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[摘 要]文章详细介绍了渭化集团I期电气配电室ERP直流电源柜的更新改造过程，并阐述了对艾默生PS48120/1800-X2负48V通信电源柜的改造。通过对艾默生通信电源柜的改造满足了化工企业对48V直流电源的特殊要求，给同类型的电源柜改造提供了借鉴经验。
[关键词]48V；直流电源；艾默生；通信电源；ERP
中图分类号：TP133 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0029-02
1、概述
陕西渭河煤化工集团有限责任公司（简称“渭化集团”）是陕西省“八五”时期建设的大型化工企业，企业创建于1988年7月，时称渭河化肥厂。渭化集团一期大化肥项目始建于1992年3月，以美国GE6.5MPa洁净煤气化技术为核心，以烟煤为原料，组合运用了当时国内外先进成熟的专利技术、生产工艺和装备，其中315A（合成变电所）、315C（锅炉变电所）、208B（锅炉现场低压配电室）等变电所的高低压设备与DCS信号传递均采用日本宇部兴产產株式会社（UBE）设计。该技术的关键是通过48V直流ERP（Electrical Relay Panel）继电器控制盘（简称“ERP盘”）实现LCB、IRP、HSG等盘柜之间的信号传递。如果ERP盘出现问题，则会造成DCS与现场运行设备的信号监测的中断，例如锅炉的磨煤机、一次风机等重要设备，它们的信号丢失将会造成锅炉MFT联锁动作，从而造成大面积的联锁跳车事故。因此，保证ERP盘的稳定可靠运行就显得尤为重要。而给ERP盘供电的直流电源柜则是重中之重，如果DC48V电源出现故障，那将会造成ERP盘的彻底瘫痪，因此有必要在直流电源柜出现元器件老化前对其进行更新改造。ERP盘控制原理图如图1所示。
2、48V直流电源柜的设计要求
根据ERP盘的原理图，可知直流48V的“+”极通过电缆进入现场，而“-”极则通过继电器线圈以后再进入现场。由日常运行经验可知，接地现象往往是由于现场接线盒受潮或通往现场的控制电缆破损接地引起的。因此，48V直流电源柜的设计必须满足以下要求：（1）电源柜允许出现“+”接地或“-”接地现象，当发生单极接地时不至于烧毁柜内元器件。（2）当发生“+”接地或“-”接地时，为防止48V直流继电器（如图1中ST、STP等）发生误动，需要将“+”极和“-”极对地电压进行改造，使两极尽可能平均分配48V电压。通过这样改造后，即使发生单侧接地现象，由于分配到直流继电器上的电压只有24V左右，而该电压并不能驱动直流继电器动作。
除此之外，还有其他一些需要考虑的问题，例如线路压降问题，为保证48V直流继电器可靠动作，电源柜输出电压可大于48V，但也不宜过高。如果电压过高，则会造成48V直流继电器老化加速，因此理想电压是控制在50V左右。
结合以上设计要求，渭化集团I期315C和208B变电所48V直流电源柜采用重庆川仪股份有限公司四川仪表二十一厂生产的UPD-II-48V/30A-38AH-W直流不间断电源。该UPD电源是采用上世纪90年代高频开关电源技术，较传统电源有体积小、重量轻、输出纹波电压小、机械噪声低、效率高等优点。该UPD产品在当时属于比较先进的直流电源产品，但随着时间的推移，该直流电源产品也逐步被淘汰。电子产品的使用年限一般均在10年左右，而随着使用寿命到期，为了保证48V直流屏的稳定运行，更新换代新的直流电源产品就显得尤为重要。
3、48V直流电源柜的选型
通过设备选型，我们发现市场上大部分48V电源均是-48V通信电源，即“+”极接地。使用-48V电源是历史原因造成的，最早使用48V电源的是通讯网，即电话网。当时的电话机是由电讯局供电的，选48V是在当时的条件下尽可能提高用户到端局的距离（36V是安全电压，超过此值太多不安全）。后来为了兼容早期设备、降低成本考虑，局端通讯设备还是采用-48V电源。同样，采用负电源系统，正极接地只是约定俗成的。原来有个说法是空气中有大量的负电荷，根据电化学知识，正极接地可以吸附空气中的负离子，从而保护电信设备的外壳不被锈蚀。其实这种说法不是很对，原电池反应和电解反应是会导致设备生锈，但是因为它们在设备上是以微观形式存在的，几乎没有影响。例如非通讯系统的网络都是负极接地（例如您正在使用的计算机），但是并没有生锈。并且-48V内部都通过DC/DC隔离，DC/DC输出的就是负极接地，也没有看到单板腐蚀生锈。所以不论哪个极接地，都是一样的。
同时出于保护性的目的，设备的外壳会接地，将设备上累积的电荷快速泻放到大地，从而不会损伤设备和工作人員。市场上的-48V电源系统，一般测到的实际电压是–53.5V。这是因为出于可靠考虑，通讯设备都带有备用电池（-48v），为了保证电池的可靠充电，供电电压需要略高于电池电压。
通过以上介绍，可以得知市场上的常用-48V电源并不符合我们现场要求，因此只能通过特制、定做电源柜的方式来满足我们的特殊要求。通过筛选，我们最终确定的方案是以艾默生公司生产的PS48120/1800-X2通信电源[1]为基础，然后通过技术改造来满足要求。
该电源柜工作原理为：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直流电通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；整流模块除了给负载供电外，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，由蓄电池给负载供电，维持负载的正常工作；市电恢复后，整流模块重新给负载供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。
整流模块采用RS48-1800模块，该模块具有输入过/欠压保护、输出过压保护、过温保护、短路保护、输出电流不平衡保护等。
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，同时通过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。监控模块还可通过RS232方式连接本地计算机，并可通过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。 4、艾默生通讯电源柜的改造
4.1“+”极“-”极对地电压的改造
艾默生PS48120/1800-X2電源柜配套的整流模块型号为RS48-1800A，该模块输出电压悬空，通过实际测量可知其“+”极对地电压约为+45V，“-”极对地电压约为-10V，此时输出电压约为55V左右，不满足我们“+”极对地约+24V～26V和“-”极对地约-24V～-26V，正负极间总电压约DC50V的要求。根据这种情况，我们与供货单位陕西道森电气制造有限公司协商后，决定由道森电气对整流模块进行升级改造。通过对整流模块输出电压的二次处理，将原来悬空的电压改造成中点接地的形式，改造后得到的输出电压为：“+”极对地约+27.1V，“-”极对地约-26.5V。同时改造后也允许出现“+”极接地或“-”接地现象而不至于烧毁整流模块。
4.2输出电压调整的改造
通过对艾默生RS48-1800A整流模块二次处理以后，输出电压由原来的55V降低到51.2V，而达到负载的理想电压则是控制在50V左右，因此有必要对输出电压通过增加电压自动调节装置来进行精确控制。由试验可知“-”极对地电压约-26.5V，可以直接输出至负载，而“+”极对地电压约+27.1V，因此电压自动调节装置可以安装在正极回路中。
电压自动调节装置可以采用技术比较成熟的DT-2W系列自动调节器[2]，该系列是在原有的DT-2调节器的基础上改进而来的。控制部分采用单片机系统， 使控制精度和控制的灵活性有了很大的提高。工作在“自动”状态时，控制器检测母线电压，并与设定值比较，当母线电压高于（低于）设定值的上限（下限）时，控制器发出信号，驱动执行继电器，通过执行继电器的分断或闭合（闭合时短接硅链），改变稳压硅链的降压值，确保母线电压值在规定的范围内。
4.3绝缘监测的改造
为了接地故障时候发出明显的警示性报警，在改造时候增加了绝缘监测继电器以及声光报警器。绝缘监测继电器选用ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器[3]，该继电器是监视直流母线绝缘情况的继电器。当母线对地绝缘降低到一定值时，继电器可发出报警信号，同时配合声光报警指示灯发出警示性报警信号。本继电器与其他绝缘监察继电器的区别是“动作电流”可视具体情况在2ma-6ma之间设定，使用灵活方便。
ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器主要由平衡电阻和检测集成电路组成。当两侧直流母线对地电阻值相等时，没有电流流过检测电路，继电器不动作；当一侧绝缘电阻值下降时，便有一不平衡电流流过检测电路，此时检测电路将这一电流与设定电流值比较，当大于设定值时便推动继电器动作，发出报警信号。
5、改造后的供电原理图以及效果评价
改造后的最终供电原理图如图2所示，通过实际测量，输出的直流电压可以稳定在“+”极对地24.12V，“-”极对地-26.5V，正负极间电压50.62V，完全满足工厂直流屏的电压要求。通过对原直流电源柜的更新改造，消除了影响直流屏长期稳定运行的潜在危险因素，积累了直流电源改造的宝贵经验，对渭化集团科技技术提升起到了积极的推动作用。
参考文献
[1]艾默生网络能源有限公司.PS48300/1800电源系统技术手册V1.0.2006-10-21.
[2]大连精电技术有限公司.DT-2W电压自动调节器使用说明书.
[3]ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器使用说明书.
作者简介
朱力召，男，1983年9月出生，本科学历，工程师，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，现在陕西渭河煤化工集团有限责任公司计控电仪部从事电气设备技术管理工作。
[关键词]48V；直流电源；艾默生；通信电源；ERP
中图分类号：TP133 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0029-02
1、概述
陕西渭河煤化工集团有限责任公司（简称“渭化集团”）是陕西省“八五”时期建设的大型化工企业，企业创建于1988年7月，时称渭河化肥厂。渭化集团一期大化肥项目始建于1992年3月，以美国GE6.5MPa洁净煤气化技术为核心，以烟煤为原料，组合运用了当时国内外先进成熟的专利技术、生产工艺和装备，其中315A（合成变电所）、315C（锅炉变电所）、208B（锅炉现场低压配电室）等变电所的高低压设备与DCS信号传递均采用日本宇部兴产產株式会社（UBE）设计。该技术的关键是通过48V直流ERP（Electrical Relay Panel）继电器控制盘（简称“ERP盘”）实现LCB、IRP、HSG等盘柜之间的信号传递。如果ERP盘出现问题，则会造成DCS与现场运行设备的信号监测的中断，例如锅炉的磨煤机、一次风机等重要设备，它们的信号丢失将会造成锅炉MFT联锁动作，从而造成大面积的联锁跳车事故。因此，保证ERP盘的稳定可靠运行就显得尤为重要。而给ERP盘供电的直流电源柜则是重中之重，如果DC48V电源出现故障，那将会造成ERP盘的彻底瘫痪，因此有必要在直流电源柜出现元器件老化前对其进行更新改造。ERP盘控制原理图如图1所示。
2、48V直流电源柜的设计要求
根据ERP盘的原理图，可知直流48V的“+”极通过电缆进入现场，而“-”极则通过继电器线圈以后再进入现场。由日常运行经验可知，接地现象往往是由于现场接线盒受潮或通往现场的控制电缆破损接地引起的。因此，48V直流电源柜的设计必须满足以下要求：（1）电源柜允许出现“+”接地或“-”接地现象，当发生单极接地时不至于烧毁柜内元器件。（2）当发生“+”接地或“-”接地时，为防止48V直流继电器（如图1中ST、STP等）发生误动，需要将“+”极和“-”极对地电压进行改造，使两极尽可能平均分配48V电压。通过这样改造后，即使发生单侧接地现象，由于分配到直流继电器上的电压只有24V左右，而该电压并不能驱动直流继电器动作。
除此之外，还有其他一些需要考虑的问题，例如线路压降问题，为保证48V直流继电器可靠动作，电源柜输出电压可大于48V，但也不宜过高。如果电压过高，则会造成48V直流继电器老化加速，因此理想电压是控制在50V左右。
结合以上设计要求，渭化集团I期315C和208B变电所48V直流电源柜采用重庆川仪股份有限公司四川仪表二十一厂生产的UPD-II-48V/30A-38AH-W直流不间断电源。该UPD电源是采用上世纪90年代高频开关电源技术，较传统电源有体积小、重量轻、输出纹波电压小、机械噪声低、效率高等优点。该UPD产品在当时属于比较先进的直流电源产品，但随着时间的推移，该直流电源产品也逐步被淘汰。电子产品的使用年限一般均在10年左右，而随着使用寿命到期，为了保证48V直流屏的稳定运行，更新换代新的直流电源产品就显得尤为重要。
3、48V直流电源柜的选型
通过设备选型，我们发现市场上大部分48V电源均是-48V通信电源，即“+”极接地。使用-48V电源是历史原因造成的，最早使用48V电源的是通讯网，即电话网。当时的电话机是由电讯局供电的，选48V是在当时的条件下尽可能提高用户到端局的距离（36V是安全电压，超过此值太多不安全）。后来为了兼容早期设备、降低成本考虑，局端通讯设备还是采用-48V电源。同样，采用负电源系统，正极接地只是约定俗成的。原来有个说法是空气中有大量的负电荷，根据电化学知识，正极接地可以吸附空气中的负离子，从而保护电信设备的外壳不被锈蚀。其实这种说法不是很对，原电池反应和电解反应是会导致设备生锈，但是因为它们在设备上是以微观形式存在的，几乎没有影响。例如非通讯系统的网络都是负极接地（例如您正在使用的计算机），但是并没有生锈。并且-48V内部都通过DC/DC隔离，DC/DC输出的就是负极接地，也没有看到单板腐蚀生锈。所以不论哪个极接地，都是一样的。
同时出于保护性的目的，设备的外壳会接地，将设备上累积的电荷快速泻放到大地，从而不会损伤设备和工作人員。市场上的-48V电源系统，一般测到的实际电压是–53.5V。这是因为出于可靠考虑，通讯设备都带有备用电池（-48v），为了保证电池的可靠充电，供电电压需要略高于电池电压。
通过以上介绍，可以得知市场上的常用-48V电源并不符合我们现场要求，因此只能通过特制、定做电源柜的方式来满足我们的特殊要求。通过筛选，我们最终确定的方案是以艾默生公司生产的PS48120/1800-X2通信电源[1]为基础，然后通过技术改造来满足要求。
该电源柜工作原理为：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直流电通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；整流模块除了给负载供电外，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，由蓄电池给负载供电，维持负载的正常工作；市电恢复后，整流模块重新给负载供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。
整流模块采用RS48-1800模块，该模块具有输入过/欠压保护、输出过压保护、过温保护、短路保护、输出电流不平衡保护等。
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，同时通过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。监控模块还可通过RS232方式连接本地计算机，并可通过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。 4、艾默生通讯电源柜的改造
4.1“+”极“-”极对地电压的改造
艾默生PS48120/1800-X2電源柜配套的整流模块型号为RS48-1800A，该模块输出电压悬空，通过实际测量可知其“+”极对地电压约为+45V，“-”极对地电压约为-10V，此时输出电压约为55V左右，不满足我们“+”极对地约+24V～26V和“-”极对地约-24V～-26V，正负极间总电压约DC50V的要求。根据这种情况，我们与供货单位陕西道森电气制造有限公司协商后，决定由道森电气对整流模块进行升级改造。通过对整流模块输出电压的二次处理，将原来悬空的电压改造成中点接地的形式，改造后得到的输出电压为：“+”极对地约+27.1V，“-”极对地约-26.5V。同时改造后也允许出现“+”极接地或“-”接地现象而不至于烧毁整流模块。
4.2输出电压调整的改造
通过对艾默生RS48-1800A整流模块二次处理以后，输出电压由原来的55V降低到51.2V，而达到负载的理想电压则是控制在50V左右，因此有必要对输出电压通过增加电压自动调节装置来进行精确控制。由试验可知“-”极对地电压约-26.5V，可以直接输出至负载，而“+”极对地电压约+27.1V，因此电压自动调节装置可以安装在正极回路中。
电压自动调节装置可以采用技术比较成熟的DT-2W系列自动调节器[2]，该系列是在原有的DT-2调节器的基础上改进而来的。控制部分采用单片机系统， 使控制精度和控制的灵活性有了很大的提高。工作在“自动”状态时，控制器检测母线电压，并与设定值比较，当母线电压高于（低于）设定值的上限（下限）时，控制器发出信号，驱动执行继电器，通过执行继电器的分断或闭合（闭合时短接硅链），改变稳压硅链的降压值，确保母线电压值在规定的范围内。
4.3绝缘监测的改造
为了接地故障时候发出明显的警示性报警，在改造时候增加了绝缘监测继电器以及声光报警器。绝缘监测继电器选用ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器[3]，该继电器是监视直流母线绝缘情况的继电器。当母线对地绝缘降低到一定值时，继电器可发出报警信号，同时配合声光报警指示灯发出警示性报警信号。本继电器与其他绝缘监察继电器的区别是“动作电流”可视具体情况在2ma-6ma之间设定，使用灵活方便。
ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器主要由平衡电阻和检测集成电路组成。当两侧直流母线对地电阻值相等时，没有电流流过检测电路，继电器不动作；当一侧绝缘电阻值下降时，便有一不平衡电流流过检测电路，此时检测电路将这一电流与设定电流值比较，当大于设定值时便推动继电器动作，发出报警信号。
5、改造后的供电原理图以及效果评价
改造后的最终供电原理图如图2所示，通过实际测量，输出的直流电压可以稳定在“+”极对地24.12V，“-”极对地-26.5V，正负极间电压50.62V，完全满足工厂直流屏的电压要求。通过对原直流电源柜的更新改造，消除了影响直流屏长期稳定运行的潜在危险因素，积累了直流电源改造的宝贵经验，对渭化集团科技技术提升起到了积极的推动作用。
参考文献
[1]艾默生网络能源有限公司.PS48300/1800电源系统技术手册V1.0.2006-10-21.
[2]大连精电技术有限公司.DT-2W电压自动调节器使用说明书.
[3]ZJJ-3S系列直流绝缘监察继电器使用说明书.
作者简介
朱力召，男，1983年9月出生，本科学历，工程师，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，现在陕西渭河煤化工集团有限责任公司计控电仪部从事电气设备技术管理工作。