VDCUPS通訊電源系統(tǒng)應(yīng)用與維護(hù)綜述

1、48VDC UPS 通訊電源系統(tǒng)應(yīng)用與維護(hù)揚(yáng)州廣播電視臺(tái) 李安明 孫國(guó)超一 概述隨著三網(wǎng)融合進(jìn)程的逐步推進(jìn)，廣電網(wǎng)絡(luò)正在從單向網(wǎng)向雙向邁進(jìn)。承載著電視、通信、數(shù)據(jù)的處理、交換、傳輸?shù)木薮笮畔⒘康脑O(shè)備被廣泛運(yùn)用在各廣電網(wǎng)絡(luò)的前端機(jī)房，承擔(dān)這些重要設(shè)備供電的-48VDC UPS通訊電源也隨之進(jìn)入廣電網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，一旦-48VDC UPS出現(xiàn)停電故障，不但會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失、信號(hào)停播、數(shù)據(jù)傳輸中斷，還有可能造成不良的社會(huì)影響，其后果不堪設(shè)想。因此，精通該系統(tǒng)的工作原理，熟練掌握該系統(tǒng)的日常維護(hù)、故障處理一直是重中之重的首要工作。二 基本組成原理目前，電源之所以在通信電源得到廣泛運(yùn)用，是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的采用交流供

2、電相比其優(yōu)點(diǎn)為：可以避免信號(hào)的相互干擾。因?yàn)橹绷鞴╇姏](méi)有諧波干擾，而交流在使用中由于頻率的變化，產(chǎn)生大量的電波干擾，對(duì)電信號(hào)，特別是微電路，這是致命的影響； 便于用蓄電池做后備電源。安全性較交流供電高.因采用48V供電,與安全電壓36V相差不是很大。1、結(jié)構(gòu)組成從結(jié)構(gòu)上看，目前-48VDC UPS中/大型組合電源系統(tǒng)大都采用機(jī)架式模塊化設(shè)計(jì)，因而結(jié)構(gòu)緊湊，擴(kuò)容方便，操作簡(jiǎn)單。其典型的DC-UPS系統(tǒng)的機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般由直流配電模塊、低壓脫離模塊、交流配電模塊、監(jiān)控模塊和多個(gè)整流模塊組成。多個(gè)獨(dú)立的整流模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流，一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模

3、塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供了充足的時(shí)間。 注：當(dāng)安裝A、B、C三相整流器模塊時(shí)，要按A、B、C三相依次安裝，不要只裝A或B或C，否則會(huì)造成三相不平衡。2、功能原理從電氣性能上看，新一代-48VDC UPS通訊電源系統(tǒng)，大都采用有緣功率因數(shù)校正、高頻諧振變頻技術(shù)、有的還采用了RTT-HF （諧振變頻） 專(zhuān)利技術(shù)，具有效率高、功率密度高、加上更全面的電源網(wǎng)管系統(tǒng)，特別是對(duì)蓄電池的智能化監(jiān)測(cè)維護(hù)，大大地提高了電源的安全性和可靠性。1 交流配電模塊ACD交流配電模塊采用三相五線制交流輸入, 在大中型重要機(jī)房交流配電模塊的輸入電壓一般由梅蘭日蘭

4、、APC UPS提供，特別對(duì)停電頻繁的地區(qū)，采用AC UPS作為通信電源交流輸入很有必要。該功能模塊一般都具有進(jìn)線過(guò)載及短路保護(hù)、整流器過(guò)載及短路的第二重保護(hù)、交流輸入防雷及告警等功能。對(duì)于每個(gè)整流模塊的交流輸入采用單獨(dú)配電控制，其大致原理如圖2所示。2 直流配電模塊(DCD)直流配電模塊將整流器輸出的直流電輸送到負(fù)載和電池。直流配電模塊的保護(hù)裝置有三種：小型空氣開(kāi)關(guān)（DCM）、熔斷器型（DCF）和混合型(DCFM)。任一熔斷器故障自動(dòng)產(chǎn)生聲光告警（如圖3所示）。對(duì)于直流負(fù)載的分路標(biāo)準(zhǔn)，一般按照：重要負(fù)載分路、次要負(fù)載分路、電池熔斷器三種形式進(jìn)行分配。3 低壓脫離模塊(LVD)在停電頻繁的地區(qū)

5、，當(dāng)輸入交流電長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)， 為保護(hù)電池防止電池過(guò)放電，有的通信電源采用了低壓脫離(LVD)功能。低壓脫離模塊(LVD)具有二次下電功能，其動(dòng)作順序?yàn)橄让撾x次要負(fù)載，后脫離電池或后脫離主要負(fù)載。如圖4所示，當(dāng)蓄電池電壓降到低于預(yù)設(shè)脫離電壓值時(shí)，LVD模塊上的直流接觸器的主觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)蓄電池電壓升到高于預(yù)設(shè)重接電壓值時(shí)，直流接觸器的主觸點(diǎn)重接，從而有效地保護(hù)電池及重要負(fù)載。脫離電壓及重接電壓可視需要任意設(shè)置。 建議：在確保交流電不可能中斷的條件下，為防止人為誤動(dòng)作可將LVD功能禁止。（4）整流模塊基本原理：圖5是構(gòu)成整流模塊功能的主電路。交流濾波器濾除電網(wǎng)交流電中的雜波，經(jīng)過(guò)第一節(jié)整流電路的整流

6、，輸出較平滑的直流電壓，再通過(guò)有源功率因素的校正，輸入到高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分逆變器，逆變器輸出的高頻脈沖電壓經(jīng)第二節(jié)整流電路的整流和濾波，最終輸出穩(wěn)定可靠的48V直流電壓供電池和負(fù)載。功能特點(diǎn)：模塊化的整流器可以在線熱插拔，全部設(shè)置均自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工干預(yù)；在電路設(shè)計(jì)上大都具有高溫減載保護(hù)和過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)功能，有的還具有微處理器故障安全備份電路，大大提高了安全性和可靠性。普遍的整流模塊都采用的是高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)，使得電源效率更高，交流輸入范圍變得很寬（允許電壓范圍可在150320V），加上高可靠性的智能風(fēng)冷技術(shù)的應(yīng)用，從而能適應(yīng)更高的環(huán)境溫度（高達(dá)75）。為了方便判斷在線整流器的工作狀態(tài)，整流模

7、塊面板上一般帶有指示燈, 用來(lái)指示在線整流器的工作狀態(tài)、運(yùn)行模式、故障類(lèi)型等。監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊監(jiān)視整個(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行，發(fā)布命令控制整流器及LVD的運(yùn)行。系統(tǒng)中的每個(gè)模塊都被監(jiān)視，一旦發(fā)生影響系統(tǒng)性能的故障，便觸發(fā)告警器。監(jiān)控模塊大都能夠?qū)崿F(xiàn)其如下功能： 配置編輯功能：通過(guò)相應(yīng)的配置編輯軟件，能設(shè)置所有的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)； 系統(tǒng)控制功能：具有手動(dòng)及自動(dòng)均浮充轉(zhuǎn)換、均充（手動(dòng)/周期）、智能快充（即自動(dòng)均充）；主動(dòng)電壓控制，使電池得到合適電壓充電；智能電池測(cè)試，階段性測(cè)試電池的好壞，電池限流（發(fā)電機(jī)使用限流），限流點(diǎn)可根據(jù)需要任意設(shè)置，以保護(hù)電池；溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償值等參數(shù)可根據(jù)需要任意設(shè)置，以保護(hù)電池；遙

8、控開(kāi)關(guān)整流器，自動(dòng)均流，兩級(jí)低電壓脫離等功能； 通信功能：通過(guò)通訊接口，由省網(wǎng)統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各市縣遠(yuǎn)、近程監(jiān)控（如圖6所示），很方便地實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測(cè)、遙控”的功能； 聲光告警功能：其典型告警有整流器緊急/非緊急,熔斷器故障,交流進(jìn)線故障,浮充電壓過(guò)高/過(guò)低,負(fù)載電壓過(guò)高/過(guò)低,限流等； 測(cè)量并顯示功能：前面板上的LCD顯示器，可顯示測(cè)量的整流器電流,匯流排電壓,負(fù)載總電流及電池總電流,系統(tǒng)功率%,電池溫度,交流電壓,單個(gè)整流器電流等。圖6 集中監(jiān)控系統(tǒng)三 系統(tǒng)主要參數(shù)的計(jì)算1、 48VDC UPS系統(tǒng)額度輸出容量的選擇在容量一定的條件下，為了充分提高48VDC UPS電源的效率，一般負(fù)

9、載功率應(yīng)滿(mǎn)足額定功率的6070%，即系統(tǒng)額定輸出功率系統(tǒng)實(shí)際功率/6070%。揚(yáng)州前端機(jī)房共有兩臺(tái)48VDC UPS通信電源，分別作為主、備電源，考慮到UPS有可能的負(fù)載波動(dòng)或啟動(dòng)沖擊以及今后的預(yù)計(jì)的擴(kuò)容值每臺(tái)電源的額定功率為：36000W,從而可以選定每臺(tái)48VDC UPS的系統(tǒng)額定輸出容量為：36000W/0.660000W。2、 蓄電池的工作時(shí)間的計(jì)算揚(yáng)州機(jī)房主、備48VDC UPS每臺(tái)并接兩組2V、1000AH的蓄電池組，每組共24節(jié)，從而可知蓄電池組電壓2V×2448V,蓄電池組容量1000AH×2424000AH， 再根據(jù)滿(mǎn)載時(shí)蓄電池工作時(shí)間蓄電池組容量

10、5;電壓/主機(jī)額定功率×0.75（功率因數(shù)）公式計(jì)算得：系統(tǒng)滿(mǎn)載時(shí)蓄電池工作時(shí)間為2×24×1000/（60000×0.75）48000/45000=1.06小時(shí)，說(shuō)明該系統(tǒng)在在滿(mǎn)負(fù)荷條件下斷電時(shí)蓄電池至少可以工作1小時(shí). 由于本機(jī)房的重要性，以及今后擴(kuò)容的需要實(shí)際負(fù)載功率只為9000W,那么按實(shí)際負(fù)載功率計(jì)算蓄電池的工作時(shí)間為：2V×24 ×1000AH/ 9000W5.3小時(shí)，實(shí)際證明該計(jì)算值與實(shí)際值相當(dāng)。3、 交、直流熔斷器或空氣開(kāi)關(guān)的選擇交、直流熔斷器或空氣開(kāi)關(guān)的大小的選擇一般可按該路所承擔(dān)的額定電流的5060%計(jì)算。例如一臺(tái)

11、1200W額定功率設(shè)備可選擇2×1200W/48V50A左右熔斷器或空氣開(kāi)關(guān)。四 在機(jī)房中的連接圖7、圖8為揚(yáng)州電視臺(tái)前端機(jī)房48VDC設(shè)備的供電方式的示圖。首先采用不同變電站實(shí)行兩路市供電，主、備兩路市電源分別輸入380V交流電到自動(dòng)出切換柜，正常情況下自動(dòng)切換柜輸出主路到兩個(gè)并聯(lián)的交流UPS電源(如梅蘭日蘭)，從而最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)48VDC電源市電不間的輸入。所有交流電都采用三相五線制方式。不同路由的主、備48VDC電源為同一設(shè)備供電，大大地提高了設(shè)備供電的安全性。省中心機(jī)房通過(guò)集中監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各縣市電源的各技術(shù)指標(biāo)的運(yùn)行狀況和電池的充、放電實(shí)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。五 故障處理機(jī)房電

12、源一旦發(fā)生電源故障，首先要根據(jù)電源設(shè)備的聲光和和屏幕顯示提示迅速判斷是外電故障，還是通信電源故障，還是設(shè)備本身電源故障。故障處理以圖7、圖8揚(yáng)州機(jī)房供電來(lái)進(jìn)行分析。1、 故障現(xiàn)象：僅僅是自動(dòng)切換柜發(fā)出聲光告警。故障處理：此為外電380V交流故障。觀察自動(dòng)切換柜的兩路電源的電壓表頭指示，如果有一路電壓表頭指示為零，繼續(xù)檢查輸入空開(kāi)是否跳閘，如果空開(kāi)正常再通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量該路到切換柜的輸入電壓，從而可以判斷是否因一路外電停電引起，否則檢查輸入接線是否接觸良好。2、 故障現(xiàn)象：梅蘭日蘭或APC UPS發(fā)出聲音報(bào)警，并指示交流丟失。故障處理：從故障現(xiàn)象可以判斷是交流UPS的輸入中斷所致。首先應(yīng)檢查自動(dòng)切

13、換柜主、備線路表頭電壓指示是否都為零，若都為零是兩路外電都中斷所致；若有一路表頭指示為零，應(yīng)檢查自動(dòng)切換柜切換開(kāi)關(guān)是否處于自動(dòng)狀態(tài)，輸出空開(kāi)是否跳閘，接線是否良好。注：任一外電停電應(yīng)立即通知相關(guān)供電部門(mén)和領(lǐng)導(dǎo)。3、 故障現(xiàn)象：48VDC UPS監(jiān)控器報(bào)警，顯示交流輸入為零。故障處理：如若AC UPS也發(fā)出故障告警，可以確認(rèn)此故障是AC UPS引起,否則查看AC UPS輸出到交流配電柜的空開(kāi)是否跳閘，AC UPS輸出到DC UPS之間的接線是否牢固可靠。當(dāng)交流輸入為零時(shí)，一定要控制在DC UPS電池后備時(shí)間之內(nèi)，并時(shí)刻注意查看電池剩余時(shí)間，如果電池剩余時(shí)間不能堅(jiān)持到交流電恢復(fù)時(shí)刻，應(yīng)盡早采取應(yīng)對(duì)

14、措施，確保萬(wàn)無(wú)一失。4、 故障現(xiàn)象：監(jiān)控器報(bào)警顯示：“交流故障”。故障處理：在確認(rèn)交流供電UPS正常的情況下，仔細(xì)測(cè)量A、B、C三相電壓是否正常，測(cè)量中線“N”是否完好，查看三相五線機(jī)架交流配模塊處的接頭松緊。否則是整流器本身故障，更換新整流器。注：該電源系統(tǒng)接地相當(dāng)重要，走線一定要規(guī)范，否則引起的高頻干擾會(huì)造成熔斷器誤告警。5、 故障現(xiàn)象：檢測(cè)不到整流器在機(jī)架中的位置。故障處理：首先檢查整流器與監(jiān)控器通訊連接接觸情況；查看機(jī)架背板接插件松緊情況；有些廠家的整流器還通過(guò)編碼開(kāi)關(guān)設(shè)置控制，若編碼開(kāi)關(guān)設(shè)置不到位或接觸不好，會(huì)出現(xiàn)某個(gè)位置檢測(cè)不到整流器，且位置是變動(dòng)的，遇到此情況應(yīng)檢查編碼開(kāi)關(guān)的設(shè)置

15、，重新拔插整流器，并RESET 整流器；如果該整流器是第一次使用，還應(yīng)查看與監(jiān)控器配置的版本型號(hào)是否相符；如果以上故障因素一一被排除就應(yīng)考慮更好新的整流器。6、 故障現(xiàn)象：監(jiān)控器的電流讀數(shù)不正常。故障處理：若監(jiān)控器的電流讀數(shù)一直為滿(mǎn)量程，仔細(xì)檢查相應(yīng)匯流排的分流器的取樣線及其接線；查看分流器輸出是否超量程，若超量程更換相應(yīng)的分流器。監(jiān)控器顯示電流值為零，查看電流取樣線是否接錯(cuò)或斷開(kāi)。監(jiān)控器電路板內(nèi)部故障，更換監(jiān)控器。7、故障現(xiàn)象：接通交流電源后，個(gè)別整流模塊紅色指示燈亮，監(jiān)控器上也有聲光告警提示。故障處理：整流器壞，需更換整流器。8、故障現(xiàn)象：整流器經(jīng)常進(jìn)入均充。故障處理：查看監(jiān)控器配置是否有

16、誤，建議按廠家要求正確配置整流器的均充參數(shù)和模擬信道；在均充參數(shù)配置正確的情況下，應(yīng)注意負(fù)載和電池狀況，查看電池組的在線電壓和充電電流大小，判斷是否由于個(gè)別電池出現(xiàn)短路或電池超年限使用使得性能下降引起。電池問(wèn)題不可小視，它會(huì)引起各種故障，特別在交流電停電時(shí)，會(huì)使個(gè)別整流器重新啟動(dòng)，更嚴(yán)重的48VDC UPS有可能無(wú)法工作或損壞；排除上述故障因素，有可能是監(jiān)控器內(nèi)部器件故障，更換新的監(jiān)控模塊。一般情況下個(gè)別整流器由于外來(lái)直流電壓的變動(dòng)，導(dǎo)致過(guò)壓關(guān)機(jī)，或電池放電至電壓低于整流器的低壓限值而關(guān)機(jī)，此時(shí)只要將其整流器拔出，再插入即可恢復(fù)正常工作。9、故障現(xiàn)象：低壓脫離（LVD）失靈。故障處理：首先檢查

17、LVD低壓脫離開(kāi)關(guān)是否在自動(dòng)脫離檔；再檢查低壓脫離與監(jiān)控器之間通訊連接，以及和機(jī)架相關(guān)連線是否正確和牢固；再在監(jiān)控器相應(yīng)菜單中，查看低壓脫離設(shè)置門(mén)限值，如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)造成低壓脫離（LVD）失靈，建議按缺省值設(shè)置；當(dāng)上述故障因素一一排除之后，可能是LVD低壓脫離控制板故障，應(yīng)更換好的LVD板。 另當(dāng)交流停電，電池脫離后，監(jiān)控器無(wú)直流電源供電，又LVDPCB的電源取自LVD開(kāi)關(guān)之后，所以不能手動(dòng)吸合屬正常情況。六 日常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)1、DC-UPS主機(jī)的維護(hù)每天定時(shí)檢查：設(shè)備指示燈的指示情況；網(wǎng)管上的各種告警情況；機(jī)房環(huán)境溫度、濕度和設(shè)備內(nèi)部環(huán)境運(yùn)行溫度；檢查并記錄設(shè)備的八個(gè)系統(tǒng)值：整流器電流(總）

18、、匯流排電壓、負(fù)載電流、電池電流、系統(tǒng)功率、電池溫度、交流電壓、整流器電流（單個(gè)），以確定設(shè)備的運(yùn)行狀況。周期性定期檢查：通過(guò)紅外溫度檢查連接處溫度，判斷各緊固件是否松動(dòng)，若溫度過(guò)高，可以判斷連接處有松動(dòng)，要及時(shí)分析判斷處理；定期清潔電源內(nèi)部灰塵、清洗濾層網(wǎng)；每年雷雨季節(jié)來(lái)臨之前，一定要認(rèn)真檢查UPS的有效屏蔽和接地情況，做好電源線和通信線（例如遠(yuǎn)端監(jiān)控信號(hào)線）防雷過(guò)壓保護(hù)；每年冬季一定保證機(jī)房濕度（最佳相對(duì)濕度范圍45%50%），防止靜電損壞設(shè)備。 2、蓄電池的維護(hù)從DCUPS故障的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，蓄電池造成的電源故障不在少數(shù)。糾其原因大都是平時(shí)維護(hù)不當(dāng)或維護(hù)不到位引起。每天定時(shí)檢查：電池房的環(huán)境溫度。最好保持在2025之間，溫度過(guò)低（15），會(huì)減低電池容量，溫度過(guò)高（30 ）會(huì)減低電池壽命；同時(shí)注意保持電池房的清潔，防止由于昆蟲(chóng)和老鼠發(fā)生電池短路的事故。周期性定期檢查：檢查蓄電池各接線的緊固螺絲松緊和銹蝕情況；電池外殼是否變