——伊頓電能質(zhì)量業(yè)務(wù)部 全亞斌 博士

    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監(jiān)測和控制的遠(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主要是針對數(shù)據(jù)中心或辦公室內(nèi)的IT設(shè)備設(shè)計的，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境發(fā)生顯著變化時，UPS的可靠運(yùn)行將面臨一些新的挑戰(zhàn)。本文針對鐵路遠(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策。

    2 影響UPS可靠運(yùn)行的主要因素與對策

    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對電子類產(chǎn)品防雷等級定義如表1所示，UPS一般按照防護(hù)等級4設(shè)計，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。

    表1 IEC61000-4-5防雷等級

    在室內(nèi)應(yīng)用場合，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) 確保基站內(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UPS。

    (4) 定制更高防雷等級的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 手冊可知，環(huán)境溫度越高， UPS的平均無故障間隔時間(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)用場合，不完善的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)會使UPS工作溫度超出設(shè)計規(guī)格，導(dǎo)致UPS保護(hù)或損壞。可采取以下對策來改善應(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，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在工作時會產(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，UPS便具有了“吸塵器”功能，會將空氣中的粉塵吸入UPS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，影響UPS可靠運(yùn)行。

    (2) 凝露

    UPS對環(huán)境濕度有著嚴(yán)格要求，濕度超過規(guī)格時(一般為85%)，遇機(jī)房冷氣時會在設(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等級設(shè)計，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，可選用IP54或以上等級的UPS，但是此類UPS產(chǎn)品較少且價格昂貴。

    (2) 采用通風(fēng)冷卻時，若使用IP20等級UPS，必須加強(qiáng)對灰塵的過濾，按時維護(hù)過濾裝置。

    (3) 采用空調(diào)制冷時，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，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)用場合，現(xiàn)場監(jiān)控人員較多，對于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，很難安排大量的現(xiàn)場人員對基站進(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)時了解UPS運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)UPS運(yùn)行異常時可以立即采取相應(yīng)措施。因此，在遠(yuǎn)程基站設(shè)計時，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)計是面向海拔低于3000米的應(yīng)用場合，當(dāng)海拔超出規(guī)格時，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，應(yīng)當(dāng)充分考慮海拔因素。在應(yīng)用到高海拔地區(qū)時，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)。

    表2 不同海拔高度的功率折算系數(shù)

    2.6 UPS可用性

    UPS自身的設(shè)計方式對基站的供電質(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可靠性的建議和對策，為鐵路遠(yuǎn)程基站建設(shè)提供參考。<