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电力通信能力培训手册培训资料422020年4月19日文档仅供参考电力通信能力培训手册(通信电源技术)培训手册艾默生PS48300/1800智能高频开关电源系统技术手册目 录第一章 概述11.1 型号说明11.2 配置11.3 主要特点21.4 工作原理31.5 主要功能31.5.1 防雷31.5.2 负载下电和电池低电压保护41.5.3 故障告警和保护41.6 技术参数4第二章 整流模块R48-1800A72.1 型号说明72.2 外观与结构72.3 功能和特点82.4 故障保护102.5 技术参数12第三章 监控模块M500D143.1 型号说明143.2 外观与结构143.3 主要功能163.3.1 显示与设置功能163.3.2 电池自动管理功能163.3.3 控制功能173.3.4 告警与告警处理173.3.5 采用多种方式与后台进行通信173.3.6 后台主机可经过监控模块对电源系统实现三遥功能183.3.7 干接点对应输出的告警类型能够灵活设置183.3.8 重要操作设置密码保护183.4 电源参数19第四章 交直流配电单元204.1 结构204.2 主要功能204.2.1 交流配电的主要功能204.2.2 直流配电的主要功能20第五章 工程设计参考215.1 机械参数215.2 防雷及浪涌保护215.3 接地设计225.4 系统工程设计参数225.5 系统原理图24第一章 概述1.1 型号说明系统型号说明见图1-1。图1-1 电源系统型号说明注:48V表示输出电压为直流、输出正极端接地。1.2 配置PS48300/1800系统有3种配置方式:1PS48300/1800-X1:双路交流输入、有用户交流输出,直流输出路数为12路,机柜高度1.6m。2PS48300/1800-X3:双路交流输入、有用户交流输出,直流输出路数为12路,机柜高度2.0m。3PS48300/1800-X2:单路交流输入、无用户交流输出,直流输出路数为12路,机柜高度2.0m。4PS48300/1800-X6:单路交流输入、有用户交流输出,直流输出路数为7路,无整流模块输入空开,机柜高度1.6m。电源系统的配置表见表1-1。 表1-1 PS48300/1800系统配置表部件PS48300/1800-X1PS48300/1800-X3PS48300/1800-X2PS48300/1800-X6监控模块M500D1台整流模块R48-1800A标准配置:5台;可选数量:210台交流配电防雷II/C级防雷交流输入两路交流输入,交流输入空开规格:2100A/3P单路交流输入,交流输入空开规格:163A/4P交流输出交流输出空开规格:116A/3P,316A/1P无用户交流输出交流输出空开规格:116A/3P,116A/1P直流配电防雷直流侧防雷电池两路电池输入熔丝:2250A NT1负载输出12路负载输出,总负载电流200A。其中:1负载下电支路有6路,包括:5100A(FUSE),163A/1P(MCB)2电池保护下电支路有6路,包括:263A/1P,232A/1P,210A/1P(MCB)7路负载输出,总负载电流200A。其中:1负载下电支路有3路,包括:3100A(FUSE)2电池保护下电支路有4路,包括:232A/1P,210A/1P(MCB)可选部件温度传感器及其线缆,Modem,远程监控附件系统由交流配电单元、直流配电单元、整流模块及监控模块组成。交流配电单元位于机柜下部,直流配电单元位于机柜上部。整流模块型号为R48-1800A,监控模块型号为M500D。以PS48300/1800-X1系统为例,内部结构如图1-2所示。图1-2 PS48300/1800-X1系统结构示意图1.3 主要特点l 整流模块采用有源功率因数补偿技术,功率因数值达0.99。l 交流输入电压正常工作范围宽至85V300V。l 整流模块采用全面软开关技术,额定效率高达91以上。系统效率高达88以上。l 整流模块超低辐射。采用先进的电磁兼容设计,整流模块能够满足CE、NEBS、YD/T983等国内外标准要求。整流模块的传导和辐射均能达到Class B的要求。l 整流模块安规设计符合UL,CE,NEBS标准。l 模块功率密度高。l 整流模块采用无损伤热插拔技术,即插即用,更换时间小于1min。l 整流模块有输出过压硬件保护和输出过压软件保护。软件过压保护方式有两种选择:一次过压锁死模式、二次过压锁死模式。l 完善的电池管理。有电池低电压保护功能和负载下电功能,能实现温度补偿、自动调压、无级限流、电池容量计算、在线电池测试等功能。l 可记录200条历史告警记录;可记录10组电池测试数据。l 网络化设计,提供一路RS232接口、Modem、干接点等多种通信接口,组网灵活,可实现远程监控,无人值守。l 完善的交、直流侧防雷设计。l 完备的故障保护、故障告警功能。1.4 工作原理市电经交流配电分路进入整流模块,经各整流模块整流得到的-48V直流电经过汇接进入直流配电,分多路提供给通信设备使用。正常情况下,系统运行在并联浮充状态,即整流模块、负载、蓄电池并联工作;整流模块除了给通信设备供电外,还为蓄电池提供浮充电流。当市电断电时,整流模块停止工作,由蓄电池给通信设备供电,维持通信设备的正常工作;市电恢复后,整流模块重新给通信设备供电,并对蓄电池进行充电,补充消耗的电量。监控模块采用集中监控的方式对交流配电、直流配电进行管理,同时经过CAN通讯的方式接收整流模块的运行信息并进行相应的控制。监控模块还可经过RS232方式连接本地计算机,并可经过Modem或其它传输资源(如公务信道等)连接监控中心,实现电源系统的集中监控组网。PS48300/1800电源系统详细的原理图见Error! 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故障告警和保护PS48300/1800电源系统具有完善的故障告警和保护功能。可经过监控模块实时采集系统的数据,检测负载输出熔丝、电池熔丝的状态以及II/C级防雷器的状态等。能够根据用户要求,对交流输入和直流输出过、欠压告警,熔断器告警,系统的浮充和均充状态,整流模块故障和保护告警等系统故障灵活设置其告警级别,有选择地进行声光报警,同时灵活配置告警干节点指示的告警类型。1.6 技术参数PS48300/1800系统的技术参数见下表:表1-2 系统的技术参数参数类别参数名称描述环境条件工作温度540储存温度4070相对湿度595RH海拔高度 m(超过需降额使用)其它没有导电尘埃和腐蚀性气体,没有爆炸危险交流输入输入制式三相五线制额定输入相电压220V输入电压范围85300Vac输入交流电压频率4565Hz最大输入电流40A(170V输入)功率因数0.99直流输出输出直流电压42.257.6Vdc输出直流电流0300A稳压精度1效率88峰峰值杂音电压200mV(020MHz)电话衡重杂音电压2mV(3003400Hz)宽频杂音电压100mV(3.4kHz150kHz);30mV(150 kHz30MHz)离散杂音5mV(3.4kHz150kHz);3mV(150kHz200kHz);2mV(200 kHz500kHz);1mV(0.5MHz30MHz)交流输入告警和保护交流输入过压告警点缺省值2805Vac,监控模块可设交流输入过压告警恢复点缺省值2705Vac,低于交流输入过压告警点10Vac交流输入欠压告警点缺省值1805Vac,监控模块可设交流输入欠压告警恢复点缺省值1905Vac,高于交流输入欠压告警点10Vac直流输出告警和保护直流输出过压保护点缺省值59.00.2 Vdc直流输出过压告警点缺省值58.50.2Vdc 监控模块可设直流输出过压告警恢复点缺省值58.00.2Vdc 低于过压告警点0.5Vdc直流输出欠压告警点缺省值45.00.2Vdc 监控模块可设直流输出欠压告警恢复点缺省值45.50.2Vdc 高于欠压告警点0.5Vdc负载下电动作点缺省值44.00.2Vdc 监控模块可设电池保护动作点缺省值43.20.2Vdc 监控模块可设整流模块均流特性整流模块能够并机工作,并具有按负载均分负载能力,其不平衡度应优于3的输出额定电流值;测试电流范围10100额定电流输入限功率(45)176Vac输入,模块最大输出功率为100额定功率,即1740W110Vac输入,模块最大输出功率为50额定功率,即1050W85Vac输入,模块最大输出功率为44.4额定功率,即800W过压保护方式整流模块有输出过压硬件保护和输出过压软件保护,硬件过压保护点为59.5V0.5V之间,硬件过压保护后需要人工干预才能够开机。软件保护点能够经过监控模块设置,设置范围为5659V(要求比输出电压高0.5V以上,出厂默认值为59V)软件过压保护模式有两种,能够经过后台维护软件选择:1一次过压锁死模式当整流模块输出达到软件保护点后,整流模块关机并保持,需要人工干预方可恢复工作;2二次过压锁死模式整流模块软件保护后,关机5秒钟内重新开机,如果在设定时间内(默认为5分钟,能够经过监控模块设置)发生第二次过压,整流模块则关机并保持,需要人工干预方可开机。人工干预方法:能够经过监控模块复位整流模块,也能够经过从电源系统上脱离整流模块来复位输出缓启功能模块开机瞬间,输出电压可缓慢上升,上升时间能够设置风扇转速可设模块的风扇转速能够设置成自动调节,也能够设置为全速温度限功率45环境温度以下,模块能够满功率1740W输出;45环境温度以上,模块输出采用线性限功率,其中:55环境温度,模块输出功率1450W;65环境温度,模块输出功率1160W;70环境温度,模块输出功率为零EMC指标传导发射Class A 参考标准:EN55022辐射发射EFTLevel 4 参考标准:EN61000-4-4ESDLevel 3 参考标准:EN61000-4-2浪涌Level 4 参考标准:EN61000-4-5辐射抗扰性Level 2 参考标准:EN61000-4-3传导抗扰性Level 2 参考标准:EN61000-4-6抗雷击特性交流侧抗雷击特性交流输入侧能承受模拟雷电冲击电压波形为10/700s,幅值为5kV的正负极性冲击各5次;模拟雷电冲击电流波形为8/20s,幅值为20kA的正负极性冲击各5次,并可承受8/20s模拟雷电冲击电流40kA、1次。每次检验冲击间隔时间不小于1min直流侧抗雷击特性直流侧能承受模拟雷电冲击电流波形为8/20s,幅值为10kA的冲击一次其它安规符合EN60950标准噪声在周围环境温度为25时,不大于55dB(A)绝缘电阻在温度处于1535,相对湿度90RH的环境中,施以试验直流电压500V,交流电路和直流电路对地,交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于10M其它绝缘强度测试时应临时取下防雷单元、监控模块以及整流模块,交流回路对直流回路应能承受50Hz、有效值为3000Vac的交流电压后一分钟,漏电流10mA,无击穿无飞弧现象。交流回路对地应能承受50Hz、有效值为2500Vac的交流电压后一分钟,漏电流10mA,无击穿无飞弧现象。直流电路对地应能承受50Hz、有效值为1000Vac的交流电压一分钟,漏电流10mA,无击穿、无飞弧现象。不与主回路直接连接的辅助电路应能承受50Hz,有效值为500Vac的交流电压一分钟,漏电流10mA,无击穿无飞弧现象MTBF200 000hrROHS要求满足RoHS指令中R5的要求机械参数尺寸(mm)机柜PS48300/1800-X1及PS48300/1800-X6:600(宽)600(深)1600(高)PS48300/1800-X2及PS48300/1800-X3:600(宽)600(深) (高)监控模块M500D87(高)85(宽)287(深)整流模块R48-1800A87.9mm(高)85.3mm(宽)272mm(深)重量(kg)机柜(不包括整流模块和监控模块)PS48300/1800-X1及PS48300/1800-X6130PS48300/1800-X2及PS48300/1800-X3150监控模块M500D0.76整流模块R48-1800A2.0第二章 整流模块R48-1800A2.1 型号说明整流模块型号说明见图2-1。图2-1 整流模块型号说明2.2 外观与结构整流模块的外观如图2-2所示:图2-2 整流模块外观图前面板整流模块的前面板有3个指示灯,如图2-3所示:图2-3 整流模块前面板图指示灯的功能见下表:表2-1 整流模块指示灯功能说明指示标识正常状态异常状态异常原因电源指示灯(绿色)亮灭无输入电源闪亮后台监控对模块进行操作保护指示灯(黄色)灭亮交流输入过欠压,模块PFC输出过欠压,过温,模块不均流闪亮模块通讯中断故障指示灯(红色)灭亮输出过压,同一系统上有两个或以上相同ID的模块,模块电流严重不均流闪亮模块风扇故障 后面板整流模块的背板有交流输入插座和直流输出插座,如图2-4所示:图2-4 整流模块后面板图整流模块的输入、输出插座采用热插拔技术,安装维护极为方便。交流输入插座/直流输出插座管脚功能详细说明如下:表2-2 交流输入插座管脚功能管脚号管脚功能PIN1接交流相线PIN2接交流中线PIN3接保护地表2-3 直流输出插座管脚功能管脚号管脚功能管脚号管脚功能PIN1输出正端PIN4通讯负信号PIN2空PIN5通讯正信号PIN3热插拔PIN6输出负端2.3 功能和特点1热插拔整流模块采用无损伤热插拔技术,其输出和输入都有软启动单元,当模块插入系统时,不会引起系统输出电压的扰动。更换模块时间小于1分钟。2数字化均流整流模块采用先进的数字化均流技术,无需监控模块,整流模块间能够自动均流,均流不平衡度小于3。3输入限功率控制整流模块根据输入电压和输出电压的变化,采用先进的限功率控制方法。转换点在176V(回差小于2V)。当输入电压在176Vac300Vac时,模块能够输出最大功率;当输入电压在85Vac176Vac时,使其在低输入电压时既保证最大负载需求,又能保证模块的可靠工作,其输出功率与输入电压的关系如图2-5所示。图2-5 整流模块输出功率与输入电压关系示意图45时,输出功率与输入电压关系说明:176Vac输入,模块最大输出功率为100额定功率,即1740W;110Vac输入,模块最大输出功率为50额定功率,即1050W;85Vac输入,模块最大输出功率为44.4额定功率,即800W。4输出负载特性输入电压176Vac300Vac时,模块最大输出功率为1740W。当负载继续增大,输出电压将下降,输出电压在52.7V58V时,输出功率恒定,最大为1740W,即输出电压为58V时,最大输出电流为30A;输出电压为52.7V时,最大输出电流为33 A。其输出电压与输出电流的关系如图2-6所示。图2-6 整流模块输出电压与输出电流关系示意图5温度限功率模块正常输入状态下,在2045工作温度区间,能够正常工作而且达到最大输出功率1740W;在其它温度区间则限功率输出,如下表所示:表2-4 模块温度限功率说明温度范围输出功率4020能够正常启动并连续工作2045正常工作,可输出1740W4555线性限功率到1450W5565线性限功率到1160W6570线性限功率到0W整流模块输出功率与温度关系如图2-7所示。图2-7 整流模块输出功率与温度关系示意图6输出限流点调节经过外部监控模块,整流模块的限流点在42.0V58.0V范围内可调,步长0.1A。在额定输入条件下,正常输出电压范围(42V58V)内整流模块的输出限流点与监控设定值的误差不大于1A。7输出电压调节经过外部监控模块,整流模块的输出电压能连续调整,调整范围为42V58V,调整精度为0.1V。8风扇控制正常工作时,风扇的转速随模块温度的升高而提高,直到满转。交流过/欠压时,风扇停止转动。9监控性能整流模块有内置先进的数字化信号处理器DSP,监测和控制整个模块的运行,并经过CAN总线与外部监控模块通讯。具体包括:1)能够经过监控模块控制整流模块开/关机,设置模块输出电流缓起功能和过压保护复位模式。2)能够经过监控模块调整整流模块的输出电压、过压点、电流步进时间、限流点。3)向监控模块发送输入电压、输出电压、输出电流、限流点、温度、过压点;4)向监控模块发送开/关机状态、输入保护、内部PFC过/欠压保护、过温保护、过压关断故障、风扇故障、温度限功率、输入限功率,电流不平衡。2.4 故障保护1输入过/欠压保护当输入电压小于80Vac5Vac或者大于305Vac5Vac,保护指示灯(黄灯)亮,模块将停止工作、无输出。输入电压恢复到97.5295Vac范围以内,整流模块自动恢复为正常工作。过压保护事件发生时模块会上报监控模块。2输出过压保护整流模块有输出过压硬件保护和输出过压软件保护,硬件过压保护点为59.5V0.5V之间,硬件过压保护后需要人工干预才能够开机。软件保护点能够经过监控模块设置,设置范围为5659V,要求比输出电压高0.5V以上,出厂默认值为59V。软件过压保护模式能够经过监控模块选择:1)一次过压锁死模式当整流模块发生软件过压,整流模块关机并保持,需要人工干预方可恢复;2)二次过压锁死模式整流模块软件保护后,关机5秒钟内重新开机,如果在设定时间内(默认为5分钟,能够经过监控模块设置)发生第二次过压,整流模块则关机并保持,需要人工干预方可开机。人工干预方法:能够经过监控模块复位整流模块,也能够经过从电源系统上脱离整流模块来复位。过压故障发生时,模块上报故障信号给监控模块进行相应处理。3过温保护在模块的进风口被堵住、环境温度过高或者风扇故障等原因导致模块内部温度达到98时,模块面板的保护指示灯(黄灯)亮,模块将停止工作、无输出。当异常条件清除,模块内部的温度恢复正常后,模块将自动恢复为工作,过温告警消失。过温保护发生时,模块上报告警信号给监控模块进行相应处理。4PFC输出过/欠压保护当模块内部母线电压超过过/欠压保护点时,模块将自动关机保护,模块无输出,而且模块面板的保护指示灯(黄灯)亮。PFC输入过压保护发生时,模块上报告警信号给监控模块进行相应处理。5风扇故障保护当风扇发生故障时,模块将产生风扇故障告警,模块面板上的故障指示灯(红灯)闪烁,模块关机、无电压输出。故障消除后,可自动恢复为正常工作。故障事件发生时,模块上报告警信号给监控模块进行相应处理。6短路保护整流模块采用恒流保护模式,在输出短路的情况下,模块输出电流保持恒定,电流33A,有效地保护自身和外部设备;当短路故障消失后,模块自动恢复工作。7输出电流不平衡当多个整流模块在系统并联使用,均流误差大的模块能自动识别,并点亮模块面板上的保护指示灯(黄灯);系统上模块的平均电流6A而模块的电流小于1A时,判断为严重不均流故障,红灯亮;同一系统上有两个或以上相同ID的模块时,红灯亮。如果模块输出电流发生严重不平衡时,均流误差大于5A且模块无输出的模块能自动识别,并点亮模块面板上的故障指示(红灯)。故障消除后,可自动恢复为正常工作。故障事件发生时,模块上报告警信号给监控模块进行相应处理。8后台通讯中断模块发生通讯中断后,模块面板的保护指示灯(黄灯)闪烁。当模块通讯恢复后,模块面板的保护指示灯(黄灯)恢复正常。当模块通讯正常后,模块自动恢复工作。为了保护蓄电池,当模块通讯故障后,模块的输出电压变化到53.5V(根据实际需要,能够预先设置不同电压)。2.5 技术参数表2-5 R48-1800A整流模块技术参数表参数类别参数名称描述环境条件工作温度4070贮存温度4070相对湿度90RH,无冷凝海拔高度200m1800m。海拔高度 m以上降额使用冷却方式强迫风冷交流输入输入电压制式单相三线制输入电压范围85Vac300Vac 额定输入电压200Vac250Vac功率降额输入电压范围85Vac176Vac不工作承受最大静态电压415Vac额定输入电流9A1740W最大输入电流12A1740W/176Vac输入冲击电流17A允许输入电网频率45Hz65Hz额定输入电网频率50Hz/ 60Hz直流输出输出直流电压范围42V58V输出直流电流0A33A稳压精度0.5负载调整率0.5电压调整率0.1开机启动冲击电流17A输出限流特性无级限流,限流点0A33A(能够经过监控单元调节),限流精度1A(42V58V)功率因数和THD功率因数0.90 2550额定输出功率0.98 50100额定输出功率0.99 100额定输出功率THD5 50100额定输出功率杂音指标峰-峰值杂音100mV(0Hz20MHz) 参考标准:YD/T7314.4.3.4电话衡重杂音2mV 参考标准:YD/T731_ 4.4.3.1宽频杂音50mV(3.4kHz150kHz) 参考标准:YD/T731_ 4.4.3.220mV(150kHz30MHz) 参考标准:YD/T731_ 4.4.3.210ms(输出从54V降到42V)噪声在周围环境温度为25时,不大于50dB(A)(离开0.6m处)浪涌保护满足IEEE C62.41-1991 B3等级,6kV/3kA(1.2/50ms冲击电压和8/20ms冲击电流混合波)散热方式风扇采用无级温控调速,随温度升高而加快绝缘电阻直流部分、交流部分对外壳之间以及交流部分对直流部分之间的绝缘电阻5M(试验电压500Vdc)绝缘强度交流输入端子对壳体2121V直流电压1分钟,无击穿,无飞弧现象,稳态漏电流小于1mA。交流输入端子对直流输出端子4242V直流电压1分钟,无击穿,无飞弧现象, 稳态漏电流小于1mA。直流输出端子对壳体707V直流电压1分钟,无击穿,无飞弧现象,稳态漏电流小于1mA。MTBF 机械参数尺寸87.9mm(高)85.3mm(宽)272mm(深)重量2.0kg第三章 监控模块M500D3.1 型号说明监控模块型号说明见图3-1。图3-1 监控模块型号说明3.2 外观与结构前面板M500D监控模块前面板上有背光液晶显示屏、功能操作键、指示灯和把手,如图3-2所示:图3-2 M500D监控模块前面板图监控模块面板上的指示灯说明如下表所示:表3-1 监控模块面板指示灯说明指示标识正常状态异常状态异常原因运行指示灯(绿色)亮灭无工作电源告警指示灯(黄色)灭亮有一般告警紧急告警指示灯(红色)灭亮电源系统有严重告警和紧急告警出现M500D监控模块采用12864液晶显示单元,有6个功能操作键,界面有中/英文选择(能显示84个汉字),用户界面简单有效。监控模块面板很容易拆卸和更换。监控模块6个功能操作键功能如下表所示:表3-2 监控模块面板操作键功能说明按键标识按键名称功能ESC返回键返回上级菜单同时按下ESC和ENT键,监控模块上电复位ENT确认键进入子菜单或者确认操作。任一设置被修改后,需按”ENT”键进行确认才能生效上键按上或下键可在平级菜单或参数项之间移动光标当参数的选值由多位需分别设置的字符串类型时,按左右键在字符串的各位之间移动光标,按上或下键可改变每位的选值下键左键在设置参数的选项时,按左或右键可改变选项值;在系统信息屏首屏,可用于调节液晶的对比度右键后面板M500D监控模块在背面上采用专用的输入、输出一体化插座,如下图所示:图3-3 M500D监控模块后面板图安装时,只要直接插入艾默生公司电源系统机柜相应的监控模块插槽即可,可热插拔。监控模块经过电源系统机柜内部的信号转接板W74C5X1直接采集交直流配电单元信号,输出控制信号;并经过信号转接板上的RS485接口与全部整流模块通信,获取各个整流模块的信息。监控模块采用电总协议,注意波特率的设置与要求一致。监控模块同时支持铁道部通信协议,注意波特率的设置与要求的波特率一致。监控模块能够同时支持后台RS232、MODEM通信方式,并提供8对告警输出干接点。监控模块装入系统后,相应接口位于机柜内部的信号转接板W74C5X1板上,如图3-4所示:图3-4 W74C5X1接口示意图表3-3 接口功能接口定义J10温度传感器接口1J11温度传感器接口2J13RS232接口(可连接Modem传输数据,或连接便携电脑)J16网口J18*电池强制下电:接通此端口电池下电接触器强制处于断开状态,即强制切断电池J19电池保护:接通此端口电池下电接触器处于受监控模块控制状态J20负载下电:接通此端口负载下电接触器处于受监控模块控制状态J22提供Modem 48V电源注*:电池强制下电与电池保护接口共用一根信号线,出厂设置为接通电池保护接口,未接通电池强制下电接口。若需接通电池强制下电接口,需要将电池保护接口信号线拔下,插入通电池强制下电接口中3.3 主要功能3.3.1 显示与设置功能监控模块能显示电源系统的各项运行参数、运行状态、告警状态、设置参数及控制参数。主要内容见下表。表3-4 监控模块显示的实时监测量信息类别显示内容备注交流信息单相电压或三相电压根据系统类型显示单相电压或三相电压。直流信息直流电压、负载总电流、电池组1电流、电池组1剩余容量、电池组2电流、电池组2剩余容量、均充提示信息、电池温度、环境温度根据分流器设置对应显示一组或者两组电池电