UPS電源在高速鐵路通信、信號供電中存在的問題（一）

據(jù)某供電段統(tǒng)計(jì),某客運(yùn)專線全長189km,有104座箱變,自開通后兩年半的時(shí)間里電力箱變所配置的UPS電源共發(fā)生故障84件。有些箱變配備的UPS電源在開通兩年半的時(shí)間內(nèi)發(fā)生兩、三次故障。電力箱變用UPS電源頻繁故障的問題,在其它高速鐵路電力箱變運(yùn)行中也時(shí)有發(fā)生。UPS電源故障的頻繁發(fā)生嚴(yán)重威脅了高鐵鐵路的列車運(yùn)行安全。經(jīng)過對發(fā)生故障的UPS電源拆解、分析,其故障原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.UPS電源使用環(huán)境溫度問題

目前高鐵電力箱變使用的商用UPS電源,采用的大都是辦公室使用的商用UPS電源。適用運(yùn)行環(huán)境溫度一般為0℃～40℃。由于我國南北溫差較大,在華北、東北、西北地區(qū)冬季環(huán)境溫度在負(fù)-20℃～-30℃左右。夏季室外氣溫高達(dá)38℃,由于高鐵電力箱變是金屬外殼,雖然箱體做了隔熱處理,在夏季箱變內(nèi)溫度隨著環(huán)境溫度升高有時(shí)會達(dá)50℃~60℃左右。惡劣的使用環(huán)境超出了傳統(tǒng)UPS電源的設(shè)計(jì)使用條件,導(dǎo)致UPS電源不能啟動、保護(hù)性關(guān)機(jī)或損壞。

2.粉塵與凝露造成的問題

據(jù)國內(nèi)某大型UPS廠商統(tǒng)計(jì),1～10kVAUPS電源的故障原因中,接近30%的UPS電源故障都與凝露、灰塵有關(guān)。由于成本、環(huán)保及工藝復(fù)雜等原因,傳統(tǒng)UPS電源廠商很少對其電路板做防潮、防腐、防塵的三防處理。一般的UPS電源都應(yīng)用在辦公室、機(jī)房、民用住宅等使用環(huán)境比較好的場合,不做三防處理UPS電源故障可能還不是很突出;而鐵路電力箱變的UPS電源使用環(huán)境普遍比較惡劣,這是故障多的一個(gè)重要原因。

3.設(shè)計(jì)裕量問題

對于1-5kVA的UPS電源生產(chǎn)廠家基于制造成本的考慮,各項(xiàng)設(shè)計(jì)裕量都會留得比較小,在元器件選型時(shí)也是盡量選擇可用又便宜的器件。有的廠商為了降低生產(chǎn)成本,IGBT選型規(guī)格過于臨界,當(dāng)UPS電源在帶有沖擊性負(fù)載或過載時(shí)容易造成IGBT擊穿。

4.部分元器件超規(guī)使用問題

京滬高鐵某區(qū)段使用某品牌UPS電源頻繁故障,分析其原因主要是無充電電壓,經(jīng)廠家分析故障原因是,為了節(jié)省成本,提高了風(fēng)扇的供電電壓,使得風(fēng)扇超規(guī)工作燒損,最終導(dǎo)致開關(guān)管過熱而損壞。類似小裕量低成本的設(shè)計(jì),對于一般常規(guī)的應(yīng)用可能沒有問題,但鐵路的使用環(huán)境和電網(wǎng)質(zhì)量要惡劣,不加改進(jìn)直接使用會有極大的風(fēng)險(xiǎn)。

5.蓄電池使用環(huán)境溫度問題

在高速鐵路電力箱變使用的UPS電源所配蓄電池,為閥控密封鉛酸蓄電池。閥控密封鉛酸蓄電池允許使用環(huán)境溫度范圍為-15℃～45℃,蓄電池廠家建議使用溫度為5℃～30℃。溫度對蓄電池使用壽命的影響是很大的,環(huán)境溫度升高將加速蓄電池內(nèi)部水分的分解,在恒壓充電時(shí),高的室溫環(huán)境,充電電流將增大,導(dǎo)致過充電。電池長期在超過標(biāo)準(zhǔn)溫度下運(yùn)行,則溫度升高10℃,蓄電池的壽命約降低一半。在低溫充電時(shí),將產(chǎn)生氫氣,使電池內(nèi)壓增高,電解液減少,蓄電池的使用壽命也會縮短。高速鐵路使用的箱變運(yùn)行環(huán)境溫度在-30℃～60℃的環(huán)境內(nèi),夏季箱變內(nèi)溫度可達(dá)50℃～60℃。在冬季有些地區(qū)箱變內(nèi)溫度在負(fù)的20℃至負(fù)的30℃左右。在這種溫度下傳統(tǒng)的蓄電池會因?yàn)樵诘蜏叵聝?nèi)阻增大,使電池不能進(jìn)行正常的充電、放電。而在高溫下造成蓄電池嚴(yán)重失水和膨脹變形,這些都影響了UPS所配閥控密封鉛酸蓄電池的運(yùn)行壽命。