UPS电源在高速铁路通信、信号供电中存在的问题（一）

据某供电段统计,某客运专线全长189km,有104座箱变,自开通后两年半的时间里电力箱变所配置的UPS电源共发生故障84件。有些箱变配备的UPS电源在开通两年半的时间内发生两、三次故障。电力箱变用UPS电源频繁故障的问题,在其它高速铁路电力箱变运行中也时有发生。UPS电源故障的频繁发生严重威胁了高铁铁路的列车运行安全。经过对发生故障的UPS电源拆解、分析,其故障原因主要有以下几个方面。

1.UPS电源使用环境温度问题

目前高铁电力箱变使用的商用UPS电源,采用的大都是办公室使用的商用UPS电源。适用运行环境温度一般为0℃～40℃。由于我国南北温差较大,在华北、东北、西北地区冬季环境温度在负-20℃～-30℃左右。夏季室外气温高达38℃,由于高铁电力箱变是金属外壳,虽然箱体做了隔热处理,在夏季箱变内温度随着环境温度升高有时会达50℃~60℃左右。恶劣的使用环境超出了传统UPS电源的设计使用条件,导致UPS电源不能启动、保护性关机或损坏。

2.粉尘与凝露造成的问题

据国内某大型UPS厂商统计,1～10kVAUPS电源的故障原因中,接近30%的UPS电源故障都与凝露、灰尘有关。由于成本、环保及工艺复杂等原因,传统UPS电源厂商很少对其电路板做防潮、防腐、防尘的三防处理。一般的UPS电源都应用在办公室、机房、民用住宅等使用环境比较好的场合,不做三防处理UPS电源故障可能还不是很突出;而铁路电力箱变的UPS电源使用环境普遍比较恶劣,这是故障多的一个重要原因。

3.设计裕量问题

对于1-5kVA的UPS电源生产厂家基于制造成本的考虑,各项设计裕量都会留得比较小,在元器件选型时也是尽量选择可用又便宜的器件。有的厂商为了降低生产成本,IGBT选型规格过于临界,当UPS电源在带有冲击性负载或过载时容易造成IGBT击穿。

4.部分元器件超规使用问题

京沪高铁某区段使用某品牌UPS电源频繁故障,分析其原因主要是无充电电压,经厂家分析故障原因是,为了节省成本,提高了风扇的供电电压,使得风扇超规工作烧损,最终导致开关管过热而损坏。类似小裕量低成本的设计,对于一般常规的应用可能没有问题,但铁路的使用环境和电网质量要恶劣,不加改进直接使用会有极大的风险。

5.蓄电池使用环境温度问题

在高速铁路电力箱变使用的UPS电源所配蓄电池,为阀控密封铅酸蓄电池。阀控密封铅酸蓄电池允许使用环境温度范围为-15℃～45℃,蓄电池厂家建议使用温度为5℃～30℃。温度对蓄电池使用寿命的影响是很大的,环境温度升高将加速蓄电池内部水分的分解,在恒压充电时,高的室温环境,充电电流将增大,导致过充电。电池长期在超过标准温度下运行,则温度升高10℃,蓄电池的寿命约降低一半。在低温充电时,将产生氢气,使电池内压增高,电解液减少,蓄电池的使用寿命也会缩短。高速铁路使用的箱变运行环境温度在-30℃～60℃的环境内,夏季箱变内温度可达50℃～60℃。在冬季有些地区箱变内温度在负的20℃至负的30℃左右。在这种温度下传统的蓄电池会因为在低温下内阻增大,使电池不能进行正常的充电、放电。而在高温下造成蓄电池严重失水和膨胀变形,这些都影响了UPS所配阀控密封铅酸蓄电池的运行寿命。