提高礦區(qū)鐵路供電系統(tǒng)質量的有效措施研究

摘要 在煤礦鐵路沿線的各礦站，因交流電源供電系統(tǒng)質量低劣，電壓和頻率的波動經常大大超出允許范圍。提高供電系統(tǒng)電源質量措施是加裝的電源防雷單元、降低電壓變化幅度、改善頻率變化和電網波形畸變。參數(shù)穩(wěn)壓器與 UPS 不間斷電源連接前，應進行改進，即降低 UPS 的波峰因數(shù)或提高其功率因數(shù)。

關鍵詞 煤礦鐵路 通信設備 供電系統(tǒng)

中圖分類號：U228.3 文獻標識碼：A

在煤礦鐵路沿線的各礦、站 ，因交流電源供電系統(tǒng)質量低劣 ，電壓和頻率的波動經常大大超出允許范圍。用電高峰時，遠離配電所的車站，電壓往往低至 160V；用電低峰時，離配電所近的車站，電壓往往高達270V。同時，因電源被污染，輸出波形嚴重畸變。此外，電網超負荷工作或受雷電影響時，也隨時有停電的可能。這些都會造成設備無法正常工作甚至損壞。因此如何改善和提高通信設備的供電系統(tǒng)質量，保證通信正常運行，已成為至關重要的問題。

一、提高供電系統(tǒng)電源質量措施

供電系統(tǒng)電源質量低劣，主要表現(xiàn)是停電、易受雷擊、電壓和頻率大幅度變化，以及電網波形嚴重畸變等幾個方面：

1、加裝的電源防雷單元。在電網交流電源變壓器輸出端、通信電源 室（或機械室） 交流電源輸入端和電源設備上，加裝的電源防雷單元，宜采用 可恢復式且具備遙測功能的防雷系統(tǒng)，以便減少維修工作量，并能及時發(fā)現(xiàn)和更換失效的防雷元件。此外，地線也是防雷的關鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)近幾年來的實踐經驗，地線的接地電阻值必須達標。為防止接地體與引線焊接部位氧化，宜采用環(huán)氧樹脂包封。為便于維護和測試 ，地線的引線應設斷開裝置，選用銅線 和銅螺栓。室內的地線引線也須采用有足夠截面的銅芯絕緣 線 ，呈星形狀直接引至地線斷開裝置，且越短越好。

2、降低電壓變化幅度。采用自動穩(wěn)壓器，是一種行之有效的降低電壓變化幅度的辦法，雖然降低了使用率，但對在 €?0%范圍內變化的交流電壓，仍然有滿意的穩(wěn)壓效果。若交流電壓變化范圍達€?0% 時，不能再采用通用穩(wěn)壓器 ，而應采用抗干擾參數(shù)穩(wěn)壓器。抗 干擾參數(shù)穩(wěn)壓器初、次級是隔離的，是一種震蕩型穩(wěn)壓器。利用LC 組成功率震蕩，能合理調整震蕩帶寬及電壓補償，可在很大范圍內穩(wěn)壓，其輸入電壓調整率高達€?0%。可見抗干擾 參數(shù)穩(wěn)壓器的穩(wěn)定度很高，而且它的防雷擊和抗干擾能力也很強 ，能有效地抑制毫秒脈寬高頻干擾脈沖。但它對電網的頻率變化和波形嚴重畸變沒有很大改善，當交流電源停電時也不能繼續(xù)供電。

3、改善頻率變化。電網頻率大幅度變化通常是很難改善的。雖然頻率變化對一般的儀表設備沒有明顯的影響，但對某些通信設備而言，電網頻率大幅度變化是不能容忍的。為了獲得穩(wěn)定的頻率，可以采取接入在線式 UPS 不間斷電源的辦法來解決。傳統(tǒng)的在線式 UPS 是采用 AC- DC- AC 逆變工作方式。電網輸入只是提供能量，UPS 將市電經整流濾波變成直流，然后再經 PWM 調 制后進行放大，再解調成 50HZ 穩(wěn)定頻率輸出。電網頻率和UPS 輸出頻率兩者并無直接關系，50HZ 對 UPS 輸出頻率的影響，從能量角度來說 ，只是使效率有微小變化。

4、改善電網波形畸變。電網波形通常會受到嚴重干擾，電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、過電壓和電壓跌落，以及線路噪音為主要干擾，這些 干擾脈沖的頻率范圍及幅度范圍很寬，通常各類穩(wěn)壓器對這些干擾脈沖是很難徹底消滅的。如果電網先經過在線式 UPS，再接至負載，上述情況就能獲得根本改善。這是由于UPS 輸出的正弦波是經逆變后重新產生的，它與電網輸入的正弦波沒有直接關系，故電網上的各類干擾脈沖被完全隔離和徹底濾除。

二、抗干擾參數(shù)穩(wěn)壓器與 UPS 不間斷電源的連接

通常 UPS 輸入回路波峰因數(shù)可達 3:1 或更高，即瞬時功率為平均功率的 3 倍以上，而UPS 的功率因數(shù)一般均在 0.7 以下。徜若直接將參數(shù)穩(wěn)壓器與 UPS 不間斷電源連接 ，則參數(shù)變壓器的額定輸出要增大約2～3倍，才能與 UPS 相匹配。由此可見，參數(shù)穩(wěn)壓器與 UPS不間斷電源連接前，應進行改進，即降低 UPS 的波峰因數(shù)或提高其功率因數(shù)。主要方面是加匹配級，在 UPS 整流式輸入回路中，增加有源功率濾波器或 傳統(tǒng)無源功率濾波器。

有源功率濾波器，對交流電網的阻抗變化和諧波電流頻 率變化有較好的諧波補償性能，并能將功率因數(shù)提高到0.99 左右 ，有源功率濾波器，可對1kW 以下的小功率整流式輸入回路功率因數(shù)進行補償，其效果理想，但電路復雜，成本較高。對于某些要求不高的場合及考慮經濟因素時，特別是大功率回路的補償，則常采用無源功率濾波器。這是一種廉價而又行之有效的改進方法，但高頻電感的設計、參數(shù)的選擇和工藝要求都很關鍵。UPS 輸入端接入有源功率濾波器或無源功率濾波器后，就能夠與同等功率的參數(shù)穩(wěn)壓器相連接，可成為一種較好的電源供電系統(tǒng)。

三、效果

采取上述措施后，由防雷抗干擾參數(shù)穩(wěn)壓器、在線式 UPS加匹配線及軟啟動開關組成的小型供電系統(tǒng)，是一種切實可行的，能保證通信設備正常工作的優(yōu)質供電系統(tǒng)，所用電源就是采 用這種抗干擾參數(shù)穩(wěn)壓器加UPS 不間斷電源，為交換機、微波、PCM、載波、車站電話集中機等通信設備集中供電，雖然市電電壓波動較大，如減幅震蕩、尖峰脈沖、欠壓、過壓、短時中斷和停電等，采用這種高質量的通信供電系統(tǒng)，通信設備基本上能夠保證完好無損。

參考文獻：

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