UPS在鐵路遠(yuǎn)程基站中的應(yīng)用問題與對(duì)策UPS在鐵路遠(yuǎn)程基站中的應(yīng)用問題與對(duì)策
1 引言
為了確保高鐵的可靠運(yùn)行,需要在鐵路沿線部署用于信號(hào)監(jiān)測(cè)和控制的遠(yuǎn)程基站,UPS為基站中的電子設(shè)備提供凈化的不間斷電源,因而UPS的可靠性對(duì)基站的正常工作以及高鐵的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。通常,UPS主要是針對(duì)數(shù)據(jù)中心或辦公室內(nèi)的IT設(shè)備設(shè)計(jì)的,當(dāng)應(yīng)用環(huán)境發(fā)生顯著變化時(shí),UPS的可靠運(yùn)行將面臨一些新的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)鐵路遠(yuǎn)程基站的特殊應(yīng)用環(huán)境,分析影響UPS可靠運(yùn)行的主要因素,并給出一些建議和對(duì)策。
2 影響UPS可靠運(yùn)行的主要因素與對(duì)策
2.1 雷擊
雷擊是導(dǎo)致電子產(chǎn)品故障的主要原因之一,IEC61000-4-5對(duì)電子類產(chǎn)品防雷等級(jí)定義如表1所示,UPS一般按照防護(hù)等級(jí)4設(shè)計(jì),即在電源輸入端口放置壓敏電阻或氣體放電管來吸收雷擊脈沖能量,進(jìn)而避免電源內(nèi)的半導(dǎo)體器件損壞。
在室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)合,雷擊脈沖經(jīng)配電系統(tǒng)衰減后才能到達(dá)UPS的電源輸入端,由于遠(yuǎn)程基站暴露在戶外,存在被雷電直接擊中的可能。如果系統(tǒng)防雷措施不夠完善,UPS作為安裝在基站設(shè)備前面的電源保護(hù)裝置,將直接承受雷擊帶來的電壓與電流沖擊,導(dǎo)致UPS損壞。因此,為了保證基站的可靠運(yùn)行,在基站設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮足夠的雷擊防護(hù),可采取的措施有:
(1) 加強(qiáng)基站外部防雷系統(tǒng),條件允許的情況下可以考慮為基站配置建筑物屏蔽。
(2) 確?;緝?nèi)良好接地。
(3) 加強(qiáng)基站電源接入系統(tǒng)的防雷保護(hù),盡量避免雷擊脈沖由電力線直接進(jìn)入U(xiǎn)PS。
(4) 定制更高防雷等級(jí)的UPS。
2.2 環(huán)境溫度
UPS是由大量電子元器件組成的精密電氣設(shè)備,環(huán)境溫度影響著UPS的可靠運(yùn)行。
(1) 環(huán)境溫度過高
依據(jù)MIL-HDBK-217F或Telcordia SR-332 手冊(cè)可知,環(huán)境溫度越高, UPS的平均無故障間隔時(shí)間(MTBF)越短。如果環(huán)境溫度超出UPS允許的最高工作溫度(一般為40 oC),會(huì)觸發(fā)過溫保護(hù)或損壞內(nèi)部器件,造成UPS無法正常工作。
(2) 環(huán)境溫度過低
由元器件規(guī)格書可知,環(huán)境溫度越低,鉛酸蓄電池、電解電容等含有液體成分的器件性能變差。如果環(huán)境溫度低于UPS允許的最低工作溫度(一般為0 oC),會(huì)導(dǎo)致部分元器件失效,造成UPS無法正常工作。
在室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)合,由于空調(diào)系統(tǒng)的存在,室溫在25oC左右, UPS工作在較為理想的環(huán)境溫度中,可靠性較高。然而,在遠(yuǎn)程基站的應(yīng)用場(chǎng)合,不完善的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)使UPS工作溫度超出設(shè)計(jì)規(guī)格,導(dǎo)致UPS保護(hù)或損壞??刹扇∫韵聦?duì)策來改善應(yīng)用環(huán)境:
(1) 配備相應(yīng)的空調(diào)設(shè)施并為基站內(nèi)部設(shè)備配置合理的散熱通道。
(2) 在無法配備相應(yīng)空調(diào)設(shè)施的情況下,應(yīng)采取其它的散熱措施如加強(qiáng)通風(fēng)。
(3) 在氣溫較低時(shí),加強(qiáng)基站保溫措施。
(4) 定制工作溫度范圍更寬的UPS。
2.3 粉塵與凝露
(1) 環(huán)境粉塵
UPS在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量(與負(fù)載大小和轉(zhuǎn)換效率有關(guān)),當(dāng)采用風(fēng)冷散熱時(shí),UPS便具有了“吸塵器”功能,會(huì)將空氣中的粉塵吸入U(xiǎn)PS內(nèi)部。粉塵粘附在風(fēng)扇或電路板上,影響UPS散熱,并有造成電路短路的風(fēng)險(xiǎn),影響UPS可靠運(yùn)行。
(2) 凝露
UPS對(duì)環(huán)境濕度有著嚴(yán)格要求,濕度超過規(guī)格時(shí)(一般為85%),遇機(jī)房冷氣時(shí)會(huì)在設(shè)備內(nèi)形成水霧或細(xì)水珠,尤其在潮濕的雨季,容易造成電路板短路,進(jìn)而損壞設(shè)備。
UPS一般按照IEC 529-598規(guī)定的IP20等級(jí)設(shè)計(jì),即可以防止直徑大于12.5mm的外物侵入,防止手指接觸內(nèi)部零件,沒有對(duì)水或者濕氣的防護(hù)。UPS在遠(yuǎn)程基站的應(yīng)用環(huán)境下,應(yīng)采取以下措施來保障UPS的可靠運(yùn)行:
(1) 采用通風(fēng)冷卻時(shí),可選用IP54或以上等級(jí)的UPS,但是此類UPS產(chǎn)品較少且價(jià)格昂貴。
(2) 采用通風(fēng)冷卻時(shí),若使用IP20等級(jí)UPS,必須加強(qiáng)對(duì)灰塵的過濾,按時(shí)維護(hù)過濾裝置。
(3) 采用空調(diào)制冷時(shí),應(yīng)選用精密空調(diào),以保證環(huán)境濕度。
(4) 采用空調(diào)制冷時(shí),若使用普通商用空調(diào),要防止空調(diào)冷風(fēng)直接吹到UPS產(chǎn)生凝露,必要時(shí)還需配備除濕裝置。
2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)
UPS一般具有標(biāo)配的以太網(wǎng)接口,并有監(jiān)控卡供選購,可方便提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)總線集中管理。
在室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)合,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員較多,對(duì)于UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控功能要求不高,多數(shù)情況下,UPS的通信接口并沒有得到充分利用。然而,當(dāng)UPS應(yīng)用于鐵路沿線的遠(yuǎn)程基站時(shí),很難安排大量的現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)基站進(jìn)行快速、準(zhǔn)確及全面的巡檢,遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)功能就變得非常重要。
通過UPS的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,鐵路監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)了解UPS運(yùn)行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)UPS運(yùn)行異常時(shí)可以立即采取相應(yīng)措施。因此,在遠(yuǎn)程基站設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)選用通信接口豐富的UPS產(chǎn)品,并充分利用接口功能,提高基站運(yùn)行可靠性。
2.5 海拔
海拔影響著UPS的可靠運(yùn)行。隨著海拔的升高,UPS的絕緣性能變差,應(yīng)加大安規(guī)距離;由于空氣變得稀薄,采用風(fēng)冷散熱的效果變差。通常UPS設(shè)計(jì)是面向海拔低于3000米的應(yīng)用場(chǎng)合,當(dāng)海拔超出規(guī)格時(shí),UPS的可靠性將大大降低。
高鐵的遠(yuǎn)程基站分布在鐵路沿線,海拔高度差異很大,在UPS的選取與使用時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮海拔因素。在應(yīng)用到高海拔地區(qū)時(shí),應(yīng)做以下考慮:
(1) 選取或定制安規(guī)間隙較大UPS產(chǎn)品,以避免電路內(nèi)部打火故障。
(2) 對(duì)UPS進(jìn)行降額使用,以防止UPS過溫保護(hù)。表2為IEC 62040-3、GB/T7260.3、GB/T3859.2中通用的功率折算系數(shù),也可參考廠家建議的折算系數(shù)。
UPS自身的設(shè)計(jì)方式對(duì)基站的供電質(zhì)量有著重要的影響,在高鐵遠(yuǎn)程基站中,應(yīng)優(yōu)先選用可用性較高的UPS產(chǎn)品,其具備如下特點(diǎn):
(1) 內(nèi)置有多條電源通路。
(2) 部署冗余并聯(lián)。
(3) 使用電池的可能性最小。
3 結(jié)束語
隨著高鐵在我國的快速建設(shè),遠(yuǎn)程基站在鐵路沿線被大量部署。UPS作為基站的重要組成部分,對(duì)高鐵的可靠運(yùn)行有著不可忽視的影響。文中分析了影響UPS正常運(yùn)行的主要因素,并給出了一些提高UPS可靠性的建議和對(duì)策,為鐵路遠(yuǎn)程基站建設(shè)提供參考。
評(píng)論