1 概述

太原機(jī)務(wù)段救援基地位于石太鐵路線嗚李火車站,因原嗚李火車站用的是市電380V電源,此電源無法滿足新建救援基地的用電負(fù)荷要求,根據(jù)太原鐵路局《關(guān)于對(duì)太原救援基地配套改造工程設(shè)計(jì)審查的意見》及太原鐵路局組織的有關(guān)太原救援基地用電問題的會(huì)議精神,由中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)采用牽引供電接觸網(wǎng)27.5kV電源,使用牽引供電專用單相變?nèi)郩PS作為太原救援基地的工作電源使用,降壓變壓器設(shè)計(jì)容量160kVA,UPS設(shè)計(jì)容量150kVA,設(shè)計(jì)饋出配出四個(gè)回路:既有低壓配電箱所帶停留車庫、消防、地面電源負(fù)荷;綜合樓空調(diào)辦公負(fù)荷;食堂、浴室照明負(fù)荷和檢修庫負(fù)荷(見圖1)。

150kVA單相變?nèi)郩PS是由伊頓公司深圳山特工廠生產(chǎn)的高頻UPS,150kVA高頻UPS共有10個(gè)功率模塊,單個(gè)功率模塊容量15kVA,UPS由兩個(gè)柜體組成,安裝在電力箱變內(nèi),因電力箱變內(nèi)部在夏季溫度能達(dá)到50～60℃,為保證UPS正常運(yùn)行,箱變?cè)O(shè)計(jì)了排風(fēng)和制冷系統(tǒng),UPS在2011年9月開通投入運(yùn)行。

由于電氣化鐵道專用工頻單變?nèi)齍PS在使用中故障頻發(fā),影響正常使用,高頻模塊化單變?nèi)齍PS以其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和高可靠性走進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域。高頻機(jī)通常由濾波器、IGBT高頻整流器、逆變器組成,IGBT可以通過加在其門極的驅(qū)動(dòng)來控制IGBT的開通與關(guān)斷,IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千到幾十千赫茲,甚至高達(dá)上百千赫茲。典型的高頻機(jī)UPS拓?fù)淙鐖D2所示。

高頻UPS整流屬于升壓整流,其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高,一般典型值為768V左右,所以逆變器輸出相電壓可以直接達(dá)到220V,逆變器之后就不再需要升壓變壓器。

由于采用了IGBT高頻整流技術(shù)使功率單元實(shí)現(xiàn)了模塊化生產(chǎn),因此,實(shí)現(xiàn)了功率模塊的N+1運(yùn)行模式。當(dāng)高頻模塊化UPS某一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí),故障模塊會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行,非故障模塊可以正常運(yùn)行不影響供電。在設(shè)備巡檢人員巡檢時(shí),將故障模塊帶電拔出換上新的模塊就可以了。大大提高了運(yùn)行的可靠性。

由于在電氣化鐵路電力機(jī)車通過時(shí),會(huì)產(chǎn)生過電壓及諧波,這樣UPS的輸入電源會(huì)時(shí)常出現(xiàn)很高的尖峰沖擊電壓,整流以后的BUS電壓也會(huì)跟著出現(xiàn)一個(gè)非正常的峰值電壓,這個(gè)電壓有時(shí)高達(dá)700V,高于正常正負(fù)BUS電壓400V的標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)一旦檢測到高于正負(fù)BUS電壓400V時(shí),設(shè)備就會(huì)保護(hù)關(guān)機(jī),這時(shí)需要人員去現(xiàn)場重新啟動(dòng)。

因此需在UPS輸入側(cè)加裝濾波器濾掉諧波和峰值電壓,如圖3所示。

150kVA高頻單相變?nèi)郩PS自開通以后,設(shè)備一直運(yùn)行正常。但2012年12月份以后,救援基地UPS頻繁發(fā)生故障,UPS不能正常開啟。維修人員接到通知到達(dá)現(xiàn)場后,發(fā)現(xiàn)UPS為停機(jī)狀態(tài),待檢查電源的接線是否正確,整機(jī)外觀是否有燒損,輸入電源是否正常并確認(rèn)無誤后,對(duì)功率模塊進(jìn)行逐個(gè)清掃?，F(xiàn)場采取單模塊單獨(dú)開機(jī)方式進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn),檢測單個(gè)功率模塊能否獨(dú)立開啟。經(jīng)過測試,現(xiàn)場有七個(gè)模塊可以正常啟動(dòng)并投入運(yùn)行,其它三個(gè)模塊不能正常開啟,其中一個(gè)沒有電源輸入,其余兩個(gè)有電源輸入,開機(jī)自檢后無法正常啟動(dòng),沒有電壓輸出。由于顯示屏不能顯示故障模塊的故障信息,無法判斷具體的故障原因。為搞請(qǐng)UPS功率模塊故障的原因,作出分析如下。

2 原因分析

(1)現(xiàn)場使用環(huán)境問題

太原機(jī)務(wù)段救援基地位于石太鐵路線嗚李車站,UPS設(shè)備安裝周圍全部是裸露的土地,起風(fēng)時(shí)灰塵較大,功率模塊前后板有網(wǎng)狀通風(fēng)口,現(xiàn)場的灰塵已經(jīng)堵塞了功率模塊的通風(fēng)口的三分之一,有的甚至堵塞了一半,造成依靠風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻的功率模塊無法散熱;檢查發(fā)現(xiàn)功率模塊電路板上存有大量灰塵,由于通風(fēng)口積灰導(dǎo)致防塵網(wǎng)堵塞。電路板灰塵的存積,致使功率模塊內(nèi)的熱量不能及時(shí)排除,造成功率模塊內(nèi)的溫度偏高,散熱器散熱性能變差,功耗器件溫度上升引起UPS保護(hù)性關(guān)機(jī)。因長期通風(fēng)不良運(yùn)行溫度過高導(dǎo)致功率器件燒損使部分功率模塊損壞。太原地區(qū)的盆地污染較為嚴(yán)重,由于灰塵自身化學(xué)成分比較復(fù)雜,有時(shí)會(huì)存有導(dǎo)致降解的酸根和金屬離子。有些灰塵本身就帶有酸性或堿性。所以,灰塵本身和它吸收的潮氣會(huì)腐蝕PCB板及元器件?？諝庵写嬖谥罅繎腋∥廴疚?一旦進(jìn)入模塊內(nèi)就會(huì)吸附在線路板上,形成肉眼能夠發(fā)現(xiàn)和不能夠發(fā)現(xiàn)的帶電灰塵。隨著時(shí)間的推移,線路板上吸附的灰塵越來越多,影響電氣間隙和爬電距離值,引起絕緣性降低和接觸不良,如果濕度偏高,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電路板短路。

(2)UPS所帶負(fù)載問題

經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),2012年12月基地將原來使用市電的采暖鍋爐用電接入了UPS系統(tǒng)。中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)太原設(shè)計(jì)院在救援基地UPS設(shè)計(jì)、技術(shù)圖紙交底及定貨時(shí),都沒有設(shè)計(jì)采暖鍋爐用電容量,采暖鍋爐繼續(xù)使用原市電電源。因市電電源不穩(wěn)定停電頻繁,2012年底機(jī)務(wù)段為了用電方便將原來用市電供電的采暖鍋爐電源改接到了UPS上。由于采暖鍋爐開機(jī)時(shí)起動(dòng)沖擊電流較大(電機(jī)的起動(dòng)電流是電機(jī)額定電流的6～7倍),UPS是電力電子設(shè)備,要滿足采暖鍋爐用電要求,UPS容量應(yīng)是采暖鍋爐額定容量的3~4倍。救援基地UPS頻繁發(fā)生功率模塊燒損故障,其原因就是采暖鍋爐起動(dòng)沖擊較大所引起。

(3)制冷問題

箱變?cè)O(shè)計(jì)時(shí),雖然設(shè)計(jì)安裝了制冷空調(diào),但安裝的空調(diào)為民用空調(diào),空調(diào)在停電停機(jī)后,再來電不能自動(dòng)起機(jī)。因太原機(jī)務(wù)段救援基地使用的電氣化鐵道專用UPS,其輸入電源從電氣化鐵道的接觸網(wǎng)上接引,接觸網(wǎng)每天要停電90min進(jìn)行設(shè)備檢修作業(yè),接觸網(wǎng)停電,制冷空調(diào)自動(dòng)停機(jī),再來電時(shí),制冷空調(diào)不能自動(dòng)開機(jī),因檢修工區(qū)距離基地幾十公里,所以造成制冷空調(diào)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),這也是造成UPS故障的一個(gè)重要原因。

3 解決方法

①為了減少單相變?nèi)郩PS的故障,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)UPS的巡視和清掃,每月應(yīng)對(duì)UPS進(jìn)風(fēng)口除塵網(wǎng)和出風(fēng)口進(jìn)行清掃,每半年對(duì)每一個(gè)功率模塊打開外殼用吹風(fēng)機(jī)對(duì)電路板進(jìn)行清掃,確保通風(fēng)良好,防止因電路板發(fā)熱引起保護(hù)動(dòng)作及電路板因污染造成短路故障。

②為防止因鍋爐房取暖電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)UPS的沖擊,在鍋爐房取暖的每臺(tái)電動(dòng)機(jī)前加變頻器采用軟起動(dòng),緩沖電機(jī)啟動(dòng)的沖擊,防止因起動(dòng)沖擊電流過大燒毀UPS的功率模塊。變頻器可采用SVF-EV系列SVF-EV-G5.5/P7.5T4B型變頻器。

③為了解決箱變空調(diào)因接觸網(wǎng)停電后再來電時(shí)不能起動(dòng)的問題,建議在制冷空調(diào)電路中增加自動(dòng)起動(dòng)功能,確保箱變內(nèi)的UPS設(shè)備的正常使用。

　　作者簡介

趙建博,畢業(yè)于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院,現(xiàn)任石家莊開發(fā)區(qū)新導(dǎo)配電自動(dòng)化有限公司助理工程師。

王蘭和,北京鐵路局石家莊供電段段長,本刊編委。

編輯：Harris

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• 文章標(biāo)簽： 機(jī)務(wù)段 太原 救援
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