范福元

青藏鐵路集團(tuán)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(yùn)營,至今已運(yùn)行4年多。拉日線電力系統(tǒng)共有電力箱變269臺(tái)(其中隧道內(nèi)箱變164臺(tái)),分布在252.48公里的鐵路沿線,為拉日線沿線的行車設(shè)備及遠(yuǎn)動(dòng)RTU提供工作電源。

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

圖1 箱變內(nèi)UPS輸入和輸出示意圖

(1)為箱變內(nèi)的高、低壓開關(guān),提供二次保護(hù)電源和操作電源；

(2)為箱變內(nèi)電力遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU,提供工作電源；

(3)為箱變內(nèi)煙感裝置、凝露裝置等,提供工作電源；

(4)為箱變內(nèi)的各類指示燈,提供工作電源。

一、 電力箱變內(nèi)UPS的作用

電力箱變內(nèi)安裝UPS為二次系統(tǒng)提供不間斷電源,在鐵路電力系統(tǒng)中屬于新技術(shù),為鐵路電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了保障。主要作用有以下幾個(gè)方面：

(1)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)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(cè)在一路因故障或檢修停電時(shí)，雙切換裝置在進(jìn)行電源切換的過程中,不會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備短暫失電而停止運(yùn)行或重新啟動(dòng)。

(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(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和高、低壓開關(guān)提供電源,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,極大地縮短了故障處理時(shí)間,保障了高速鐵路的可靠供電。

(3)為箱變內(nèi)二次保護(hù)系統(tǒng)提供了更加可靠的保護(hù)電源。

二、 UPS故障的原因

箱變內(nèi)UPS自安裝調(diào)試以來,前兩年設(shè)備運(yùn)行情況穩(wěn)定可靠,但是到了第三年以后設(shè)備故障不斷發(fā)生,經(jīng)過對故障情況進(jìn)行整理和分析,主要有兩個(gè)方面：

(1)蓄電池壽命縮短的問題

①拉日線電力箱變內(nèi)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(hù)蓄電池。這種蓄電池具有體積小、重量輕、自放電小、維護(hù)少、壽命長、使用方便、對環(huán)境無腐蝕和污染等優(yōu)點(diǎn)。按照廠家的原設(shè)計(jì),這種蓄電池使用壽命為5年,但是僅僅過了3年就出現(xiàn)了蓄電池容量不足、內(nèi)部短路等情況。

經(jīng)了解,這種蓄電池的使用壽命極大地依賴于工作溫度,當(dāng)溫度增加時(shí),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(tài),日久就會(huì)導(dǎo)致電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)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(gè)月應(yīng)進(jìn)行一次放電操作,讓長期處于浮充的蓄電池組進(jìn)行自激活,提高其活性物質(zhì)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(hù)網(wǎng)內(nèi)和隧道內(nèi),平時(shí)是禁止入內(nèi)的。日常的設(shè)備維修任務(wù)要在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行,由于天窗時(shí)間短,對UPS蓄電池進(jìn)行充放電作業(yè)無法開展,這種情況下就忽略了對蓄電池的維護(hù),縮短了蓄電池的壽命。

(2)UPS內(nèi)電路板故障

拉日線UPS的電路板發(fā)生經(jīng)常故障,經(jīng)過分析主要與UPS的選型有關(guān),目前所用的UPS屬于民用級,不適用于拉日線運(yùn)行環(huán)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(nèi)、隧道橫洞內(nèi)、和隧道外三種分布方式，因此UPS 室及周圍環(huán)境情況也大不一樣，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)

(1)隧道箱變箱變室內(nèi)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(nèi)灰塵較多，散熱條件一般，散熱條件一般。相比隧道內(nèi)，油煙和灰塵形成的黑粘油漬要少很多。箱變在夏日暴曬時(shí)會(huì)出現(xiàn)會(huì)內(nèi)部溫度較高的情況，在冬天會(huì)出現(xiàn)低溫情況。

(3)隧道橫洞內(nèi)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(biāo)稱的使用環(huán)境溫度一般為0℃～40℃,而拉日線所在地區(qū)常年氣溫在-25℃～20℃之間,這樣的環(huán)境,民用級UPS很難滿足長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

五、據(jù)國內(nèi)統(tǒng)計(jì),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(guān)。而拉日線的電力箱變內(nèi)沒有較好防塵、防凝露等措施,運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。沒有對電路板進(jìn)行防潮、防腐、防塵處理的民用級UPS很難滿足長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。經(jīng)過對現(xiàn)場UPS的檢查發(fā)現(xiàn)：散熱風(fēng)扇和電路板上都積累了大量的灰塵,隧道內(nèi)UPS散熱風(fēng)扇和電路板上都積累了大量的積碳, UPS電路主板經(jīng)常燒損，不利于UPS的正常運(yùn)行。由于拉日線的天窗點(diǎn)時(shí)間較短,對UPS的除塵工作無法開展,也加劇了灰塵對UPS主機(jī)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(dāng)前UPS故障較多、蓄電池壽命縮短的現(xiàn)狀：

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

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

(3)制定對UPS設(shè)備的日常維護(hù)措施和規(guī)章制度,對UPS設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù),將UPS的檢修納入到年度設(shè)備檢修計(jì)劃中,優(yōu)化設(shè)備檢修作業(yè)程序,充分提高天窗點(diǎn)的利用率,UPS的檢修作業(yè)可以在其它作業(yè)的間隙中同時(shí)進(jìn)行。

(4)UPS 所有電源板件浸三防漆處理；配可維護(hù)防塵網(wǎng)，定期維護(hù)更換。

(5)低溫和散熱處理：加裝智能風(fēng)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(shè),UPS設(shè)備也大量在鐵路電力系統(tǒng)中應(yīng)用。如何更加合理地使用和維護(hù)UPS設(shè)備、延長UPS設(shè)備的壽命,對鐵路電力專業(yè)來說仍然是一個(gè)新的課題,需在今后的運(yùn)行中不斷提高和完善。