ABB S-093N 3BHB009885R0021
一、概述
ABB S-093N（型号 3BHB009885R0021）是 工业高可靠性供电场景研发的冗余型直流电源模块，隶属于 ABB Advant、Symphony 等系列控制系统的核心配套组件，核心定位为工业 PLC、DCS 系统、伺服驱动器及精密传感器提供稳定、洁净的直流供电，承担 “交流整流 + 电压稳压 + 冗余备份 + 故障保护” 的一体化职能。
该模块采用 “高频开关电源拓扑 + 全隔离设计”，输入覆盖宽范围交流电压，输出为高精度直流电源，具备抗电网波动、强电磁干扰抑制及过载短路保护能力，可在 - 10°C 至 + 55°C 的工业环境下稳定运行。其通过 IEC 61010-1 电气安全认证、EN 61326-1 电磁兼容认证，广泛适配电力、冶金、石油化工、市政等领域的大型工业设备（如汽轮机控制系统、轧钢机驱动单元、反应釜监控系统），为工业系统的连续运行提供 “无间断、高稳定” 的供电保障，同时兼容 ABB 自有控制系统及第三方工业设备，可无缝融入现有自动化体系。
二、功能特点
1. 宽输入范围与高精度输出，适配复杂电网环境
模块支持85-264V AC 宽电压输入（50/60Hz 自适应），可兼容全球不同地区的电网规格（如中国 220V AC、美国 110V AC），同时抵御电网电压 ±15% 的波动（如电机启停导致的电压骤降），无需额外配置稳压设备。输出端采用 “高频 PWM 稳压 + 多重滤波” 技术，输出电压精度控制在 ±0.5% 以内，纹波系数≤50mV P-P，可直接为 ABB Symphony DCS 的 I/O 模块、西门子 S7-400 PLC 的 CPU 单元等精密设备供电，避免电压波动导致的程序紊乱或数据采集偏差。
2. 冗余并联能力，实现无间断供电
支持1+1 或 N+1 冗余并联运行，多模块并联时通过内置的均流控制电路实现负载自动均分，均流误差≤3%，可根据系统供电需求灵活扩展输出功率（如 2 台模块并联输出功率翻倍）。当某一模块因故障（如过温、过流）退出运行时，剩余模块可在≤10ms 内接管全部负载，切换过程无电压跌落，确保下游设备（如汽轮机保护系统）不中断运行。例如在火力发电厂的锅炉控制系统中，2 台 S-093N 模块并联供电，即使 1 台故障，仍能保障燃料阀控制、水位监测等关键环节的供电安全。
3. 多维度保护机制，保障设备与系统安全
内置 “输入 - 输出 - 自身” 三级保护体系：
- 输入侧：过压保护（280V AC 触发）、欠压保护（80V AC 触发）及浪涌保护（±4kV 线 - 地），抵御电网异常冲击；
- 输出侧：过流保护（1.2 倍额定电流触发，打嗝模式）、短路保护（自动恢复）及过压保护（1.1 倍额定电压触发），避免下游设备故障导致模块损坏；
- 自身保护：过温保护（65°C 触发，自动降额运行）、风扇故障保护（无风扇型号为自然散热过载保护），防止模块长期高温运行导致的元件老化。
同时，模块配备 LED 状态指示灯（如 “PWR - 电源正常”“FAULT - 故障”“RED - 冗余状态”），可直观显示运行状态，故障时通过干接点输出报警信号，便于快速定位问题。
4. 强抗干扰与高可靠性设计，适应恶劣工业环境
电路部分采用 “光学隔离 + EMC 滤波” 设计，通过 EN 61326-1 电磁兼容测试，可抵御变频器谐波、电机辐射等强电磁干扰，输出纹波在强干扰环境下仍能控制在 50mV 以内；与流体接触的外壳采用冷轧钢板（表面喷塑防腐），耐酸碱腐蚀，适应冶金厂粉尘、化工厂潮湿等恶劣环境；关键元器件（如电容、IGBT）选用工业级产品，经过 1000 小时高温老化测试，平均无故障工作时间（MTBF）≥80000 小时，满足工业长周期连续生产需求。
5. 便捷安装与系统集成，降低运维成本
适配标准 35mm DIN 导轨安装，采用卡扣式固定结构，无需工具即可完成安装与拆卸；输入输出端子为螺钉式设计，支持 10-16AWG 导线接入，端子标识清晰（如 “L-N-PE” 输入、“+24V-GND” 输出），降低接线错误风险。模块兼容 ABB Control Builder 软件，可通过 RS485 接口（Modbus RTU 协议）远程监测输出电压、电流及故障信息，支持在线固件升级，无需现场停机操作，大幅减少运维时间。
三、技术参数
参数类别 | 具体规格 | 备注 |
输入参数 | 输入电压：85-264V AC（单相），50/60Hz（自适应） | 宽电压设计，适配全球电网 |
| 输入电流：最大 3A（115V AC）、1.5A（230V AC） | 低输入电流，减少电网负荷 |
| 功率因数：≥0.9（满载，230V AC） | 高功率因数，降低无功损耗，符合工业节能要求 |
| 输入保护：过压（280V AC）、欠压（80V AC）、浪涌（±4kV 线 - 地） | IEC 61000-4-5 标准浪涌防护 |
输出参数 | 输出电压：24V DC（默认），12V DC/48V DC（可选定制） | 电压精度 ±0.5%，支持通过软件微调（±5%） |
| 输出电流：额定 10A（24V DC 时输出功率 240W） | 过载能力：1.2 倍额定电流，持续 1 分钟 |
| 输出纹波：≤50mV P-P | 20Hz-20MHz 带宽内测量 |
| 输出保护：过流（12A 触发）、短路（自动恢复）、过压（26.4V DC 触发） | 过流采用 “打嗝模式”，短路排除后自动恢复供电 |
冗余特性 | 冗余模式：支持 1+1/N+1 并联，均流误差≤3% | 需通过模块间均流控制线连接（RJ45 接口） |
| 冗余切换时间：≤10ms | 故障模块切换无感知，无电压跌落 |
物理与环境 | 外壳材质：冷轧钢板（表面喷塑） | 防护等级 IP20，适配控制柜内安装 |
| 尺寸：120mm×80mm×60mm（长 × 宽 × 高，DIN 导轨安装款） | 紧凑型设计，节省控制柜空间 |
| 重量：约 0.8kg（无风扇自然散热款） | 轻量化结构，便于导轨安装 |
| 工作温度：-10°C 至 + 55°C，存储温度：-40°C 至 + 85°C | 高温环境下（55°C-65°C）自动降额，输出功率线性降低至 80% |
| 散热方式：自然散热（低功率款）/ 风扇强制散热（高功率款） | 风扇故障时触发降额保护，避免模块过热 |
通信与控制 | 通信接口：RS485（Modbus RTU），波特率 1200-115200bps 可配置 | 支持远程监测电压、电流、故障信息，支持固件升级 |
| 报警输出：1 路干接点（故障时闭合），容量 250V AC/1A | 可接入 PLC/DCS 系统，实现故障远程报警 |
四、工作原理
ABB S-093N（3BHB009885R0021）基于高频开关电源技术实现 “交流→直流→稳定直流” 的电能转换，核心工作流程分为四步：
- 输入整流滤波：交流输入（85-264V AC）经 EMC 滤波器（抑制电网干扰）后，通过桥式整流电路转换为脉动直流，再经大容量电解电容滤波，得到平稳的高压直流（约 300V DC）；
- 高频逆变：高压直流通过 PWM（脉冲宽度调制）控制器驱动 IGBT 开关管，将其逆变为高频交流（20-50kHz），高频化设计可减小变压器体积，提升电源效率（效率≥88%）；
- 隔离变压与整流：高频交流经高频隔离变压器降压（根据输出电压需求调整变比），再通过快恢复二极管整流为低压直流，变压器同时实现输入与输出的电气隔离（隔离电压 2500V DC），保障下游设备安全；
- 输出稳压与滤波：低压直流经 LC 滤波电路（减少纹波）后，通过电压反馈电路实时采样输出电压，与基准电压比较后调整 PWM 占空比，最终将输出电压稳定在 24V DC±0.5%，同时通过均流控制电路实现多模块并联时的负载均分。
冗余运行时，多模块通过均流控制线实时交互输出电流信息，通过 “主从控制” 或 “平均电流控制” 算法调整各自输出，确保负载均匀分配，避免单模块过载；故障时，故障模块通过硬件信号快速退出，剩余模块通过电流补偿算法接管负载，实现无间断供电。
五、应用领域
- 电力行业：适配火力发电厂的汽轮机控制系统、锅炉给水监控系统，为 ABB Symphony DCS 的 I/O 模块、转速传感器提供稳定供电，保障机组启停与运行安全；
- 冶金行业：用于轧钢机的伺服驱动单元、连铸生产线的温度监测模块供电，抵御车间粉尘、电机强干扰，确保轧钢精度与生产连续性；
- 石油化工：为反应釜的压力 / 液位传感器、紧急切断阀控制单元供电，通过冗余设计避免电源故障导致的反应失控，符合化工防爆安全要求（需配合防爆控制柜使用）；
- 市政工程：适配污水处理厂的曝气池风机控制、自来水厂的水泵驱动系统，耐潮湿环境，保障水处理工艺稳定运行；
- 高端制造：为工业机器人的控制柜、精密机床的数控系统供电，高精度输出避免电压波动导致的加工误差，提升产品合格率。
六、汽轮机控制系统供电需求与模块适配性
1. 核心供电痛点
汽轮机控制系统（含 DEH 数字电液调节系统、TSI 安全监测系统）是火电机组的 “心脏控制单元”，其供电系统需解决三大核心问题：
- 零中断要求：主汽门、调节汽门的伺服阀供电中断＞20ms 即可能导致机组甩负荷，甚至停机；
- 高精度需求：转速传感器（精度 ±1r/min）、位移变送器等设备对电源纹波敏感（需≤50mV P-P），否则引发测量偏差；
- 强干扰环境：汽轮机厂房内存在高压电机、变频器等干扰源，需抵御 ±4kV 浪涌及谐波干扰。
2. ABB S-093N 适配优势
需求维度 | 模块核心适配特性 | 应用价值举例 |
供电连续性 | 1+1 冗余并联，切换时间≤10ms，均流误差≤3% | 单模块故障时，剩余模块无缝接管负载，避免 EH 油系统伺服阀失电导致的汽门误动 |
输出精度 | 24V DC 输出精度 ±0.5%，纹波≤50mV P-P | 保障 TSI 系统振动传感器数据稳定，避免转速波动误报警 |
抗干扰能力 | EMC 滤波 + 光学隔离，通过 EN 61326-1 认证，浪涌防护 ±4kV | 抵御给水泵变频器产生的谐波干扰，确保 DEH 逻辑运算单元正常运行 |
环境适应性 | 工作温度 - 10°C 至 + 55°C，MTBF≥80000 小时 | 适配汽轮机厂房高温、粉尘环境，满足机组年运行 8000 小时的长周期需求 |
系统架构专项设计
1. 冗余供电拓扑（推荐方案）
采用 “双路独立输入 + 1+1 冗余并联” 架构，适配 DEH 与 TSI 系统分离供电需求：
【厂用电系统】├─ 机组工作A段（主电源）→ 隔离变压器 → ABB S-093N模块1└─ 机组工作B段（备用电源）→ 隔离变压器 → ABB S-093N模块2↓（均流控制线RJ45连接）【并联输出母线】→ 直流配电屏 → 分路供电├─ DEH控制柜：伺服阀驱动器、CPU模块、I/O单元├─ TSI控制柜：转速/振动传感器、信号调理模块└─ EH油系统：压力变送器、蓄能器压力监测单元
- 关键设计：输入电源取自不同段母线（参考布连工程负荷分配逻辑），避免单段母线故障导致整体失电；输出侧配置 20A 直流断路器，每路负载独立保护。
2. 通信与报警集成
- 数据交互：通过 RS485 接口接入机组 DCS 系统（Modbus RTU 协议），上传参数包括：输出电压（精度 ±0.1V）、负载电流（±0.1A）、模块温度、冗余状态；
- 报警联动：干接点报警信号接入 DEH 紧急停机回路，当模块 “FAULT” 灯点亮时，触发 DCS 报警弹窗并联动声光报警，同时禁止机组升负荷操作。
模块选型与容量计算
1. 选型原则
- 冗余等级：单机容量≤300MW 机组采用 1+1 冗余；≥600MW 机组建议 N+1 冗余（如 3 台模块并联，2 台运行 1 台备用）；
- 输入适配：国内电厂选用 220V AC 输入款，配套 1kVA 隔离变压器（原副边绝缘 2500V DC）；
- 散热选型：控制柜内模块数量≥3 台时，选用风扇强制散热款，配合柜内轴流风机（风量≥100m³/h）。
2. 容量计算实例（600MW 机组 DEH 系统）
负载类型 | 数量 | 单台功耗 | 总功耗 | 冗余系数 | 计算容量 | 推荐配置 |
DEH CPU 模块 | 2 | 15W | 30W | 1.2 | 36W |
|
伺服阀驱动器 | 6 | 20W | 120W | 1.2 | 144W |
|
TSI 传感器组 | 8 | 5W | 40W | 1.2 | 48W |
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辅助控制单元 | 4 | 10W | 40W | 1.2 | 48W |
|
合计 |
|
| 230W | 1.2 | 276W | 2 台 240W 模块并联 |
安装与接线专项规范
1. 安装环境要求
- 位置选择：DEH 控制柜内上层（远离底部散热风扇出风口），与变频器、接触器等干扰源间距≥300mm；
- 空间预留：模块两侧各留 50mm 散热间隙，顶部距柜顶≥150mm，确保自然散热通畅；
- 控制柜防护：采用 IP54 等级控制柜，配置温湿度控制器（湿度＞85% RH 时自动除湿）。
2. 接线操作要点
接线部位 | 专项要求 | 验收标准 |
输入侧 | L/N 线采用 1.5mm² 铜芯屏蔽线，屏蔽层单端接地（控制柜接地排）；PE 线截面≥2.5mm² | 接地电阻≤1Ω，输入端子与柜体绝缘电阻≥100MΩ（500V 兆欧表测量） |
输出侧 | +24V/GND 采用 2.5mm² 双绞线，每路负载加装磁环（直径≥10mm） | 输出纹波≤50mV P-P（20Hz-20MHz 带宽测量） |
冗余控制线 | 专用 RJ45 跳线（长度≤5m），与动力线交叉时垂直穿越 | 均流误差≤3%（满载时测量各模块输出电流） |
报警线 | 1.0mm² 铜芯线，接入 DEH 数字量输入模块的 DI 点，配置终端电阻（120Ω） | 故障时干接点闭合响应时间≤100ms |
调试与验收流程
1. 上电前检查
- 用万用表通断档检查输入 L-N、输出 + 24V-GND 无短路；
- 测量模块绝缘电阻：输入对地、输出对地均≥100MΩ；
- 确认冗余控制线、报警线接线正确，端子螺丝扭矩达 0.8N・m。
2. 分阶段调试
阶段 1：单模块测试（断开冗余线）
- 接入 220V AC 电源，“PWR” 灯常亮，输出电压 24V±0.1V；
- 加载 10A 额定负载（240W 电阻箱），持续 30 分钟，模块温度≤50°C。
阶段 2：冗余功能测试
- 连接均流控制线，2 台模块并联运行，测量均流误差≤3%；
- 输出电压波动≤0.1V，切换时间≤10ms（示波器测量）；
- DCS 系统显示 “冗余切换” 报警，无负载失电记录。
阶段 3：抗干扰测试
- 模拟电网波动：输入电压从 220V 降至 187V（-15%）、升至 253V（+15%），输出电压稳定在 24V±0.5%；
- 注入干扰信号：在输入侧叠加 ±4kV 浪涌（IEC 61000-4-5 标准），模块无故障跳闸，输出正常。
3. 验收标准
验收项目 | 合格标准 | 检测工具 |
输出精度 | 24V DC±0.5%，纹波≤50mV P-P | 高精度万用表、示波器 |
冗余切换 | 切换时间≤10ms，电压波动≤0.1V | 示波器、功率分析仪 |
抗干扰性能 | 浪涌 ±4kV 冲击后无故障，输出正常 | 浪涌发生器 |
通信功能 | 10 分钟内数据传输无丢包，参数刷新周期≤1s | 串口调试助手、DCS 监控画面 |
高温运行 | 45°C 环境下满载运行 2 小时，模块温度≤60°C，无降额保护触发 | 温湿度箱、红外测温仪 |
运维与故障处理
1. 日常运维要点
周期 | 运维内容 | 注意事项 |
每日 | 检查 LED 指示灯状态：PWR 常亮、RED 常亮（冗余模式）、FAULT 熄灭 | 发现 FAULT 灯亮立即查看 DCS 报警信息 |
每周 | 测量输出电压、负载电流，记录至运维日志 | 电流偏差超过 5% 需检查负载是否异常 |
每月 | 用压缩空气（0.3MPa，无油无水）吹扫散热孔（风扇款） | 禁止用湿布擦拭模块外壳，避免进水 |
每年 | 校准输出电压（通过 ABB Control Builder 软件微调），测试冗余切换功能 | 校准前需备份当前参数，防止误操作 |
2. 典型故障处理（汽轮机场景专项）
故障现象 | 可能原因 | 处理步骤 | 风险控制措施 |
FAULT 灯亮，输出无电压 | 输入欠压（＜80V AC） | 1. 检查机组工作母线电压；2. 切换至备用电源；3. 联系电气人员排查电网波动 | 切换期间密切监控 DEH 伺服阀状态，禁止机组负荷调整 |
输出纹波＞50mV P-P | 滤波电容老化 / 负载接地不良 | 1. 测量电容容值；2. 检查负载接地；3. 更换故障模块 | 临时降低机组负荷至 70%，避免传感器信号失真引发误动作 |
冗余切换频繁 | 均流控制线接触不良 | 1. 重新插拔 RJ45 接头；2. 测量线阻（≤1Ω）；3. 更换跳线 | 安排在机组低负荷时段处理，备好备用模块 |
模块过温（＞65°C） | 散热孔堵塞 / 风扇故障 | 1. 吹扫散热孔；2. 检查风扇转速；3. 加装临时散热风扇 | 若温度持续升高，手动切换至备用模块，避免模块永久性损坏 |
与国产化 DEH 系统的适配案例
华能秦煤瑞金电厂 3 号机组（百万千瓦级）采用全国产 DCS+DEH 一体化系统，其汽轮机控制供电配置如下：
- 模块配置：3 台 ABB S-093N（2+1 冗余），输出总容量 480W；
- 适配特点：通过 Modbus RTU 协议与华能 “睿渥” DCS 无缝通信，实现电源参数与 DEH 控制逻辑联动；
- 运行效果：机组投运 4 年无电源故障，冗余切换成功率 100%，输出纹波稳定在 35-45mV P-P，满足 TSI 系统高精度监测需求。
