为了保证高铁能可靠运行,需在铁路沿线部署用于信号监测和控制的远程基站,而UPS电源为基站中的电子设备提供纯净的不间断电源,因而UPS电源的可靠性对基站的正常工作以及高铁的可靠运行有至关重要。通常UPS电源主要是针对数据中心或办公室内的IT设备设计的,但是当应用环境发生明显变化时,UPS电源的可靠性将迎来新的挑战。本文针对铁路远程基站的特殊应用环境,分析影响UPS电源可靠运行的主要因素,并对此提出一些建议和对策。 

 

    1．影响UPS电源可靠运行的主要因素与对策

 

    1.1雷击　

    雷击是导致电子产品产生故障问题的原因之一,IEC61000-4-5对电子类产品防雷等级定义如表1所示,UPS电源一般按照防护等级4设计,就是在电源输入端口放置压敏电阻或者气体放电管来吸收雷击脉冲能量,来避免电源内的半导体器件损坏。

    在室内应用场合,雷击脉冲经配电系统衰减后才能到达UPS电源的输入端,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电源作为安装在基站设备前面的电源装置,将直接承受雷击带来的电压与电流冲击,导致UPS电源损坏。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电源;
    (4)定制更高防雷等级的UPS电源。

 

    1.2环境温度

    UPS电源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电源的可靠运行。
    (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电源的平均无故障间隔时间(MTBF)越短。如果环境温度超出UPS电源允许的最高工作温度(一般为40℃)，会触发过温保护或损坏内部器件，造成UPS电源无法正常工作。

  

    (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、电解电容器等含有液体成分的器件性能变差。如果环境温度低于UPS电源允许的最低工作温度(一般为0℃),会导致部分元器件失效,造成UPS电源无法正常工作。

　

    (3)解决的办法

    在室内应用场合,由于空调系统的存在,室温在25℃左右,UPS电源工作在较为理想的环境温度中,可靠性就高。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电源工作温度超出设计范围,导致UPS电源保护或损坏。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电源。

 

    1.3粉尘与凝露

    (1)环境粉尘
    UPS电源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电源便具有了“吸尘器”功能,将空气中的粉尘吸入UPS电源内部。粉尘粘附在风扇或电路板上，影响UPS电源散热，还有可能造成电路短路的风险，影响UPS电源可靠运行。

　

    (2)凝露

    UPS电源对环境湿度有着严格的要求,湿度超过规定时(一般为85%),遇到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。

  

    (3)措施　　

    UPS电源一般按照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,但没有对水或者湿气的防护。　
    UPS电源在远程基站的应用环境下,应采取以下措施来保障UPS电源的可靠运行:　
    ①采用通风冷却时,可选用IP54或以上等级的UPS电源,但是此类UPS电源产品较少且价格昂贵;　　
    ②采用通风冷却时,若使用IP20等级UPS电源,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,要防止空调冷风直吹UPS电源而产生凝露,必要时还需配备除湿装置。　

 

    1.4远程监控与维护

    UPS电源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电源远程监控功能要求不高,多数情况下,UPS电源的通信接口并没有得到充分利用。然而,当UPS电源应用于铁路沿线的远程基站时,很难安排大量的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电源的远程监控功能,铁路监控中心可以实时了解UPS电源运行状态,发现UPS电源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电源产品,并充分利用接口功能,提高基站运行的可靠性。

 

    1.5海拔

    海拔影响着UPS电源的可靠运行。随着海拔的升高,UPS电源的绝缘性能变差,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电源设计是面向海拔低于3000米的应用场合,当海拔超出规定时,UPS电源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电源的选取与使用时，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电源产品,以避免电路内部打火故障;
    (2)对UPS电源进行降额使用,以防止UPS电源过温保护。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。

 

    1.6 UPS电源可用性

    UPS电源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电源产品,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。
    随着高铁在国内的发展应用,在铁路沿线就会部署大量的远程基站。UPS电源作为基站的重要组成部分,对高铁的可靠运行有直接的影响。文中分析了影响UPS电源正常运行的主要因素,并提出一些提高UPS电源可靠性的建议和对策,为铁路远程基站建设提供参考。