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,某客運專線全長189km,有104座箱變,自開通后兩年半的時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行中也時有發(fā)生。UPS電源故障的頻繁發(fā)生嚴重威脅了高鐵鐵路的列車運行安全。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-20℃～-30℃左右。夏季室外氣溫高達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)境溫度升高有時會達50℃~60℃左右。惡劣的使用環(huán)境超出了傳統(tǒng)UPS電源的設計使用條件,導致UPS電源不能啟動、保護性關機或損壞。

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,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。由于成本、環(huán)保及工藝復雜等原因,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電源都應用在辦公室、機房、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,這是故障多的一個重要原因。

3.設計裕量問題

對于1-5kVA的UPS電源生產(chǎn)廠家基于制造成本的考慮,各項設計裕量都會留得比較小,在元器件選型時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UPS電源在帶有沖擊性負載或過載時容易造成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,提高了風扇的供電電壓,使得風扇超規(guī)工作燒損,最終導致開關管過熱而損壞。類似小裕量低成本的設計,對于一般常規(guī)的應用可能沒有問題,但鐵路的使用環(huán)境和電網(wǎng)質(zhì)量要惡劣,不加改進直接使用會有極大的風險。

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,高的室溫環(huán)境,充電電流將增大,導致過充電。電池長期在超過標準溫度下運行,則溫度升高10℃,蓄電池的壽命約降低一半。在低溫充電時,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50℃～60℃。在冬季有些地區(qū)箱變內(nèi)溫度在負的20℃至負的30℃左右。在這種溫度下傳統(tǒng)的蓄電池會因為在低溫下內(nèi)阻增大,使電池不能進行正常的充電、放電。而在高溫下造成蓄電池嚴重失水和膨脹變形,這些都影響了UPS所配閥控密封鉛酸蓄電池的運行壽命。

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