UPS电源在铁路沿线信号监测和远程控制基站的应用及维护

2019-11-19      1470 次浏览

1引言


为了确保高铁的可靠运行,需要在铁路沿线部署用于信号监测和控制的远程基站,UpS为基站中的电子设备提供净化的不间断电源,因而UpS的可靠性对基站的正常工作以及高铁的可靠运行至关重要。通常,UpS主要是针对数据中心或办公室内的IT设备设计的,当应用环境发生显著变化时,UpS的可靠运行将面临一些新的挑战。本文针对铁路远程基站的特殊应用环境,分析影响UpS可靠运行的主要因素,并给出一些建议和对策。


2影响UpS可靠运行的主要因素与对策


2.1雷击


雷击是导致电子产品故障的主要原因之一,IEC61000-4-5对电子类产品防雷等级定义如表1所示,UpS一般按照防护等级4设计,即在电源输入端口放置压敏电阻或气体放电管来吸收雷击脉冲能量,进而避免电源内的半导体器件损坏。


表1IEC61000-4-5防雷等级


在室内应用场合,雷击脉冲经配电系统衰减后才能到达UpS的电源输入端,由于远程基站暴露在户外,存在被雷电直接击中的可能。如果系统防雷措施不够完善,UpS作为安装在基站设备前面的电源保护装置,将直接承受雷击带来的电压与电流冲击,导致UpS损坏。因此,为了保证基站的可靠运行,在基站设计阶段就应考虑足够的雷击防护,可采取的措施有:


(1)加强基站外部防雷系统,条件允许的情况下可以考虑为基站配置建筑物屏蔽。


(2)确保基站内良好接地。


(3)加强基站电源接入系统的防雷保护,尽量避免雷击脉冲由电力线直接进入UpS。


(4)定制更高防雷等级的UpS。


2.2环境温度


UpS是由大量电子元器件组成的精密电气设备,环境温度影响着UpS的可靠运行。


(1)环境温度过高


依据MIL-HDBK-217F或TelcordiaSR-332手册可知,环境温度越高,UpS的平均无故障间隔时间(MTBF)越短。如果环境温度超出UpS允许的最高工作温度(一般为40oC),会触发过温保护或损坏内部器件,造成UpS无法正常工作。


(2)环境温度过低


由元器件规格书可知,环境温度越低,铅酸蓄电池、电解电容等含有液体成分的器件性能变差。如果环境温度低于UpS允许的最低工作温度(一般为0oC),会导致部分元器件失效,造成UpS无法正常工作。


在室内应用场合,由于空调系统的存在,室温在25oC左右,UpS工作在较为理想的环境温度中,可靠性较高。然而,在远程基站的应用场合,不完善的环境温度调节系统会使UpS工作温度超出设计规格,导致UpS保护或损坏。可采取以下对策来改善应用环境:


(1)配备相应的空调设施并为基站内部设备配置合理的散热通道。


(2)在无法配备相应空调设施的情况下,应采取其它的散热措施如加强通风。


(3)在气温较低时,加强基站保温措施。


(4)定制工作温度范围更宽的UpS。


2.3粉尘与凝露


(1)环境粉尘


UpS在工作时会产生一定的热量(与负载大小和转换效率有关),当采用风冷散热时,UpS便具有了“吸尘器”功能,会将空气中的粉尘吸入UpS内部。粉尘粘附在风扇或电路板上,影响UpS散热,并有造成电路短路的风险,影响UpS可靠运行。


(2)凝露


UpS对环境湿度有着严格要求,湿度超过规格时(一般为85%),遇机房冷气时会在设备内形成水雾或细水珠,尤其在潮湿的雨季,容易造成电路板短路,进而损坏设备。


UpS一般按照IEC529-598规定的Ip20等级设计,即可以防止直径大于12.5mm的外物侵入,防止手指接触内部零件,没有对水或者湿气的防护。UpS在远程基站的应用环境下,应采取以下措施来保障UpS的可靠运行:


(1)采用通风冷却时,可选用Ip54或以上等级的UpS,但是此类UpS产品较少且价格昂贵。


(2)采用通风冷却时,若使用Ip20等级UpS,必须加强对灰尘的过滤,按时维护过滤装置。


(3)采用空调制冷时,应选用精密空调,以保证环境湿度。


(4)采用空调制冷时,若使用普通商用空调,要防止空调冷风直接吹到UpS产生凝露,必要时还需配备除湿装置。


2.4远程监控与维护


UpS一般具有标配的以太网接口,并有监控卡供选购,可方便提供网络远程监控,实现总线集中管理。


在室内应用场合,现场监控人员较多,对于UpS远程监控功能要求不高,多数情况下,UpS的通信接口并没有得到充分利用。然而,当UpS应用于铁路沿线的远程基站时,很难安排大量的现场人员对基站进行快速、准确及全面的巡检,远程监控与维护功能就变得非常重要。


通过UpS的远程监控功能,铁路监控中心可以实时了解UpS运行状态,发现UpS运行异常时可以立即采取相应措施。因此,在远程基站设计时,应选用通信接口丰富的UpS产品,并充分利用接口功能,提高基站运行可靠性。


2.5海拔


海拔影响着UpS的可靠运行。随着海拔的升高,UpS的绝缘性能变差,应加大安规距离;由于空气变得稀薄,采用风冷散热的效果变差。通常UpS设计是面向海拔低于3000米的应用场合,当海拔超出规格时,UpS的可靠性将大大降低。


高铁的远程基站分布在铁路沿线,海拔高度差异很大,在UpS的选取与使用时,应当充分考虑海拔因素。在应用到高海拔地区时,应做以下考虑:


(1)选取或定制安规间隙较大UpS产品,以避免电路内部打火故障。


(2)对UpS进行降额使用,以防止UpS过温保护。表2为IEC62040-3、GB/T7260.3、GB/T3859.2中通用的功率折算系数,也可参考厂家建议的折算系数。


表2不同海拔高度的功率折算系数


UpS自身的设计方式对基站的供电质量有着重要的影响,在高铁远程基站中,应优先选用可用性较高的UpS产品,其具备如下特点:


(1)内置有多条电源通路。


(2)部署冗余并联。


(3)使用电池的可能性最小。


3结束语


随着高铁在我国的快速建设,远程基站在铁路沿线被大量部署。UpS作为基站的重要组成部分,对高铁的可靠运行有着不可忽视的影响。文中分析了影响UpS正常运行的主要因素,并给出了一些提高UpS可靠性的建议和对策,为铁路远程基站建设提供参考。<


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