淺析地鐵UPS設(shè)備壽命及維修置換策略

關(guān)明東

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司 遼寧 沈陽 110000

一、UPS系統(tǒng)概述

UPS中文譯為不間斷可持續(xù)電源系統(tǒng),在實際使用中UPS為在線式雙逆變形式,在運行時通過逆變器為負載提供連續(xù)供電。在市電正常時,外電網(wǎng)輸入的交流電通過“交-直-交”變換,由逆變器輸出到負載,對設(shè)備輸入電源起到了穩(wěn)壓和濾波作用。在發(fā)生市電斷電或電網(wǎng)大幅波動等現(xiàn)象時,UPS逆變器利用蓄電池儲存的化學能為負載繼續(xù)供電。

圖1 完整的UPS系統(tǒng)

二、地鐵UPS設(shè)備使用維護情況

地鐵的票務(wù)、通號、供電、自控、安全門、電扶梯專業(yè)會配置UPS設(shè)備,根據(jù)UPS功率大體可分為兩種,一種是3-10KVA機箱式小功率UPS,另一種是15-80KVA中大功率柜式UPS。

UPS維護分為計劃性檢修、故障維修和設(shè)備更新置換。

1、計劃性維護:包括日巡檢、季檢、半年檢、年檢。檢修內(nèi)容包括檢查設(shè)備外觀、設(shè)備固定、設(shè)備散熱等情況,拆卸擋板對散熱風口、風扇、過濾網(wǎng)除塵,檢查LCD面板和指示燈有無告警信息,檢查風扇工作情況、旁路、逆變情況轉(zhuǎn)換是否正常,測試基本電壓、電流等電氣參數(shù)等。

2、故障維修:地鐵檢修人員一般只能處理一些簡單的輔助器件故障,如更換冷卻風扇等,較大的故障一般需要UPS廠家來現(xiàn)場處置。

3、更換置換:對于3-11KVA以下小功率的機箱式UPS,如果不涉及UPS軟件配置,一般可自主更換。對于柜式的中大功率UPS,在安裝、配線、內(nèi)部參數(shù)設(shè)定、監(jiān)控軟件設(shè)置上都有一定難度,需要UPS廠家人員處置。

UPS總體故障率較低,對于因為外電網(wǎng)波動或者后備電池問題導(dǎo)致的故障,通過重啟UPS即可解決;對于UPS自身器件故障又可分為兩種,一種是UPS內(nèi)部輔助器件故障如:冷卻風扇,另一種是UPS內(nèi)部關(guān)鍵器件故障如:電容、整流器、逆變器、主控板、電源板等。

各UPS廠商均提供不同級別和內(nèi)容的的收費維保服務(wù)方案,包括目檢、工作狀態(tài)檢查、功能性檢測。但各廠家產(chǎn)品自成體系,不同品牌設(shè)備的器件不具備兼容性,一般本品牌的技術(shù)人員只能維護自身廠家產(chǎn)品。目前各地鐵UPS委外維護一般有兩種做法,一種是與各廠商簽訂原廠維保合同,優(yōu)點是維護質(zhì)量好、提供備件及時,缺點是合同多、管理復(fù)雜。另一種是委托第三方維修單位維護所有品牌的UPS類設(shè)備,優(yōu)點是管理方便,缺點是維護質(zhì)量不如專業(yè)廠商。

三、UPS使用壽命分析

UPS是一種電子交流變換系統(tǒng),主要構(gòu)成為電子板卡和大功率電容、IGBT晶閘管、變壓器等關(guān)鍵性的半導(dǎo)體和電氣部件,其壽命一方面受與電子板卡壽命限制,另一方面受到關(guān)鍵部件的壽命限制。溫度和灰塵等環(huán)境因素都直接影響上述部件的壽命,同時電容與IGBT作為通電發(fā)熱部件,壽命也直接受到負載率和連續(xù)工作時間的影響。

目前僅查到有行業(yè)和企業(yè)標準對UPS的壽命周期作出了建議。在YD/T1970.4-2009通信行業(yè)標準《通信局(站)電源系統(tǒng)維護技術(shù)要求》的“大功率UPS關(guān)鍵器件及其壽命”一章中要求,對UPS關(guān)鍵器件有如下規(guī)定:“建議對其進行定期檢查,并在預(yù)期的壽命年限內(nèi)進行更換。濾波電解電容“理論設(shè)計壽命為8-10年,實際壽命與溫度、電壓、紋波和諧波電流三個因素相關(guān)。建議5年后或根據(jù)設(shè)備要求進行更換,如果出現(xiàn)漏液等異常,應(yīng)立即更換。風扇建議工作年限為6年,5年后宜更換。”

在中國移動通信企業(yè)標準QB-W-018-2008《通信用不間斷電源-UPS》中,第8.3節(jié)“關(guān)于UPS及部分器件使用壽命與更換周期的規(guī)定”中規(guī)定:“UPS整機報廢標準:集團公司設(shè)備管理辦法規(guī)定折舊年限為7年,超過7年運轉(zhuǎn)良好的可以繼續(xù)使用,使用時間滿10年的且?guī)в型ㄐ艠I(yè)務(wù)的UPS要求必須進行報廢。”

而UPS廠商普遍建議在運行環(huán)境良好的情況下,UPS負載率處于40%-80%范圍內(nèi)時,一般設(shè)備運行10年左右比較穩(wěn)定,并建議5年更換一次電容和風扇。在滿10年后,如果仍繼續(xù)使用需經(jīng)過狀態(tài)評估,并定期進行檢測。在使用UPS較多的通信行業(yè)中,一般在UPS接近使用壽命時,會根據(jù)使用需要和設(shè)備狀態(tài)分批進行更換。

綜上所述,地鐵車站內(nèi)機房運行環(huán)境溫度、濕度和灰塵情況普遍都較通信行業(yè)機房惡劣,故建議將UPS最長壽命定為10年。對于部分機房環(huán)境條件較好、負載較輕的UPS壽命可視運行情況適當延長。

四、維修置換策略建議

UPS關(guān)系設(shè)備供電的可靠性,UPS超壽命使用存在較高的安全風險,建議UPS設(shè)備到達使用年限時分批進行更換,具體維修策略如下:

1、壽命周期內(nèi)自主計劃性檢修,并購買廠商故障維修和關(guān)鍵器件更換服務(wù),以保證設(shè)備故障能及時處理。。

2、在UPS達到工作壽命后,對于承載核心業(yè)務(wù)或故障率高、可靠性顯著降低的UPS,統(tǒng)一安排進行更換新機。對于故障率不高的UPS,經(jīng)設(shè)備狀態(tài)評估后,可更換關(guān)鍵器件后適當延壽使用。

3、應(yīng)盡量采用統(tǒng)一品牌的UPS,以減少后期維護和備件的費用。置換時,可分階段更換,對重要車站、重要系統(tǒng)UPS先期進行更換,再分批、分期對其他UPS逐步進行更換。