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1、传雷 UPS、EPS、直流屏设备应用分析 引言 变电所的UPS是整个配电系统的核心。它为变电所、监 控室以及现场的一些对电源要求很高的设备提供了保障。比 如变电所内的PLC系统、监控室内的监控管理系统及现场的 环境监测系统和交通诱导系统，这些设备对道路正常运营都 起着事关重要的作用。 变电所内的EPs电源是为一些对电源要求不是很高的设 备设计；其特点是操作简单方便、做功功率大、在逆变状态 下运行时间长。该设备主要是为隧道的应急灯具已经UPS延 续供电所设计的，可在短长时间内停电的状态下代替以前的 发电机组。 变电所的直流屏直流系统是继电保护、自动装置和断 路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防
2、止系统破坏性 事故扩大和设备严重损坏至为重要。随着UPSEPS等逆变 技术的发展日益成熟，甘肃省的高速公路的大力发展。对 高等级公路的运营维护和安全保障的要求也在日益提高； 甘肃省高速公路的机电设备供电大部已均采用UPS、EPS等 设备。 以前，应用较为普遍的有镍镉蓄电池和铅酸蓄电池两 种，充电设备采用可控硅整流装置，但这两种蓄电池存在维 护工作量大，不利于机电设备的安全运行。而采用可控硅相 控技术的充电设备，在纹波、体积、效率等方面不尽入意， 监控系统也不完善，采用主从备份行方式，机电设备使用起 来不方便，达不到电力系统新的技术标准。另外，由于充电 设备与蓄电池并联运行，纹波系数较大，会出现
3、蓄电池脉充 充电放电现象，影响蓄电池使用寿命。 自1998年后，我国相继研发出了免维护铅酸蓄电池和胶 体免维护电池代替了以前的镍镉蓄电池，充电设备也逐步采 用高频充电装置。免维护铅酸蓄电池和胶体免维护蓄电池具 1 18中国交通信息化2olo08 WWW CHiNAlI S CN 甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司陈东 有体积小、重量轻、放电性能高、维护量小等特点，从而解 决了UPS、EPS等运行维护的需要。 高频开关电源的特点 高可靠性 采用开关电源特有的模块化设计，大大提高了可靠性。 系统采用国际90年代后的最新技术，所用IGBT器件的耐压水 平，电流容量已完全能满足现代电源要求；具有自主均
4、流技 术，模块间输出电流最大不平衡度小于3。体积小，重量 轻，效率高，输出的纹波极小，有利于延长电池寿命。系统 采用模块叠加形式，维护方便。 高智能化 现代电力电子技术与计算机技术相结合，可实现对电源 系统的遥测、遥控、遥信、遥调，满足变电所综合自动化要 求实现无人值守。配合使用的监控模块采用大屏幕，液晶汉 字显示，声光告警。具有方便易于操作的优点，可通过监控 模块进行充电模块参数设置，开关机控制。蓄电池自动管理 及保护，实现自动监测蓄电池的端电压，充放电电流，并控 制蓄电池的均充和浮充；可按不同型号及种类的蓄电池设置 不同的典型充电曲线进行。 甘肃目前各路段可持续电源运行情况 在兰临高速公路
5、新7道梁隧道的两个变电所内各有1台 80KVA的大型UPS可持续电源，该UPS自安装以来的4年内 运行比较稳定；4年后该UPS经常出现故障，市电停电时不 能正常切换；而且偶尔会开不了机。起初怀疑是该机器机头 出现故障，就联系了各大UPS厂家售后人员对两台机器进行 检测，机头没有问题。后来怀疑UPS电池出现了问题，于是 测量电压并按电池的串联数量计算电池电压并没有什么异 常。这一疑团在2009年兰临路机电设备更新工程中才予以揭 晓，更换了这两台机器的电池后做了开关机实验和断电实 验，结果这两台机器运行均正常；那就说明以前这两台机器 的故障均是由蓄电池所造成。最后把换下来的电池进行单块 测量，结果
6、在换下来的电池中发现有1块电池已经损坏(几 乎没有电压)在这种情况下蓄电池的电压虽然没有明显的变 化， (因为每个蓄电池在正常的情况下电压一般都在12V到 138V之间各个生产厂家都各有不同)但是当U PS在逆变状 态下工作时，该损坏的蓄电池就像一个大功率的电阻串联在 该电池组中，从而影响电池组的电压和容量。导致UPS不能 正常切换和正常开机。 在华庄路的关山隧道3个变电所各设了1台80KVA的 EPS电源，该EPS的逆变核心单元采用100KW的电动机变 频器改装在加上一些辅助电路而成，大家都知道类似可持 续供电的设备大多数都是采用交直交的原理；这样可以保 障对用电设备的供电稳定和平衡。该设备
7、在常电状态下就 是把市电交流电源通过变频器的交直交原理输出到用电设 备。在备点状态下把蓄电池的直流电源通过接触器并接在 该变频器的直流单元；这样就可以输出交流电源了。这种 产品使用方便简单但是故障率比较高。该EPS的充电单元是 采用可控硅脉冲式充电方式；直接并联在电池组上而且该 机型没有任何放电保护单元；这样以来纹波系数较大，会 出现蓄电池脉冲充电放电现象，影响蓄电池使用寿命而且 影响放电时问；没有任何放电保护单元就会导致蓄电池放 电过量；这对蓄电池是一个致命的问题。该问题在关山隧 道的3号变电所已经出现。因为该隧道的3号变电所位处隧 道中间，长期无人值守。就导致该EPS损坏。截止目前该机 器
8、的蓄电池已经报废无法开机。通过对以上故障的分析得 到结果。类似这种原理的机器，维护人员要或业主方的维 护员要做到对UPS、EPS等设备至少一个月一次完全放电试 验。这样可以大大提高设备的正常运行率和蓄电池放电的 最佳状态。 在天蝇路的卦台山隧道两个变电所内，该变电所的高 低压系统控制均采用直流控制系统，控制电源是采用直流 屏供给。采用直流控制方式可以对整个供配电系统准确无 误地给予继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保 证，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和防止设备严 NEWSOFT 广州新软 仝国领先EIE系统提供商 重损坏。因为直流电源的地和交流电源的地是单独的，在 控制方面准确性比
9、较高。而交流控制与总电源是公共地。 如果接地或零线接触不良时；整个控制回路会误动作直接 造成破坏性的事故。所以在一些一级负荷和二级负荷的用 电场所，国家要求均采用直流控制模式。这样以来对直流 屏的稳定性要求就特别高，直流屏的稳定性主要来源于蓄 电池，蓄电池要放电稳定平衡那么充放电设备就要准确无 误。该隧道站的两个变电所直流屏的蓄电池已经损坏有一 年之久了，在2009年天水所机电设备更新工程中更换了新 的胶体免维护蓄电池。经过两天的试运行，这两台直流屏 均报低电压故障。经过分析和排查问题依依查明。因为该 隧道到站的两台直流屏使用较早，蓄电池是采用镍镉蓄电 池；镍镉蓄电池电压较低，一般12V的单块
10、电压在l 18至 125V之间；那么相应的原来的充电电压也就比较低；现 在更换了胶体免维护电池，而胶体免维护电池12V的单块 电池正常放电电压都在12135V之间。这样以来直流屏 的电池检测单元检测到的电池电压并记忆于电脑板作为电 池初始电压。当蓄电池连续放电数次，电压低于初始电压 时，原来的充电系统的充电电压较低，无法完成充电。这 样直流屏就会出现低电压故障。此时，断开了蓄电池的总 开关，并开启直流屏这时直流屏就会处于充电状态，用万 用表测量师发现原来的均充电压只有230V；浮充电压只有 2255V。在次测量了一下更换后的新电池组的电压，显示 电压值为2417V，很明显充电电压低于电池电压。
11、接下 来就电话和蓄电池厂家沟通了一下该电池的充电参数该电 池的充电参数为单块电压12V，单块正常浮充电压l35 138V，均充144一l48V。那么采用的是19块串联；正常 浮充电压至少在2565V、正常均充电压至少在2679V。最 后厂家建议正常浮充电压为258V、正常均充电压269V。接 下来最重要的问题就是怎样才可以解决充电电压的问题。 从电池的出线端开始查找分析，最好后找到了充电的可控 硅模块；然后沿着可控硅的控制线找到了一个充电单元的 控制盒，打开该盒子，里面有多个可调电位器，分别标有 均充电压调节、浮充电压调节，及均充浮充电流调节等。 把万用表挂在电池组总开关的出线测，一边调节一边
12、观 察。随着调节观察电压有了变化。最后把相应的电压调至 电池厂家给提供的数值；在合上电池组总开关，这时直流 2olo08中国交通信息化1 19 A “cn、N TS CN 传雷 屏开始充电了，另一台也同样做了以上流程。经过一天来 的数次充放电试验，这两台直流屏均运行稳定正常。 使用UPS注意事项 使用U PS电源时，应严格遵守厂家的产品说明书的有关 规定，保证UPS所接市电的火线、零线顺序符合要求。如果 火线零线顺序接反，在从市电状态向逆变状态转换时极易造 成UPS电源的损坏。 不要频繁地关闭和开启U PS电源。一般要求在关闭U PS 电源时，至少要等待6秒钟后才能再开启UPS电源。否则可 能
13、处于“启动试失败”的状态，即uPS电源处于既无市电输 出、又无逆变器输出的不正常状态。 对于后备式U PS电源来说，当它处于由市电供电的后备 工作状态时，虽然它具有抗干扰自动稳压功能，但它不具备 输出短路自动保护功能。因此，对于此类UPS电源来说，不 得随意加大交流输入回路中的保险丝的容量。只有当这种电 源处于逆变器供电状态时，它才同时具有自动稳压和输出短 路自动保护功能。 不要超负载使用。U PS电源最大负载量应该是其标准负 载量的80，即一台1000W的UPS，它所带的最大负载量只 有800W。如果超载使用，在逆变状态下，常造成逆变三级 管的击穿。此外，在使用UPS时严禁接诸如日光灯之类的
14、感 性负载，而只能接纯电阻或电容性负载。 正常的开关机顺序很重要。由于一般负载在启动瞬 间存在冲击电流，而UPS内部功率元件都有一定的安全 工作范围，尽管在选用器件时都有一定的余量，但是过大 冲击电源还是会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件 损坏。 一般UPS在旁路状态时，抗冲击能力较强，可以利用 这一特点在开机时采用以下方式进行：先送市电给U P S， 使其处于旁路工作，再逐个打开负载，先开冲击电流较大 的负载，再开冲击较小的负载，然后UPS面板开机，使 其处于逆变工作状态。开机时千万不能将所有负载同时开 启，也不能带载关机。关机顺序如下：先逐个关闭负载， 再将UPS面板关机，使uPS处于
15、旁路工作而充电器继续对 电池充电。若不需要U PS输出，将U PS完全关闭后再将输 120中国交通信息化2olo WWW CHjNArS CN 入市电断开即可。 注意蓄电池的维护，这是使用UPS时最需注意的一点。 目前，在中小型UPS电源中被广泛使用的密封式免维护铅酸 电池和胶体免维护蓄电池；它的成本占整个UPS电源成本的 一半以上。因此，应正确地维护蓄电池电池及镍镉电池等。 使用时应注意以下几点： 1不要让电池过度放电或产生短路，过度的放电容易 使蓄电池的端电压低于蓄电池所允许的放电终止电压，还会 造成电池内部的正负极板的弯曲和使极板表面上活性物质脱 落。其后果将造成蓄电池可供使用容量下降，
16、严重时会损坏 电池，造成蓄电池的永久损坏。 2尽量避免使UPS电源内部的蓄电池长期闲置不用或 使蓄电池长期处于浮充状态而不放电。因为这样有可能造成 uPS电源内部的蓄电池因超过其储存寿命而引起内阻增大或 永久性损坏。对于长期闲置不用UPS电源应每隔一个月对电 池充电一次，充电时间为10-204时。在长期不停市电的情 况下，每个月做放电试验一次， (保持在半小时到1小时之 间)；具体操作为：断开市电，让电池带载30-50分钟左右 后，合上市电即可。每3个月做一次完全放电试验。具体操 作为：断开市电，让电池带载工作待UPS低电压报警时或电 池容量不足10时在合上市电即可；切记不要把电池放电至 蓄电池放电终止电压，否则会损坏蓄电池(因为有些UPS、 E P S等设备生产厂家所生产的设备没有蓄电池放电低电压保 护功能)。总之，以上流程可以参考用于UPS、EPS、直流 屏等交直流可持续电源等设备。 结论 经过几年的维护经验的积累，逐渐摸索出免维护蓄 电池及充电设备运行使用维护的一些经验，对出现的问题 能够进行处理和解决，保证了
