泉州圣能蓄电池生产厂家

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泉州圣能蓄电池生产厂家

关于高铁箱变UPS运行中的故障分析和解决方案

高速铁路CTCS2、CTCS3列控系统及沿线分部的大量信号站、通讯站、光纤直放站依靠沿线10kV一级电力贯通线及10kV综合电力贯通线来供电，对供电的可靠性提岀了很高的要求。为了满足信号站、通讯站、光纤直放站用电，高速铁路沿线设置了大量电力箱变。为了满足供电可靠性，对供配电室、电力箱变采用SCADA系统进行监控，实现对配电室、电力箱变设备运行状态的遥控、遥测、遥信、遥调、遥视、保护及调度管理并辅助完成事故分析及处理。

　　

　圣能蓄电池　为了保证电力箱变的可靠运行，箱变内安装了UPS和阀控式密封铅酸蓄电池，作为电力箱变控制工作电源的备用电源。箱变内UPS主要作用是：①为远动设备RTU的使用提供电源，在10kV一级电力贯通线或10kV综合电力贯通线其中一路因故障或检修停电，两路电源在进行切换的过程中，不会导致远动设备短暂失电而停止运行或重新起动。②在一级10kV电力贯通线和10kV综合电力贯通线两路电源均停电的情况下，为远动设备和低压开关提供工作电源，实现远程监控功能。③为箱变内二次保护系统提供更加可靠的工作电源。电力箱变所配UPS容量为1～5kVA。

　　

　　1 目前高铁电力箱变UPS存在的问题

　　

　　据石家庄供电段统计，石太客运专线2009年4月1日开通到2012年底,电力箱变内UPS共发生故障84起，有些箱变UPS自开通后发生两、三次故障。电力箱变用UPS频发故障的问题，在其它高速铁路电力箱变运行中也频繁发生。据高铁电力箱变生产厂家反映，每年现场售后需更换故障UPS达两百多台。UPS故障的频繁发生严重威胁了高铁行车安全。经过对发生故障的UPS分解、分析，故障原因主要有以下几个方面。

　　

　　(1) UPS使用环境温度问题

　　

　　目前高铁电力箱变使用的UPS是针对数据中心或办公室内的IT设备而设计的，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－20℃上下，个别地区可达―30℃，夏季室外气温高达39℃。由于高铁电力箱变是金属外壳，传导能力强，在华北地区冬季,箱内温度在-20℃左右。在夏季箱变内温度可达50～60℃左右。恶劣的使用环境超出了传统UPS的设计使用条件，导致UPS不能起动、保护性关机或损坏。如京沪高铁某区段箱变使用的2kVAUPS71台，高铁开通一年内先后有18台出现故障，故障率达25.4%。生产厂商对故障机器进行分析后发现，其中15台由于箱变内温度过高，超出UPS的正常工作温度范围，导致开关管过热而损坏。再如朔黄线铁路配备了36台2kVA的UPS给沿线红外线测试设备供电。夏季时工作正常，但冬天气温降至－20℃以下时，即出现因低温导致的保护性自动关机，待环境温度回升到－10℃以上时才能恢复供电。

　　

　　(2) 粉尘与凝露造成的问题

　　

　　据国内某大型UPS厂商统计，其1~10kVAUPS的故障原因中，约30%的故障都与凝露、灰尘有关。由于成本、环保及工艺复杂等原因，对商用UPS不做三防处理,其故障率不是很高，而铁路电力箱变的使用环境普遍比较恶劣，这是故障多发的一个重要原因。

　　

　　当UPS采用风冷散热时，会将空气中的粉尘吸入UPS内部。粉尘粘附在风扇或电路板上，影响UPS散热，并有造成电路板短路的风险。图1为京沪高铁箱变UPS电路板因粉尘导致的短路故障的照片。

圣能蓄电池信息

 

直流UPS定制的主要类别及主要组成部分   

从主电路结构和不间断供电的运行机制来看，目前技术成熟并已经形成产品的各种UPS主要有四大类：后备式UPS，在线互动式UPS，双变换在现实UPS以及双向变换串并联补偿在线式UPS(Delta变换器)。

　　

　　UPS通常由输入整流滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变电路、静态开关电路、控制检测见识及保护电路共7个部分组成。

　　

　　输入整流滤波电路

　　

　　UPS中，常用的整流电路有单相不可控和可控整流电路、三相不可控和可控整流电路。滤波器可分为电容输入或电感输入两种。电容输入滤波器的输出电压较高，但要求变压器输出的缝制电流较大，且负载调整交****。电感输入滤波器的输出特定较好，但需要较大的扼流圈且成本较高。目前UPS中通常采用电容和电感组成的LC滤波器。

　　

　　功率因数校正电路

　　

　　UPS中，交流市电经整流后都采用大容量电容器进行滤波，而且整流电路输出端还并联有蓄电池。在电容器或蓄电池充电期间将形成脉冲电流。该电流峰值很高，会产生高次谐波电流并导致功率因数下降，功率因数校正电路可使电网输入电流变为与输入电压同相位的正弦波。

　　

　　蓄电池组

　　

　　蓄电池组是UPS的心脏。市电正常时，蓄电池充电，将电能转化为化学能，并储藏起来，市电中断时，UPS蓄电池中电量维持逆变器工作。目前，中小型UPS中广泛使用阀控铅酸蓄电池。在长延时（4h或8h）的UPS中，蓄电池的成本甚至超过主机的成本。正确使用蓄电池组，对延长蓄电池的使用寿命只管重要。使用正确，阀控铅酸电池的寿命可达10年以上。

　　

　　充电电路

　　

　　UPS中，一般充电电路都是独立工作的，也就是说，即使不使用逆变器，只要将交流电源接通，充电电路就开始工作，在充电过程中，首先采用恒流充电，当蓄电池的电压达到浮充电压后，再转为恒压充电，直到电池被充足。因此，充电电路一般有两个反馈回路，一个做电流反馈，一个做电压反馈。主电路一般采用开关型整流电路。为了缩短充电时间，各种快速充电电路在UPS中也得到应用。

　　

　　逆变电路

　　

　　逆变器的作用是将市电整流后的直流电压或蓄电池电压变换成交流电压。在后备式UPS中，逆变器输出电压波形一般为准方波；在在线式UPS，中，逆变器输出电压多为正弦波脉宽调制（SPWM）波形，该波形经LC滤波器滤波后，可得到标准正弦波。

　　

　　静态开关电路

　　

　　静态开关的作用是保护UPS和负载，并实现市电旁路供电和逆变器供电的转换。UPS过载是，为了保护逆变器，当市电正常时，UPS通过静态开关将输出有逆变器转换到市电；当逆变器出现故障时，为了保证负载不断电，UPS的输出也通过静态开关输出切换到市电。由于UPS内部一般都有同步锁相电路，同时静态开关转换时间段，因此在转换过程中不会出现供电间断。小型UPS一般采用快速继电器作为静态开关，大、中型UPS则采用反响并联的快速晶闸管作为静态开关。

　　

　　监控、检测、显示保护电路

　　

　　UPS输出电压的精度、波形失真度以及工作可靠性均与控制电路密切相关。控制电路主要有SPWM产生电路，闭环调压电路、同步锁相电路等。为了式UPS可靠工作，还应具有较完善的保护电路。一般的UPS中都有电池电压过低自动保护电路、市电电压过高自动和UPS延迟启动自动保护电路等。为了随时掌握和了解工作状态及其运行情况，UPS中还设有监测电路、显示电路及报警电路。

　　

　　UPS的分类：

　　

　　1.按照功率分类：<5KVA,5-20KVA,>20KVA

　　

　　2.按照输入输出电压分类：单相UPS，三相UPS

　　

　　3.按照安装方式分类：塔式，机架式。

　　

　　4.按照技术分类：后备，在线互动式，双变换在线式，Delta变换式。

　　

　　5.按照结构分：模块化UPS，固定功率UPS，类模块化UPS

　　

　　6.固定功率在线式分类：工频机，IGBT整流器+传统逆变器（过渡技术），高频机

　　

　　1.2.1按电路主结构分类

　　

　　（1）后备式UPS

　　

　　（2）在线式UPS

　　

　　（3）串并联调整式UPS

　　

　　（4）在线互动式UPS

　　

　　1.2.2按后备时间分类

　　

　　（1）标准机

　　

　　（2）长效机

　　

　　1.2.3按输入/输出方式分类

　　

　　（1）单相输入/单相输出UPS（小功率UPS）

　　

　　（2）三相输入/单相输出UPS（中、大功率UPS）

　　

　　（3）三相输入/三相输出UPS（中、大功率UPS）

　　

　　对于用户来说，采用三相供电时市电配电和负载配电比较容易，每一相都承载一部分负载电

　　

　　流。

　　

　　1.2.4

　　

　　按输出波形分类

　　

　　（1）正弦波UPS

　　

　　（2）方波UPS

　　

　　不适合带感性负载，会使方波产生瞬态尖波，从而给UPS和负载设备造成破坏，大多数后备式UPS的输出波形为方波。

　　

　　1.2.5按输出容量分类

　　

　　（1）微型UPS（输出功率小于或等于1kVA）

　　

　　（2）小型UPS（输出功率大于1kVA而小于5kVA）

　　

　　（3）中型UPS（输出功率大于5kVA而小于或等于30kVA）

　　

　　（4）大型UPS（输出功率大于30kVA而小于或等于100kVA）。