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。