泉州圣能蓄電池生產(chǎn)廠家

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泉州圣能蓄電池生產(chǎn)廠家

關(guān)于高鐵箱變UPS運(yùn)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(hào)站、通訊站、光纖直放站依靠沿線10kV一級(jí)電力貫通線及10kV綜合電力貫通線來供電，對(duì)供電的可靠性提岀了很高的要求。為了滿足信號(hào)站、通訊站、光纖直放站用電，高速鐵路沿線設(shè)置了大量電力箱變。為了滿足供電可靠性，對(duì)供配電室、電力箱變采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室、電力箱變?cè)O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙視、保護(hù)及調(diào)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(yùn)行，箱變內(nèi)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(nèi)UPS主要作用是：①為遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備RTU的使用提供電源，在10kV一級(jí)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(jìn)行切換的過程中，不會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備短暫失電而停止運(yùn)行或重新起動(dòng)。②在一級(jí)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(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和低壓開關(guān)提供工作電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。③為箱變內(nèi)二次保護(hù)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(jì)，石太客運(yùn)專線2009年4月1日開通到2012年底,電力箱變內(nèi)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(yùn)行中也頻繁發(fā)生。據(jù)高鐵電力箱變生產(chǎn)廠家反映，每年現(xiàn)場(chǎng)售后需更換故障UPS達(dá)兩百多臺(tái)。UPS故障的頻繁發(fā)生嚴(yán)重威脅了高鐵行車安全。經(jīng)過對(duì)發(fā)生故障的UPS分解、分析，故障原因主要有以下幾個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)中心或辦公室內(nèi)的IT設(shè)備而設(shè)計(jì)的，適用運(yùn)行環(huán)境溫度一般為0℃～40℃。由于我國(guó)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(gè)別地區(qū)可達(dá)―30℃，夏季室外氣溫高達(dá)39℃。由于高鐵電力箱變是金屬外殼，傳導(dǎo)能力強(qiáng)，在華北地區(qū)冬季,箱內(nèi)溫度在-20℃左右。在夏季箱變內(nèi)溫度可達(dá)50～60℃左右。惡劣的使用環(huán)境超出了傳統(tǒng)UPS的設(shè)計(jì)使用條件，導(dǎo)致UPS不能起動(dòng)、保護(hù)性關(guān)機(jī)或損壞。如京滬高鐵某區(qū)段箱變使用的2kVAUPS71臺(tái)，高鐵開通一年內(nèi)先后有18臺(tái)出現(xiàn)故障，故障率達(dá)25.4%。生產(chǎn)廠商對(duì)故障機(jī)器進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，其中15臺(tái)由于箱變內(nèi)溫度過高，超出UPS的正常工作溫度范圍，導(dǎo)致開關(guān)管過熱而損壞。再如朔黃線鐵路配備了36臺(tái)2kVA的UPS給沿線紅外線測(cè)試設(shè)備供電。夏季時(shí)工作正常，但冬天氣溫降至－20℃以下時(shí)，即出現(xiàn)因低溫導(dǎo)致的保護(hù)性自動(dòng)關(guān)機(jī)，待環(huán)境溫度回升到－10℃以上時(shí)才能恢復(fù)供電。

　　(2) 粉塵與凝露造成的問題

　　據(jù)國(guó)內(nèi)某大型UPS廠商統(tǒng)計(jì)，其1~10kVAUPS的故障原因中，約30%的故障都與凝露、灰塵有關(guān)。由于成本、環(huán)保及工藝復(fù)雜等原因，對(duì)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(gè)重要原因。

　　當(dāng)UPS采用風(fēng)冷散熱時(shí)，會(huì)將空氣中的粉塵吸入U(xiǎn)PS內(nèi)部。粉塵粘附在風(fēng)扇或電路板上，影響UPS散熱，并有造成電路板短路的風(fēng)險(xiǎn)。圖1為京滬高鐵箱變UPS電路板因粉塵導(dǎo)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(jié)構(gòu)和不間斷供電的運(yùn)行機(jī)制來看，目前技術(shù)成熟并已經(jīng)形成產(chǎn)品的各種UPS主要有四大類：后備式UPS，在線互動(dòng)式UPS，雙變換在現(xiàn)實(shí)UPS以及雙向變換串并聯(lián)補(bǔ)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(guān)電路、控制檢測(cè)見識(shí)及保護(hù)電路共7個(gè)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(fù)載調(diào)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(jīng)整流后都采用大容量電容器進(jìn)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(huì)產(chǎn)生高次諧波電流并導(dǎo)致功率因數(shù)下降，功率因數(shù)校正電路可使電網(wǎng)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(shí)，蓄電池充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并儲(chǔ)藏起來，市電中斷時(shí)，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(zhǎng)延時(shí)（4h或8h）的UPS中，蓄電池的成本甚至超過主機(jī)的成本。正確使用蓄電池組，對(duì)延長(zhǎng)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(dá)10年以上。

　　充電電路

　　UPS中，一般充電電路都是獨(dú)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(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到浮充電壓后，再轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池被充足。因此，充電電路一般有兩個(gè)反饋回路，一個(gè)做電流反饋，一個(gè)做電壓反饋。主電路一般采用開關(guān)型整流電路。為了縮短充電時(shí)間，各種快速充電電路在UPS中也得到應(yīng)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(zhǔn)方波；在在線式UPS，中，逆變器輸出電壓多為正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）波形，該波形經(jīng)LC濾波器濾波后，可得到標(biāo)準(zhǔn)正弦波。

　　靜態(tài)開關(guān)電路

　　靜態(tài)開關(guān)的作用是保護(hù)UPS和負(fù)載，并實(shí)現(xiàn)市電旁路供電和逆變器供電的轉(zhuǎn)換。UPS過載是，為了保護(hù)逆變器，當(dāng)市電正常時(shí)，UPS通過靜態(tài)開關(guān)將輸出有逆變器轉(zhuǎn)換到市電；當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證負(fù)載不斷電，UPS的輸出也通過靜態(tài)開關(guān)輸出切換到市電。由于UPS內(nèi)部一般都有同步鎖相電路，同時(shí)靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間段，因此在轉(zhuǎn)換過程中不會(huì)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(guān)，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(guān)。

　　監(jiān)控、檢測(cè)、顯示保護(hù)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(guān)?？刂齐娐分饕蠸PWM產(chǎn)生電路，閉環(huán)調(diào)壓電路、同步鎖相電路等。為了式UPS可靠工作，還應(yīng)具有較完善的保護(hù)電路。一般的UPS中都有電池電壓過低自動(dòng)保護(hù)電路、市電電壓過高自動(dòng)和UPS延遲啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)電路等。為了隨時(shí)掌握和了解工作狀態(tài)及其運(yùn)行情況，UPS中還設(shè)有監(jiān)測(cè)電路、顯示電路及報(bào)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：?jiǎn)蜗郩PS，三相UPS

　　3.按照安裝方式分類：塔式，機(jī)架式。

　　4.按照技術(shù)分類：后備，在線互動(dòng)式，雙變換在線式，Delta變換式。

　　5.按照結(jié)構(gòu)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(jī)，IGBT整流器+傳統(tǒng)逆變器（過渡技術(shù)），高頻機(jī)

　　1.2.1按電路主結(jié)構(gòu)分類

　　（1）后備式UPS

　?。?）在線式UPS

　　（3）串并聯(lián)調(diào)整式UPS

　?。?）在線互動(dòng)式UPS

　　1.2.2按后備時(shí)間分類

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

　?。?）長(zhǎng)效機(jī)

　　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）

　　（2）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(duì)于用戶來說，采用三相供電時(shí)市電配電和負(fù)載配電比較容易，每一相都承載一部分負(fù)載電

　　流。

　　1.2.4

　　按輸出波形分類

　?。?）正弦波UPS

　?。?）方波UPS

　　不適合帶感性負(fù)載，會(huì)使方波產(chǎn)生瞬態(tài)尖波，從而給UPS和負(fù)載設(shè)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

　　（1）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）

　　（3）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）。