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一、引言
高壓直流電源與傳統(tǒng)的UPS相比，具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、可維護(hù)性好、經(jīng)濟(jì)合理、投資成本低、占地面積小、安全適用、能耗低等明顯的競爭優(yōu)勢。因此，它完全可以替代UPS為IT服務(wù)器供電，產(chǎn)品可廣泛使用于移動(dòng)、電信、聯(lián)通等通信運(yùn)營商以及銀行、保險(xiǎn)、證券、政府、220KV以上的變電站、各類大中型發(fā)電廠中的各類服務(wù)器和計(jì)算機(jī)機(jī)房中。
HVDC高壓直流電源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備高壓直流供電、火電廠、水電廠、地鐵、鐵路信號(hào)直流供電和高等級(jí)變電站直流電源中；提供不間斷直流電源。
HVDC高壓直流電源系統(tǒng)，是我公司研發(fā)的新一代電源產(chǎn)品。電源模塊采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的最新成就開發(fā)，內(nèi)置CPU集散式控制方式，工作穩(wěn)定可靠。通過CE安規(guī)、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，通過國家、行業(yè)產(chǎn)品型式檢驗(yàn)；采用風(fēng)冷散熱方式，模塊的效率得到提高。體積和重量大大降低。
監(jiān)控模塊采用觸摸屏界面技術(shù)，可以開關(guān)整流模塊、DC/DC模塊、DC/AC逆變模塊以及其他數(shù)據(jù)采集模塊組成通信自動(dòng)化電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的人機(jī)界面交互操作、各功能單元的設(shè)置和協(xié)調(diào)運(yùn)行、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、運(yùn)行數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)以及智能化電池管理。監(jiān)控模塊組成的系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程管理功能，可選擇通過MODBUS、CDT91規(guī)約和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信上報(bào)數(shù)據(jù)，用于工作機(jī)房實(shí)現(xiàn)無人職守。
二、系統(tǒng)特點(diǎn)
u 多種容量充電模式選擇，實(shí)現(xiàn)一定容量配置的最優(yōu)性能價(jià)格比。
u 110V/220V電壓輸出，方便系統(tǒng)的配置選型。
u 充電模塊采用風(fēng)冷卻方式，統(tǒng)一接口方式，設(shè)計(jì)簡單，通用性強(qiáng)。
u 具有輸出電壓和電流平滑調(diào)節(jié)的功能。
u 充電模塊智能控制，提供數(shù)據(jù)通訊接口。
u 充電模塊硬件低差自主均流，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
u 監(jiān)控模塊采用觸摸屏界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電流系統(tǒng)的人機(jī)界面交互操作。
u 分散多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的簡單可靠。
u 模塊化結(jié)構(gòu)，組屏簡單，配置靈活。
u 組建配套齊全，可以提供全方位的解決方案。
三、系統(tǒng)的組成部件
系統(tǒng)的典型配置為20A模塊構(gòu)成240A、10A模塊構(gòu)成150A一體系統(tǒng)。20A模塊最大構(gòu)成400A分屏系統(tǒng)，10A模塊最大構(gòu)成250A分屏系統(tǒng)。
系統(tǒng)的基本組成部件有以下部分，其基本功能如下：
監(jiān)控單元：監(jiān)控模塊是直流屏的控制中心，擔(dān)負(fù)著“上傳”“下達(dá)”的任務(wù)。下層系列配電監(jiān)控盒擔(dān)負(fù)交、直流電檢測及故障信號(hào)上送的任務(wù)。
交流配電單元：將兩路或一路市電，分配到整流模塊；并配有C、D兩極防雷保護(hù)系統(tǒng)。
整流模塊：將交流變換成直流（AC/DC），給負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)電池充電。
直流配電單元：通過直流空開或熔斷器輸出到列頭柜，再由列頭柜輸出到各服務(wù)器，給服務(wù)器提供直流電源。2組電池輸出（NT3熔絲），電流400A～630A；負(fù)載分路4路（NT2熔絲），電流125A～400A。
電池組：保證交流停電時(shí)，提供不間斷直流供電。電池電壓2V或12V，數(shù)量為120節(jié)或者20節(jié)。
電池巡檢儀：實(shí)時(shí)檢測每節(jié)電池的端電壓，并上送給監(jiān)控單元。
絕緣監(jiān)測儀（列頭柜中）：對(duì)直流母線、輸出分路對(duì)大地的絕緣狀況的監(jiān)測。母線絕緣檢測只能監(jiān)測正、負(fù)母線對(duì)地絕緣不良，支路絕緣監(jiān)測不僅可以監(jiān)測正、負(fù)支路對(duì)地絕緣不良，還能給出絕緣接地電阻的大小。
四、系統(tǒng)使用范圍
u 凡是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用LCD顯示器的地方都可以使用HVDC（使用CRT的不可以用）；
u 電信、移動(dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通的數(shù)據(jù)機(jī)房、IDC機(jī)房；
u 電廠或變電站中的數(shù)據(jù)機(jī)房；
u 銀行、保險(xiǎn)、證券公司的數(shù)據(jù)機(jī)房。
五、使用環(huán)境條件
u 工作環(huán)境溫度：-10℃～+40℃，相對(duì)溫度不大于90％（+25℃時(shí)），無冷凝。
u 海拔高度：≤2000m。
u 無劇烈振動(dòng)和沖擊，垂直傾斜度不超過5％。
u 工作環(huán)境應(yīng)為導(dǎo)電爆炸塵埃，無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體或蒸汽。
六、工作原理及參數(shù)
HVDC高壓直流系統(tǒng)由交流配電、整流模塊、直流配電、列頭柜、電監(jiān)控、電池巡檢、絕緣監(jiān)控、監(jiān)控單元、機(jī)柜等部分組成，如圖所示。
1、特點(diǎn)：
與-48V系統(tǒng)相比，HVDC采用的是浮地系統(tǒng)（保證人身安全），因此，直流輸出必須增加絕緣監(jiān)測。
與-48V系統(tǒng)相比，HVDC的電池節(jié)數(shù)多，此必須增加電池巡檢儀。
HVDC高壓直流電源系統(tǒng)采用組態(tài)式一體化監(jiān)控系統(tǒng)，分散控制、集中管理的設(shè)計(jì)思想，各個(gè)子監(jiān)控單元有自己的微機(jī)處理器獨(dú)立運(yùn)作，各自實(shí)現(xiàn)自己的控制功能，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性提高。
各子監(jiān)控單元采用了模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)系統(tǒng)輸出容量大小和饋電分配路數(shù)的需要通過配置不同數(shù)量的模塊，滿足用戶不同的需求。這種模塊化、積木式的設(shè)計(jì)，能夠使系統(tǒng)組成方式更加靈活。
2、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
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交流輸入?yún)?shù) | |
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項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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交流輸入電壓 |
323V～320V（三相三線制） |
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電網(wǎng)頻率 |
標(biāo)稱值：50Hz； |
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功率因數(shù) |
=0.94 |
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交流過壓報(bào)警 |
485±10V |
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交流欠壓報(bào)警 |
315±10V |
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直流輸出參數(shù) | |
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項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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輸出電壓范圍 |
198V～320V |
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輸出過壓保護(hù) |
325±5V |
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輸出欠壓報(bào)警 |
≤198V |
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電壓上升時(shí)間 |
3～8秒（軟啟動(dòng)時(shí)間） |
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輸出恒流范圍 |
10％～110％ |
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穩(wěn)壓精度 |
≤±0.5％ |
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穩(wěn)流精度 |
≤±1％ |
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峰值雜音 |
≤600mV |
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其他參數(shù) | |
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項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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效率 |
≥94％ |
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工作溫度 |
-5℃～40℃ |
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儲(chǔ)運(yùn)溫度范圍 |
-40℃～+70℃ |
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工作相對(duì)濕度范圍 |
≤90％ |
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儲(chǔ)運(yùn)相對(duì)濕度范圍 |
≤95％ |
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海拔高度 |
≤2000m（2000m以上降額使用） |
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系統(tǒng)音響噪音 |
≤55dB（A） |
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尺寸（WD×H） |
800mm×600mm×220 |
3、模塊技術(shù)指標(biāo)
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環(huán)境要求 | |
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項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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工作溫度 |
-10℃～40℃ |
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存儲(chǔ)溫度 |
-25℃～55℃ |
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相對(duì)濕度 |
≤95％ |
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大氣壓力 |
70～106kPa |
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冷卻方式 |
自然冷、風(fēng)冷結(jié)合 |
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輸入特性 | |
|
項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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輸入電壓 |
323V～475V（三相三線制） |
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輸入電流 |
≤15A |
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交流輸入頻率 |
45～65Hz |
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頻率 |
≥93％ |
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輸出特性 | |
|
項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
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輸出電壓范圍 |
ZLD22020TA：176～320Vdc |
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額定輸出電流 |
ZLD22020TA：20A |
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最大輸出電流 |
ZLD11040TA：40A |
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電壓上升時(shí)間 |
3～8秒（軟啟動(dòng)時(shí)間） |
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輸出恒流范圍 |
10％～100％ |
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穩(wěn)流精度 |
≤±0.5％（20％限流測試） |
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負(fù)載電壓紋波系數(shù) |
≤0.1％ |
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穩(wěn)壓精度 |
≤±0.5％ |
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溫度系數(shù)（1/℃） |
≤0.2％ |
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機(jī)械參數(shù) | |
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模塊外形尺寸（長×寬×高） |
440mm×146×296mm |
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模塊重量 |
＜15kg |
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音響噪音 |
＜55dB |
4、安規(guī)及EMC的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)
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序號(hào) |
項(xiàng)目 |
標(biāo)準(zhǔn) |
標(biāo)準(zhǔn)等級(jí) |
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1 |
靜電放電抗擾性要求 |
B/T17626.2-1998表2 |
Level3判據(jù)B |
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2 |
振蕩波抗擾性要求 |
B/T17626.12-1998表2 |
Level3判據(jù)B |
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3 |
傳導(dǎo)輻射干擾 |
EN55022 |
ClassA |
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4 |
快速瞬變電脈沖群抗擾性要求 |
GB/T17626.4-1998 |
Level3判據(jù)B |
|
5 |
浪涌抗擾性要求 |
GB/T17626.5-1998 |
Level3判據(jù)B |
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6 |
由射頻場感應(yīng)引起的傳導(dǎo)騷擾抗擾性要求 |
GB/T17626.5-1998 |
Level3判據(jù)B |
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7 |
工頻磁場抗擾性要求 |
GB/T17626.8-1998 |
Level4判據(jù)B |
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8 |
阻尼振蕩磁場抗擾度 |
3B/T17626.10-1998 |
Level4判據(jù)B |
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9 |
射頻電磁場輻射抗擾度 |
GB/T17626.3-1998 |
Level3判據(jù)B |
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10 |
電壓暫降、暫時(shí)中斷和電壓漸變抗擾性要求 |
IEC61000-4-11 |
95％0.5Period判據(jù)B |
七、監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)是高壓只留有電源系統(tǒng)的另一個(gè)核心部件，由一個(gè)主監(jiān)控與若干個(gè)子監(jiān)控組成。由EMU10主監(jiān)控與子監(jiān)控組成的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用了當(dāng)前最新的微機(jī)控制技術(shù)，模塊化設(shè)計(jì)，配有標(biāo)準(zhǔn)RS-485、RS-232或以太網(wǎng)接口，可方便地實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)四遙功能。
1、EMU10主監(jiān)控特點(diǎn)
u 采用ARM9高性能CPU結(jié)構(gòu)，具有高效的事件管理和數(shù)據(jù)處理能力，提供了較多的擴(kuò)展功能；
u 采用7寸真彩TFT液晶顯示，觸摸式圖形化操作，方便用戶使用和現(xiàn)場維護(hù)；
u 現(xiàn)場可用U盤升級(jí)主程序；
u 多種通訊接口；
u 串口RS485:5個(gè)；RS232:1個(gè)；網(wǎng)絡(luò)接口：2個(gè)；
u USB口：3個(gè)；開關(guān)量檢測輸入：8路；干結(jié)點(diǎn)輸出：9路；
u 三級(jí)集散式監(jiān)控。
整機(jī)采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)，所有模擬量和開關(guān)量在底層處理后，通過數(shù)字通訊傳送到監(jiān)控單位�？垢蓴_性強(qiáng)，同時(shí)這種工作方式使系統(tǒng)擴(kuò)容方便，可根據(jù)用戶的需求配置相應(yīng)的充電柜和饋電柜數(shù)量。
2、EMU10原理框圖
3、EMU10主監(jiān)控功能
u 提供入機(jī)接口，通過7寸真彩顯示屏和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)顯示、系統(tǒng)控制操作、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)維護(hù)等。
u 監(jiān)測雙路交流供電電壓和交流接觸器狀態(tài)：當(dāng)一路電壓掉電、電塔過高或過低、缺相、電網(wǎng)三相不平衡時(shí)自動(dòng)將系統(tǒng)供電切換到另一路并發(fā)出聲光報(bào)警。
u 對(duì)設(shè)備發(fā)生下列狀況進(jìn)行保護(hù)并發(fā)出報(bào)警：交流電壓異常、充電裝置故障、母線電壓異常、蓄電池異常、母線接地、支路絕緣故障等。
u 巡檢充電模塊的輸出電流和工作狀態(tài)：當(dāng)模塊有故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)重新均分充電模塊負(fù)載。
u 在本地貨遠(yuǎn)端可以控制充電模塊的輸出電壓、限流值。
u 監(jiān)測各直流饋電輸出的電壓、電流、各饋電輸出開關(guān)狀態(tài)、熔斷器狀態(tài)、絕緣狀態(tài)和降壓模塊狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。
u 監(jiān)測電池電壓及充放電電流：根據(jù)蓄電池的充電特性曲線及特點(diǎn)，控制充電機(jī)自動(dòng)完成對(duì)蓄電池的充電及充電方式的轉(zhuǎn)換。對(duì)單體蓄電池狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，放電、充電電壓隨溫度自動(dòng)補(bǔ)償。
u 具有母線分段支路絕緣選線功能，支持絕緣阻值過低報(bào)警。
u 支持多種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，RS232或RS485串行通訊接口，支持1200BPS、2400BPS、4800BPS、9600BPS波特率，可方便地與電力自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接。
u 遙測量主要包括：直流母線電壓、充電模塊電流電壓、電池?cái)?shù)據(jù)等。
u 遙信量主要包括：充電模塊及監(jiān)控系統(tǒng)正常工作狀態(tài)、故障工作狀態(tài)、直流母線過/欠壓、直流饋線絕緣狀況、進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)、浮/均充狀態(tài)、交流輸入的保護(hù)信號(hào)等。
u 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)重要故障信息提供7組繼電器常開接點(diǎn)輸出，也可以外加開出模塊擴(kuò)展。
u 實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線顯示，可以監(jiān)視最近1小時(shí)的各測量點(diǎn)的電壓電流波形；放電曲線和數(shù)據(jù)保存，歷史放電曲線查看。
u 網(wǎng)絡(luò)查看功能，內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，用戶可以在聯(lián)網(wǎng)的電腦上用IE登錄監(jiān)控系統(tǒng)查看運(yùn)行情況。
u 配有USB接口，能夠讀寫U盤，實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)或者文件備份功能。
u 幫助功能，軟件提供了簡單的操作幫助。
