华北电力大学      韩冬竹
　　
　　石家庄铁道大学       聂爱玲
　　
　　北京铁路局石家庄供电段       王兰和
　　
　　摘要：电气化铁路专用单变三高频模块化UPS,在铁路信号、红外线装置供电中的应用越来越广泛,在运行中也发生了一些问题。文中对运行中发生的问题进行了分析,并提出了解决问题的方法。
　　
　　到2012年底中国大陆运行的电气化铁路已达到48000多千米。利用电气化铁路接触网电源,采用铁路专用单变三UPS,给沿线信号、通信、生活、负载供电,已经在多条电气化线路上使用(见图1)。

这种供电方式在支线铁路建设中可以少建设一条10kV电力贯通线路,节省基建投资,也可以为繁忙铁路干线信号供电系统提供第三路电源。
　　
　　由于工频单变三UPS在使用中故障频发,影响了正常使用,高频模块化单变三UPS以其先进的设计理念和高可靠性走进这个领域。高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成,IGBT可以通过控制加在其门极的驱动信号来控制IGBT的开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几千到几十千赫,甚至高达上百千赫。典型的高频机拓扑如图2所示。

　　
　　高频UPS整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为768V左右,由于高频机直流母线电压为768V左右,所以逆变器输出相电压可以直接达到220V,逆变器之后就不再需要升压变压器。
　　
　　工频机UPS一般输入电路都采用晶闸管6脉冲整流或12脉冲整流,输入功率因数为0.8～0.9,效率不超过90%。高频机UPS的输入功率因数都可做到0.95以上,效率可达92%,谐波电流小于5%。由于采用了IGBT高频整流技术使功率单元实现了模块化生产,实现了功率模块的“N+1”运行模式。当高频模块化UPS某一个功率模块发生故障时,故障功率模块会自动退出运行,非故障模块可以正常运行,大大提高了运行的可靠性。
　　
　　最近几年,在不同的电气化区段使用了不同容量的单变三高频模块化UPS设备。通过运行实践证明,由于接触网电源具有谐波含量高、电压瞬间波动大、停电频繁的特点及其在运行中暴露出的问题。用户在选用单变三高频模块化UPS设备时,应注意以下问题。
　　
　　1 UPS在运行中一台功率模块故障,整机不能自动重启的问题􀉻
　　
　　模块化高频UPS是由滤波单元、监控模块单元、“N+1”个功率模块单元、配电避雷单元组成。模块化高频UPS其中的一个特点,在运行中当有一个功率模块发生故障时,故障功率模块会自动退出运行,不会影响整个设备的使用。电气化铁道专用模块化高频UPS输入电源引自接触网电源,由于接触网设备每天需停电90min进行检修,检修完毕接触网送电后,UPS应能自动启机投入运行。但是在实际运行中当有一个功率模块故障后,在不停电的情况下不会影响UPS的使用,而一但输入电源停电再来电后UPS就无法启机。
　　
　　原因分析:市面上的高频模块化UPS的开机方法基本上都是监控模块传送开机指令给所有功率模块,功率模块接收到监控模块的开机指令后各自开始开机,功率模块逆变电压升到220V,监控模块会问询所有功率模块的逆变电压是否正常,在规定的时间内,当所有功率模块回复逆变电压正常后,监控模块主机发指令让所有功率模块一起合输出Relay,整机才会开起来;若监控模块在规定的时间内没有收到所有功率模块回复的逆变电压正常信号,就不会发合输出Relay信号,整机也就不会开起来。分析上述的开机方法,当有一台故障的功率模块存在于并机系统中没有退出,重新上电自动开机时会出现整机不能开启的问题。
　　
　　解决此问题的办法是:对监控模块单元启机询问软件程序进行修改,以解决一台模块故障导致整机不能自动重启的问题。当接触网送电后UPS监控模块发出开机指令给所有功率模块,各功率模块接收到监控模块开机指令后各自开始开机,各功率模块逆变电压升到220V后,监控模块会问询所有功率模块逆变电压是否正常;若功率模块逆变电压正常,会回复给监控模块;若功率模块电压不正常,则
　　
　　暂不回复监控模块。在规定的时间内,监控模块不管收到有多少功率模块的回复,都会发出合Relay的指令。其中,有回复逆变电压正常的功率模块一起合输出Relay,没有回复逆变电压正常的功率模块不合输出Relay。这样,既可以保证有故障的功率模块不开机,又可以让没故障的功率模块自动重启。
　　
　　2 改进模块位置侦测传感器,提高系统可靠性
　　
　　电气化铁路专用高频模块化UPS采用的是光反射式传感器来侦测模块位置,其工作原理如图3所示。

　　
　　光电开关的发射端S级发出光波,若接收端R级接收到了反射回来的光波信号,即证明有模块插入了机柜;若接收端R级没有接收到反射回来的光波信号,即证明没有模块插入机柜。光电传感器有几个很明显的缺陷:一是对被测物体反射面的材质和表面光泽度有比较高的要求;二是受环境光线的影响比较大;三是对光电开关与被测物体间的距离要求比较高,近了或远了都可能会失效。在设备运行一段时间后,当被测物体表面堆积了灰尘,或环境光线发生了剧烈变化,或是机械间隙增大时,都会出现误侦测,导致模块不能被正确识别,影响系统正常运行。由于电气化铁路专用高频模块化UPS运行环境污染严重,多次造成了模块不能被正确识别而影响UPS开机。　　

（未完待续）

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