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公司基本資料信息
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泉州圣能蓄電池生產廠家
關于高鐵箱變UPS運行中的故障分析和解決方案
高速鐵路CTCS2、CTCS3列控系統(tǒng)及沿線分部的大量信號站、通訊站、光纖直放站依靠沿線10kV一級電力貫通線及10kV綜合電力貫通線來供電，對供電的可靠性提岀了很高的要求。為了滿足信號站、通訊站、光纖直放站用電，高速鐵路沿線設置了大量電力箱變。為了滿足供電可靠性，對供配電室、電力箱變采用SCADA系統(tǒng)進行監(jiān)控，實現(xiàn)對配電室、電力箱變設備運行狀態(tài)的遙控、遙測、遙信、遙調、遙視、保護及調度管理并輔助完成事故分析及處理。
圣能蓄電池 為了保證電力箱變的可靠運行，箱變內安裝了UPS和閥控式密封鉛酸蓄電池，作為電力箱變控制工作電源的備用電源。箱變內UPS主要作用是：①為遠動設備RTU的使用提供電源，在10kV一級電力貫通線或10kV綜合電力貫通線其中一路因故障或檢修停電，兩路電源在進行切換的過程中，不會導致遠動設備短暫失電而停止運行或重新起動。②在一級10kV電力貫通線和10kV綜合電力貫通線兩路電源均停電的情況下，為遠動設備和低壓開關提供工作電源，實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。③為箱變內二次保護系統(tǒng)提供更加可靠的工作電源。電力箱變所配UPS容量為1～5kVA。
1 目前高鐵電力箱變UPS存在的問題
據(jù)石家莊供電段統(tǒng)計，石太客運專線2009年4月1日開通到2012年底,電力箱變內UPS共發(fā)生故障84起，有些箱變UPS自開通后發(fā)生兩、三次故障。電力箱變用UPS頻發(fā)故障的問題，在其它高速鐵路電力箱變運行中也頻繁發(fā)生。據(jù)高鐵電力箱變生產廠家反映，每年現(xiàn)場售后需更換故障UPS達兩百多臺。UPS故障的頻繁發(fā)生嚴重威脅了高鐵行車安全。經過對發(fā)生故障的UPS分解、分析，故障原因主要有以下幾個方面。
(1) UPS使用環(huán)境溫度問題
目前高鐵電力箱變使用的UPS是針對數(shù)據(jù)中心或辦公室內的IT設備而設計的，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－20℃上下，個別地區(qū)可達―30℃，夏季室外氣溫高達39℃。由于高鐵電力箱變是金屬外殼，傳導能力強，在華北地區(qū)冬季,箱內溫度在-20℃左右。在夏季箱變內溫度可達50～60℃左右。惡劣的使用環(huán)境超出了傳統(tǒng)UPS的設計使用條件，導致UPS不能起動、保護性關機或損壞。如京滬高鐵某區(qū)段箱變使用的2kVAUPS71臺，高鐵開通一年內先后有18臺出現(xiàn)故障，故障率達25.4%。生產廠商對故障機器進行分析后發(fā)現(xiàn)，其中15臺由于箱變內溫度過高，超出UPS的正常工作溫度范圍，導致開關管過熱而損壞。再如朔黃線鐵路配備了36臺2kVA的UPS給沿線紅外線測試設備供電。夏季時工作正常，但冬天氣溫降至－20℃以下時，即出現(xiàn)因低溫導致的保護性自動關機，待環(huán)境溫度回升到－10℃以上時才能恢復供電。
(2) 粉塵與凝露造成的問題
據(jù)國內某大型UPS廠商統(tǒng)計，其1~10kVAUPS的故障原因中，約30%的故障都與凝露、灰塵有關。由于成本、環(huán)保及工藝復雜等原因，對商用UPS不做三防處理,其故障率不是很高，而鐵路電力箱變的使用環(huán)境普遍比較惡劣，這是故障多發(fā)的一個重要原因。
當UPS采用風冷散熱時，會將空氣中的粉塵吸入UPS內部。粉塵粘附在風扇或電路板上，影響UPS散熱，并有造成電路板短路的風險。圖1為京滬高鐵箱變UPS電路板因粉塵導致的短路故障的照片。
圣能蓄電池信息
直流UPS定制的主要類別及主要組成部分
從主電路結構和不間斷供電的運行機制來看，目前技術成熟并已經形成產品的各種UPS主要有四大類：后備式UPS，在線互動式UPS，雙變換在現(xiàn)實UPS以及雙向變換串并聯(lián)補償在線式UPS(Delta變換器)。
UPS通常由輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池組、充電電路、逆變電路、靜態(tài)開關電路、控制檢測見識及保護電路共7個部分組成。
輸入整流濾波電路
UPS中，常用的整流電路有單相不可控和可控整流電路、三相不可控和可控整流電路。濾波器可分為電容輸入或電感輸入兩種。電容輸入濾波器的輸出電壓較高，但要求變壓器輸出的縫制電流較大，且負載調整交****。電感輸入濾波器的輸出特定較好，但需要較大的扼流圈且成本較高。目前UPS中通常采用電容和電感組成的LC濾波器。
功率因數(shù)校正電路
UPS中，交流市電經整流后都采用大容量電容器進行濾波，而且整流電路輸出端還并聯(lián)有蓄電池。在電容器或蓄電池充電期間將形成脈沖電流。該電流峰值很高，會產生高次諧波電流并導致功率因數(shù)下降，功率因數(shù)校正電路可使電網輸入電流變?yōu)榕c輸入電壓同相位的正弦波。
蓄電池組
蓄電池組是UPS的心臟。市電正常時，蓄電池充電，將電能轉化為化學能，并儲藏起來，市電中斷時，UPS蓄電池中電量維持逆變器工作。目前，中小型UPS中廣泛使用閥控鉛酸蓄電池。在長延時（4h或8h）的UPS中，蓄電池的成本甚至超過主機的成本。正確使用蓄電池組，對延長蓄電池的使用壽命只管重要。使用正確，閥控鉛酸電池的壽命可達10年以上。
充電電路
UPS中，一般充電電路都是獨立工作的，也就是說，即使不使用逆變器，只要將交流電源接通，充電電路就開始工作，在充電過程中，首先采用恒流充電，當蓄電池的電壓達到浮充電壓后，再轉為恒壓充電，直到電池被充足。因此，充電電路一般有兩個反饋回路，一個做電流反饋，一個做電壓反饋。主電路一般采用開關型整流電路。為了縮短充電時間，各種快速充電電路在UPS中也得到應用。
逆變電路
逆變器的作用是將市電整流后的直流電壓或蓄電池電壓變換成交流電壓。在后備式UPS中，逆變器輸出電壓波形一般為準方波；在在線式UPS，中，逆變器輸出電壓多為正弦波脈寬調制（SPWM）波形，該波形經LC濾波器濾波后，可得到標準正弦波。
靜態(tài)開關電路
靜態(tài)開關的作用是保護UPS和負載，并實現(xiàn)市電旁路供電和逆變器供電的轉換。UPS過載是，為了保護逆變器，當市電正常時，UPS通過靜態(tài)開關將輸出有逆變器轉換到市電；當逆變器出現(xiàn)故障時，為了保證負載不斷電，UPS的輸出也通過靜態(tài)開關輸出切換到市電。由于UPS內部一般都有同步鎖相電路，同時靜態(tài)開關轉換時間段，因此在轉換過程中不會出現(xiàn)供電間斷。小型UPS一般采用快速繼電器作為靜態(tài)開關，大、中型UPS則采用反響并聯(lián)的快速晶閘管作為靜態(tài)開關。
監(jiān)控、檢測、顯示保護電路
UPS輸出電壓的精度、波形失真度以及工作可靠性均與控制電路密切相關。控制電路主要有SPWM產生電路，閉環(huán)調壓電路、同步鎖相電路等。為了式UPS可靠工作，還應具有較完善的保護電路。一般的UPS中都有電池電壓過低自動保護電路、市電電壓過高自動和UPS延遲啟動自動保護電路等。為了隨時掌握和了解工作狀態(tài)及其運行情況，UPS中還設有監(jiān)測電路、顯示電路及報警電路。
UPS的分類：
1.按照功率分類：<5KVA,5-20KVA,>20KVA
2.按照輸入輸出電壓分類：單相UPS，三相UPS
3.按照安裝方式分類：塔式，機架式。
4.按照技術分類：后備，在線互動式，雙變換在線式，Delta變換式。
5.按照結構分：模塊化UPS，固定功率UPS，類模塊化UPS
6.固定功率在線式分類：工頻機，IGBT整流器+傳統(tǒng)逆變器（過渡技術），高頻機
1.2.1按電路主結構分類
?。?）后備式UPS
?。?）在線式UPS
?。?）串并聯(lián)調整式UPS
?。?）在線互動式UPS
1.2.2按后備時間分類
?。?）標準機
?。?）長效機
1.2.3按輸入/輸出方式分類
?。?）單相輸入/單相輸出UPS（小功率UPS）
?。?）三相輸入/單相輸出UPS（中、大功率UPS）
?。?）三相輸入/三相輸出UPS（中、大功率UPS）
對于用戶來說，采用三相供電時市電配電和負載配電比較容易，每一相都承載一部分負載電
流。
1.2.4
按輸出波形分類
?。?）正弦波UPS
（2）方波UPS
不適合帶感性負載，會使方波產生瞬態(tài)尖波，從而給UPS和負載設備造成破壞，大多數(shù)后備式UPS的輸出波形為方波。
1.2.5按輸出容量分類
?。?）微型UPS（輸出功率小于或等于1kVA）
?。?）小型UPS（輸出功率大于1kVA而小于5kVA）
?。?）中型UPS（輸出功率大于5kVA而小于或等于30kVA）
?。?）大型UPS（輸出功率大于30kVA而小于或等于100kVA）。
