够功率的UPS，形成主备两路电源，这种方案成为SMG（上海广播电视台）在直播类重大节目音频制作的用电标配（见图4），UPS的容量大小为全功率候电时间不低于15分钟
因为自切装置一般会有零点几秒到几秒钟的切换时间，模拟类电子设备可能对瞬间切换电的反应没那么明顯，但可能会在切换电的瞬间快速开启发出爆裂声等噪声;基于计算机或DSP芯片处理的数字设备，遇到断电会重启，恢复需要一定的时间，可能出现一段时间的不受控状态，比较简单的处理办法是在电源系统中电源接点到负载总电源电箱串接UPS，在切换操作断电的那段时间由UPS提供短时间的不间断供电，同时UPS还具有稳压和整流作用，可以进一步确保输出供电质量。UPS很贵，租赁费用也很高，还非常重，功率越大电池组就越多越重，不间断供电时间也就越长，占地面积也越大，需要根据节目制作要求和成本要求来决定使用UPS的容量。如果制作要求和保障级别足够高，且有足够的经费，就在自切装置后级串上足够容量的UPS（如图5大型UPS机组）;如果预算有限，则在核心设备前添加一部分UPS，保证主要区域声音不会中断，保证演出不会中断这一最基本限度。要特别注意的是，目前大部分小功率（≤2kW）的UPS如果电池损坏或过载不会自动跳旁路，会有断电风险，一般只在双电源设备的其中—路电源上串接小功率的UPS。UPS摆放位置要注意消防安全隔离，做好安全防护措施，定期检查更换电池模块。
下面是笔者亲历的2017全国大众创业万众创新活动周启动仪式的用电方案，如图6。
（1）中央首长讲话，现场直播，安全级别为SMG制作安全用电标准的最高等级，SMG对外场特别重大活动保障的要求是，UPS的容量大小为全功率候电时间不低于15分钟。
（2）现场与仪式相关一共使用了3台发电机组，G9、G10机组为互为备份的主备电源，通过一级自切换后，其中一路与G8机组再进行二级自切换，经由UPSl组群为转播车、卫星车、音响系统提供电源;另一路除正常为现场空调机组提供电源外，与G8机组再进行二次自切，经由UPS2组为舞台机械、舞美、大屏、灯光提供电源，再提供一路备用开关可供音频系统使用。
（3）UPS每组群采用多组电池并联模式，每组由16节电池组成，每节电池装有电池监控，如果其中某—块电池损坏，电池组主机会报警，显示损坏的电池，这时只要关闭这组电池组，更换新的电池再开机即可。当关掉这组电池组后，UPS组群的总容量暂时减小，对电源系统整体使用没有任何影响。
（4）在直播前一天排练结束后和直播图62017全国大众创业万众创新活动周启动仪式的用电方案当天到现场准备时，需要检查所有接口和电源线路，确保电源线路无破损，无发热现象，电源系统无异常;在直播中，由专业人员看守UPS组群，派专人守卫音频系统电源关键位置，确保电源不会被人为断开和破坏，并实时监控线缆温度和电流状况，确保无异常状况。
（5）在音频系统整体搭建完成后必须进行带全负载断电测试：一是看主电源断停两级后备电源是否顺利切换，在切换时UPS是否正常供电;二是看主备三路电源全部断停下，检查UPS组的后备时间。
当然，两路电源也可以是一路市电，一路发电机（车）等，以当时判定的最安全电源为主电源。不管是哪种模式和方案，最终的目的都是为了“不能断电”。
3结语
为保障广播电视大型直播类节目的音频制作顺利进行，用电安全需要解决设备用电安全、人员安全、消防安全等安全问题，供电方案需要为音频制作系统提供干净稳定、安全可靠的电源;在用电安全和供电安全全部满足的条件下，同时要做好对可能突发状况的应对预案。这是音频制作安全的基础。
（编辑：杜青）
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