拉日線“電力箱變”內UPS的運行情況分析

范福元

青藏鐵路集團有限公司西寧供電段 青海 西寧 810000

拉薩至日喀則鐵路（以下簡稱拉日線）于2014年正式通車運營,至今已運行4年多。拉日線電力系統共有電力箱變269臺(其中隧道內箱變164臺),分布在252.48公里的鐵路沿線,為拉日線沿線的行車設備及遠動RTU提供工作電源。

拉日線在電力箱變內安裝了UPS(不間斷電源)設備。UPS設備的輸入電源是通過雙電源切換裝置引自箱變內的一級貫通側和綜合貫通側的低壓回路,如圖1所示。UPS的輸出電源主要為以下設備供電：

圖1 箱變內UPS輸入和輸出示意圖

(1)為箱變內的高、低壓開關,提供二次保護電源和操作電源；

(2)為箱變內電力遠動裝置RTU,提供工作電源；

(3)為箱變內煙感裝置、凝露裝置等,提供工作電源；

(4)為箱變內的各類指示燈,提供工作電源。

一、 電力箱變內UPS的作用

電力箱變內安裝UPS為二次系統提供不間斷電源,在鐵路電力系統中屬于新技術,為鐵路電力系統的可靠運行提供了保障。主要作用有以下幾個方面：

(1)遠動設備RTU使用UPS提供的不間斷電源后，鐵路一級貫通或綜合貫通側在一路因故障或檢修停電時，雙切換裝置在進行電源切換的過程中,不會導致遠動設備短暫失電而停止運行或重新啟動。

(2)在鐵路一級和綜合貫通兩路電源均停電的故障情況下,為遠動設備和高、低壓開關提供電源,實現遠程監控功能,極大地縮短了故障處理時間,保障了高速鐵路的可靠供電。

(3)為箱變內二次保護系統提供了更加可靠的保護電源。

二、 UPS故障的原因

箱變內UPS自安裝調試以來,前兩年設備運行情況穩定可靠,但是到了第三年以后設備故障不斷發生,經過對故障情況進行整理和分析,主要有兩個方面：

(1)蓄電池壽命縮短的問題

①拉日線電力箱變內UPS蓄電池采用的都是閥控式密封鉛酸蓄電池,也就是俗稱的免維護蓄電池。這種蓄電池具有體積小、重量輕、自放電小、維護少、壽命長、使用方便、對環境無腐蝕和污染等優點。按照廠家的原設計,這種蓄電池使用壽命為5年,但是僅僅過了3年就出現了蓄電池容量不足、內部短路等情況。

經了解,這種蓄電池的使用壽命極大地依賴于工作溫度,當溫度增加時,加速極板的腐蝕和失水,電池的容量下降,壽命也隨之縮短。拉日線的UPS長期處于浮充狀態,日久就會導致電池化學能與電能相互轉化的活性降低,加速老化而縮短使用壽命。按廠家的建議每隔2～3個月應進行一次放電操作,讓長期處于浮充的蓄電池組進行自激活,提高其活性物質的活性,提高其放電性能及壽命。但是拉日線是全封閉的線路,電力箱變都在鐵路防護網內和隧道內,平時是禁止入內的。日常的設備維修任務要在天窗點內進行,由于天窗時間短,對UPS蓄電池進行充放電作業無法開展,這種情況下就忽略了對蓄電池的維護,縮短了蓄電池的壽命。

(2)UPS內電路板故障

拉日線UPS的電路板發生經常故障,經過分析主要與UPS的選型有關,目前所用的UPS屬于民用級,不適用于拉日線運行環境。

三、由于箱變所處的位置不同，目前箱變主要分布在隧道箱變室內、隧道橫洞內、和隧道外三種分布方式，因此UPS 室及周圍環境情況也大不一樣，根據現場調查發現

(1)隧道箱變箱變室內的UPS 室的灰塵都異常多，油煙也比較多，油煙和灰塵合在一起形成了大量的黑油漬，散熱條件一般。

(2)隧道外箱變的UPS室內灰塵較多，散熱條件一般，散熱條件一般。相比隧道內，油煙和灰塵形成的黑粘油漬要少很多。箱變在夏日暴曬時會出現會內部溫度較高的情況，在冬天會出現低溫情況。

(3)隧道橫洞內箱變的UPS室的灰塵都比較多，有少許油煙。

四、拉日線所用的民用級UPS元器件標稱的使用環境溫度一般為0℃～40℃,而拉日線所在地區常年氣溫在-25℃～20℃之間,這樣的環境,民用級UPS很難滿足長期穩定運行的要求。

五、據國內統計,在1～10kVA功率段UPS的故障原因中,有30%左右與電路板的腐蝕有關。而拉日線的電力箱變內沒有較好防塵、防凝露等措施,運行環境比較惡劣。沒有對電路板進行防潮、防腐、防塵處理的民用級UPS很難滿足長期穩定運行的要求。經過對現場UPS的檢查發現：散熱風扇和電路板上都積累了大量的灰塵,隧道內UPS散熱風扇和電路板上都積累了大量的積碳, UPS電路主板經常燒損，不利于UPS的正常運行。由于拉日線的天窗點時間較短,對UPS的除塵工作無法開展,也加劇了灰塵對UPS主機帶來的影響。

六、解決的辦法

針對以上對拉日線UPS及蓄電池故障情況的分析,可以采取以下幾方面措施來改變當前UPS故障較多、蓄電池壽命縮短的現狀：

(1)使用適用于拉日線惡劣運行環境的工業級UPS,提高對高低溫、重污染、電源質量差等惡劣環境的耐受能力。

(2)采用耐高溫、耐低溫纏繞式結構的蓄電池,確保在拉日線地區溫差較大的環境下,蓄電池有較長的使用壽命。

(3)制定對UPS設備的日常維護措施和規章制度,對UPS設備進行必要的維護,將UPS的檢修納入到年度設備檢修計劃中,優化設備檢修作業程序,充分提高天窗點的利用率,UPS的檢修作業可以在其它作業的間隙中同時進行。

(4)UPS 所有電源板件浸三防漆處理；配可維護防塵網，定期維護更換。

(5)低溫和散熱處理：加裝智能風扇

(6)雷擊浪涌處理：UPS 輸入輸出配防雷電路

隨著近年來高速鐵路的建設,UPS設備也大量在鐵路電力系統中應用。如何更加合理地使用和維護UPS設備、延長UPS設備的壽命,對鐵路電力專業來說仍然是一個新的課題,需在今后的運行中不斷提高和完善。