付賓德 張媛春 張 元

包西線管內各站CTC系統(tǒng)內部UPS電源切換時，易產生瞬間沖擊電流過大，電源屏內部CTC電源模塊過載保護，引發(fā)CTC系統(tǒng)斷電出現(xiàn)黑屏的問題。通過調研發(fā)現(xiàn)CTC系統(tǒng)正常工作電流應為6.5 A，而用示波器測試UPS切換產生的最大電流競達21.2 A，嚴重超出了電源屏額定電流11A(《鐵道行業(yè)標準》規(guī)定允許最大為額定電流的1.1～1.5倍)。

1 原因分析

為直觀判斷故障原因，分別用帶電流探頭示波器 (測電流波形)和手持式示波器 (測電壓波形)采集圖像，將電流探頭安裝在CTC交流電源的L線上，手持示波器探頭安裝在交流電源輸入的L、N線上。

1.正常工作狀態(tài):工作電流為100 mV/A，從電流波形來看，CTC正常工作情況下工作電流為6.1 A左右 (輸入電壓為210 V)。

2.切換過程狀態(tài):通過反復切換試驗，切換過程沖擊電流峰值最高達到21.2 A。查閱鐵道行業(yè)標準有關規(guī)定，當輸入電流峰值超過16.5 A時，電源屏模塊過流保護、停止輸出。根據(jù)故障現(xiàn)象及試驗數(shù)據(jù)可以判斷，在CTC系統(tǒng)內部UPS電源切換箱的電路設計中，由于對電源切換條件互相檢查過于苛刻，致使電源切換時間過長，造成切換過程瞬間沖擊電流過大，長時間切換致使交流接觸器接點粘連。

由此確定為CTC系統(tǒng)內部UPS電源切換箱電源切換電路設計存在缺陷。

2 改進方案

2.1 修改UPS電源切換箱切換電路

在原切換箱切換電路中去除3XLC交流接觸器在UPS-A、B的條件檢查，使UPS-A與UPS-B電路對稱，不區(qū)分主、備，兩路均處于熱備狀態(tài)，縮短旁路切換時間;去除J1、J2繼電器，加快UPSA與UPS-B切換，縮小UPS切換時間;具體位置如圖1虛線框。此項改進方案施工程序安全、簡易，可避免沖擊電流的產生。

更改電源切換箱內部配線后，搭建模擬平臺進行測試，具體情況如下。

圖1 切換箱切換改進電路

1.無論關閉UPS-A還是UPS-B切換按鈕進行A，B UPS切換，在1 XLC或2 XLC吸起的同時3XLC也會吸起再落下，旁路指示燈閃爍，對既有切換電路產生相位干擾，影響UPS間切換。

2.在UPS關斷狀態(tài)下，測試UPS輸出電壓波形。UPS輸出立即切斷為0V輸出;同時能聽到UPS內部繼電器切斷動作聲音。

3.通過配置開啟UPS旁路輸出功能，再次進行帶載情況下的UPS關閉電源按鈕試驗，UPS立即轉為旁路輸出，電源切換箱上指示燈穩(wěn)定亮燈，可以看出UPS可以無縫切換至旁路狀態(tài)工作。

4.斷開電源輸入線，去除3XLC的接入，UPS-A與UPS-B切換變得非常順暢，交流接觸器動作非常干脆，切換時間明顯縮短。

從以上試驗情況看，切換時間大幅下降，由260～300 ms降低為80～120 ms，解決了交流接觸器“抖動”問題;3XLC會干擾UPS切換，產生相位干擾;UPS自身旁路功能可實現(xiàn)零切換，并有效避免負載設備瞬間大沖擊電流的產生;測試中工控機、顯示器、打印機等設備均不再掉電。

現(xiàn)場對改進后的UPS電源切換箱進行驗證測試，當分別關閉、開啟UPS-A和UPS-B，電源切換至旁路帶載工作時，5臺CTC終端設備仍出現(xiàn)瞬間斷電重啟現(xiàn)象。

現(xiàn)場使用CTC終端設備抗瞬間斷電性能較差，仍需進一步改進電路，縮短轉換時間。

2.2 采用LTS負載切換開關代替電源切換箱

鑒于電源切換箱的切換時間已無法通過電路優(yōu)化而進一步縮短，故改進方案確定為:①采用LTS負載切換開關取代現(xiàn)有的電源切換箱;②啟用UPS內部的旁路功能;③將UPS進行擴容。LTS負載切換開關電路連接方式如圖2所示。

圖2 LTS負載切換開關電路連接方式示意圖

更換LTS負載切換開關可實現(xiàn)在線檢測輸出電源的相位，并且能夠確保在輸出電源的相位為0時進行切換，保證切換時的電流最小，因而沖擊電流也最小。電源切換時間縮短，LTS負載切換開關的切換時間一般小于6 ms，這樣對工控機的影響最小。電源輸出具備4種模式:主UPS輸出、主UPS旁路輸出、備UPS輸出、備UPS旁路輸出。全數(shù)字化 (DSP)控制，數(shù)據(jù)處理能力強。輔助電源采用冗余設計，確保了單一電源故障條件下設備依舊可以正常工作。

啟用UPS內部的旁路功能，UPS內部的切換可以對切換時間和相位進行控制，實現(xiàn)切換的零相位差，輸出電源不存在相位紊亂問題，確保電源的正常輸出。將目前使用的UPS(2kVA)升級擴容為UPS(3kVA)，可防止CTC終端及打印機等設備啟動過程出現(xiàn)高電流，提高抗沖擊能力。

經試驗室搭建模擬平臺測試，UPS自身的切換可以實現(xiàn)無縫切換，主備UPS之間切換可以在6 ms內完成。測試中工控機、顯示器、打印機等設備均不再掉電，按計劃進行現(xiàn)場升級測試。

在現(xiàn)場對CTC系統(tǒng)內部UPS電源進行升級改造，現(xiàn)場測試轉換良好，LTS負載切換開關設備切換正常，設備穩(wěn)定。

3 整治效果

通過對管內包西線各站CTC系統(tǒng)內部UPS電源設備升級改造，采取拆除原CTC電源切換箱，加裝LTS負載切換開關，UPS升級擴容，調整LTS負載切換開關輸入輸出接口電纜等一系列措施，有效地防止了CTC系統(tǒng)內部UPS電源切換致使CTC斷電出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象，確保了CTC系統(tǒng)的正常工作。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路信號維護規(guī)則技術標準［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］ 中華人民共和國鐵部.TB/T 1528.1-2002及GB/T 14048.2.鐵路信號電源屏［S］.2002.

［3］ 劉朝英.中國鐵路分散自律調度集中［M］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路信號設計規(guī)范［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［5］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路技術管理規(guī)程［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.