鐵路電力箱變UPS經(jīng)常故障的原因

UPS電源作為備用控制工作電源，對(duì)鐵路供電系統(tǒng)具有重要意義。電力箱變UPS故障的頻繁發(fā)生嚴(yán)重影響了鐵路的可靠供電。根據(jù)石家莊供電公司供電所統(tǒng)計(jì)，石太客運(yùn)專線自2009年4月1日開(kāi)通至今，箱變內(nèi)的UPS故障多達(dá)數(shù)百起，甚至同一UPS多次出現(xiàn)故障。在其他高速鐵路上，電力箱變用UPS的故障頻發(fā)，也經(jīng)常發(fā)生在電力箱變運(yùn)行中。比如京滬高鐵某區(qū)段箱變中使用的2kVAUPS71臺(tái)，該線開(kāi)通一年來(lái)先后有18臺(tái)發(fā)生故障，故障率25.4%，嚴(yán)重威脅著該線行車安全。

下面就為大家對(duì)電力箱變UPS的失效原因分析一下。

1、大溫差環(huán)境

當(dāng)前鐵路10 kV電氣化箱變所采用的UPS主要針對(duì)數(shù)據(jù)中心或辦公 IT設(shè)備，其工作環(huán)境溫度為0~40℃。盡管電控箱變頻器內(nèi)安裝有加熱器和風(fēng)扇來(lái)控制溫度，但由于箱變?yōu)榻饘偻鈿?，?dǎo)溫能力強(qiáng)，環(huán)境溫度對(duì)箱變溫度影響較大。

高溫環(huán)境：京滬高鐵某區(qū)段箱變UPS一年內(nèi)失效率25.4%，對(duì)故障機(jī)器進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，其中15臺(tái)由于箱內(nèi)溫度過(guò)高，超過(guò)UPS正常工作溫度范圍，導(dǎo)致設(shè)備炸機(jī)。

低溫環(huán)境：太行山區(qū)的朔黃鐵路上，有36套2 kVA的 UPS供沿線紅外測(cè)試設(shè)備使用。夏天運(yùn)行正常，而冬季溫度下降到-20℃以下，即由于低溫造成UPS保護(hù)性自動(dòng)關(guān)閉，直到環(huán)境溫度回升至-10℃以上才能恢復(fù)供電。

電力箱變用的UPS配置蓄電池為貧液閥控密封鉛酸蓄電池。閥控密封式鉛酸蓄電池允許使用環(huán)境溫度為-15℃~45℃，建議使用溫度為-5℃~30℃，箱變運(yùn)行環(huán)境溫度為-20℃~55℃，箱變溫度在-50℃~60℃。冬天，箱變內(nèi)部溫度低于-20℃，高溫差嚴(yán)重影響了UPS配用閥控密封鉛酸蓄電池的使用壽命。

2、塵埃和凝露

根據(jù)某大型UPS生產(chǎn)企業(yè)統(tǒng)計(jì)，其UPS故障1~10 kVA UPS中，近30%的故障是由凝露、粉塵引起的。傳統(tǒng)的UPS生產(chǎn)廠家很少對(duì)其電路板進(jìn)行防潮、防腐、防塵三防處理，原因是成本、環(huán)保和工藝復(fù)雜。但鐵路電力箱變所處的環(huán)境一般都比較惡劣，這是UPS發(fā)生故障的重要原因。

當(dāng)UPS工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，采用風(fēng)冷散熱， UPS便具有了“吸塵器”的功能，會(huì)把空氣中的灰塵吸進(jìn)UPS內(nèi)部?；覊m一旦附著在風(fēng)機(jī)或電路板上，不僅會(huì)影響UPS的散熱，而且會(huì)導(dǎo)致電路板短路。京滬高鐵箱式變頻UPS線路板因粉塵造成短路故障。

鐵道用電箱變箱一般用于室外，箱變箱雖然安裝了溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但主要受外部環(huán)境影響。與傳統(tǒng) UPS相比， UPS一般都是按照IEC529-598標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的IP20保護(hù)外物入侵，而對(duì)水或水分沒(méi)有特殊保護(hù)。在設(shè)備內(nèi)遇冷濕度過(guò)高會(huì)形成水霧或水珠，特別是在南方潮濕的雨季，結(jié)露極易造成電路板短路。

3、電網(wǎng)諧波

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高功率整流器在電氣化鐵道中得到廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)生的諧波嚴(yán)重影響著電力設(shè)備、電力用戶和通信線路。

由于諧波嚴(yán)重，京廣線、京山線的電力自閉線路都出現(xiàn)了相序翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。常規(guī)的UPS都是為普通工業(yè)電網(wǎng)和民用電網(wǎng)設(shè)計(jì)的，當(dāng)UPS直接被用來(lái)供電質(zhì)量較差的鐵路箱式變電站時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)許多以前在其應(yīng)用中從未出現(xiàn)的故障。

4、設(shè)計(jì)余量不足，沒(méi)有考慮冗余

對(duì)1~5 kVA小功率的UPS，廠商基于成本考慮，各種設(shè)計(jì)余量都會(huì)留得較少，元件選型時(shí)也是盡量選用可用且最便宜的。首先，電路板多采用單層板設(shè)計(jì)，其電流密度和安規(guī)距較小；第二，感電磁心大多選用鐵粉類磁心，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，感電磁心性能會(huì)逐漸下降，感電量會(huì)逐漸減少。在電感量下降到一定程度時(shí)，電感將完全失效，從而引起機(jī)器炸機(jī)。

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