1、48VDC UPS 通訊電源系統(tǒng)應用與維護揚州廣播電視臺 李安明 孫國超一 概述隨著三網(wǎng)融合進程的逐步推進，廣電網(wǎng)絡(luò)正在從單向網(wǎng)向雙向邁進。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)備被廣泛運用在各廣電網(wǎng)絡(luò)的前端機房，承擔這些重要設(shè)備供電的-48VDC UPS通訊電源也隨之進入廣電網(wǎng)絡(luò)機房，一旦-48VDC UPS出現(xiàn)停電故障，不但會造成經(jīng)濟損失、信號停播、數(shù)據(jù)傳輸中斷，還有可能造成不良的社會影響，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、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用，是因為與傳統(tǒng)的采用交流供

2、電相比其優(yōu)點為：可以避免信號的相互干擾。因為直流供電沒有諧波干擾，而交流在使用中由于頻率的變化，產(chǎn)生大量的電波干擾，對電信號，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)大都采用機架式模塊化設(shè)計，因而結(jié)構(gòu)緊湊，擴容方便，操作簡單。其典型的DC-UPS系統(tǒng)的機架結(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)控模塊和多個整流模塊組成。多個獨立的整流模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模

3、塊再平均分擔負載電流。即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復提供了充足的時間。 注：當安裝A、B、C三相整流器模塊時，要按A、B、C三相依次安裝，不要只裝A或B或C，否則會造成三相不平衡。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)，特別是對蓄電池的智能化監(jiān)測維護，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線過載及短路保護、整流器過載及短路的第二重保護、交流輸入防雷及告警等功能。對于每個整流模塊的交流輸入采用單獨配電控制，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載和電池。直流配電模塊的保護裝置有三種：小型空氣開關(guān)（DCM）、熔斷器型（DCF）和混合型(DCFM)。任一熔斷器故障自動產(chǎn)生聲光告警（如圖3所示）。對于直流負載的分路標準，一般按照：重要負載分路、次要負載分路、電池熔斷器三種形式進行分配。3 低壓脫離模塊(LVD)在停電頻繁的地區(qū)

5、，當輸入交流電長時間停電時， 為保護電池防止電池過放電，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，其動作順序為先脫離次要負載，后脫離電池或后脫離主要負載。如圖4所示，當蓄電池電壓降到低于預設(shè)脫離電壓值時，LVD模塊上的直流接觸器的主觸點斷開；當蓄電池電壓升到高于預設(shè)重接電壓值時，直流接觸器的主觸點重接，從而有效地保護電池及重要負載。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，再通過有源功率因素的校正，輸入到高頻開關(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載。功能特點：模塊化的整流器可以在線熱插拔，全部設(shè)置均自動進行，無需人工干預；在電路設(shè)計上大都具有高溫減載保護和過壓、過溫保護功能，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冷技術(shù)的應用，從而能適應更高的環(huán)境溫度（高達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, 用來指示在線整流器的工作狀態(tài)、運行模式、故障類型等。監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊監(jiān)視整個電源系統(tǒng)的運行，發(fā)布命令控制整流器及LVD的運行。系統(tǒng)中的每個模塊都被監(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：通過相應的配置編輯軟件，能設(shè)置所有的系統(tǒng)運行參數(shù)； 系統(tǒng)控制功能：具有手動及自動均浮充轉(zhuǎn)換、均充（手動/周期）、智能快充（即自動均充）；主動電壓控制，使電池得到合適電壓充電；智能電池測試，階段性測試電池的好壞，電池限流（發(fā)電機使用限流），限流點可根據(jù)需要任意設(shè)置，以保護電池；溫度補償，補償值等參數(shù)可根據(jù)需要任意設(shè)置，以保護電池；遙

8、控開關(guān)整流器，自動均流，兩級低電壓脫離等功能； 通信功能：通過通訊接口，由省網(wǎng)統(tǒng)一的監(jiān)控平臺實現(xiàn)對各市縣遠、近程監(jiān)控（如圖6所示），很方便地實現(xiàn)“遙信、遙測、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,交流進線故障,浮充電壓過高/過低,負載電壓過高/過低,限流等； 測量并顯示功能：前面板上的LCD顯示器，可顯示測量的整流器電流,匯流排電壓,負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

9、載功率應滿足額定功率的6070%，即系統(tǒng)額定輸出功率系統(tǒng)實際功率/6070%。揚州前端機房共有兩臺48VDC UPS通信電源，分別作為主、備電源，考慮到UPS有可能的負載波動或啟動沖擊以及今后的預計的擴容值每臺電源的額定功率為：36000W,從而可以選定每臺48VDC UPS的系統(tǒng)額定輸出容量為：36000W/0.660000W。2、 蓄電池的工作時間的計算揚州機房主、備48VDC UPS每臺并接兩組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)滿載時蓄電池工作時間蓄電池組容量

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

11、1200W額定功率設(shè)備可選擇2×1200W/48V50A左右熔斷器或空氣開關(guān)。四 在機房中的連接圖7、圖8為揚州電視臺前端機房48VDC設(shè)備的供電方式的示圖。首先采用不同變電站實行兩路市供電，主、備兩路市電源分別輸入380V交流電到自動出切換柜，正常情況下自動切換柜輸出主路到兩個并聯(lián)的交流UPS電源(如梅蘭日蘭)，從而最大程度實現(xiàn)對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。省中心機房通過集中監(jiān)控系統(tǒng)對各縣市電源的各技術(shù)指標的運行狀況和電池的充、放電實行實時遠程監(jiān)控和操作。五 故障處理機房電

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揚州機房供電來進行分析。1、 故障現(xiàn)象：僅僅是自動切換柜發(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)檢查輸入空開是否跳閘，如果空開正常再通過萬用表測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。首先應檢查自動切

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，應檢查自動切換柜切換開關(guān)是否處于自動狀態(tài)，輸出空開是否跳閘，接線是否良好。注：任一外電停電應立即通知相關(guān)供電部門和領(lǐng)導。3、 故障現(xiàn)象：48VDC UPS監(jiān)控器報警，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是否跳閘，AC UPS輸出到DC UPS之間的接線是否牢固可靠。當交流輸入為零時，一定要控制在DC UPS電池后備時間之內(nèi)，并時刻注意查看電池剩余時間，如果電池剩余時間不能堅持到交流電恢復時刻，應盡早采取應對

14、措施，確保萬無一失。4、 故障現(xiàn)象：監(jiān)控器報警顯示：“交流故障”。故障處理：在確認交流供電UPS正常的情況下，仔細測量A、B、C三相電壓是否正常，測量中線“N”是否完好，查看三相五線機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)接地相當重要，走線一定要規(guī)范，否則引起的高頻干擾會造成熔斷器誤告警。5、 故障現(xiàn)象：檢測不到整流器在機架中的位置。故障處理：首先檢查整流器與監(jiān)控器通訊連接接觸情況；查看機架背板接插件松緊情況；有些廠家的整流器還通過編碼開關(guān)設(shè)置控制，若編碼開關(guān)設(shè)置不到位或接觸不好，會出現(xiàn)某個位置檢測不到整流器，且位置是變動的，遇到此情況應檢查編碼開關(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，還應查看與監(jiān)控器配置的版本型號是否相符；如果以上故障因素一一被排除就應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)一直為滿量程，仔細檢查相應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或斷開。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，應注意負載和電池狀況，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。電池問題不可小視，它會引起各種故障，特別在交流電停電時，會使個別整流器重新啟動，更嚴重的48VDC UPS有可能無法工作或損壞；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。一般情況下個別整流器由于外來直流電壓的變動，導致過壓關(guān)機，或電池放電至電壓低于整流器的低壓限值而關(guān)機，此時只要將其整流器拔出，再插入即可恢復正常工作。9、故障現(xiàn)象：低壓脫離（LVD）失靈。故障處理：首先檢查

17、LVD低壓脫離開關(guān)是否在自動脫離檔；再檢查低壓脫離與監(jiān)控器之間通訊連接，以及和機架相關(guān)連線是否正確和牢固；再在監(jiān)控器相應菜單中，查看低壓脫離設(shè)置門限值，如果設(shè)置不當，會造成低壓脫離（LVD）失靈，建議按缺省值設(shè)置；當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，應更換好的LVD板。 另當交流停電，電池脫離后，監(jiān)控器無直流電源供電，又LVDPCB的電源取自LVD開關(guān)之后，所以不能手動吸合屬正常情況。六 日常規(guī)維護保養(yǎng)1、DC-UPS主機的維護每天定時檢查：設(shè)備指示燈的指示情況；網(wǎng)管上的各種告警情況；機房環(huán)境溫度、濕度和設(shè)備內(nèi)部環(huán)境運行溫度；檢查并記錄設(shè)備的八個系統(tǒng)值：整流器電流(總）

18、、匯流排電壓、負載電流、電池電流、系統(tǒng)功率、電池溫度、交流電壓、整流器電流（單個），以確定設(shè)備的運行狀況。周期性定期檢查：通過紅外溫度檢查連接處溫度，判斷各緊固件是否松動，若溫度過高，可以判斷連接處有松動，要及時分析判斷處理；定期清潔電源內(nèi)部灰塵、清洗濾層網(wǎng)；每年雷雨季節(jié)來臨之前，一定要認真檢查UPS的有效屏蔽和接地情況，做好電源線和通信線（例如遠端監(jiān)控信號線）防雷過壓保護；每年冬季一定保證機房濕度（最佳相對濕度范圍45%50%），防止靜電損壞設(shè)備。 2、蓄電池的維護從DCUPS故障的統(tǒng)計發(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維護不當或維護不到位引起。每天定時檢查：電池房的環(huán)境溫度。最好保持在2025之間，溫度過低（15），會減低電池容量，溫度過高（30 ）會減低電池壽命；同時注意保持電池房的清潔，防止由于昆蟲和老鼠發(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