UPS電源放電遠(yuǎn)程報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

譚雄志 翟振遠(yuǎn)

UPS電源被廣泛運(yùn)用在鐵路信號(hào)設(shè)備中，信號(hào)機(jī)械室內(nèi)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、調(diào)度集中 (或TDCS)車站列控中心和微機(jī)監(jiān)測(cè)等設(shè)備的直接供電都是UPS電源。所以UPS電源工作質(zhì)量直接影響到信號(hào)設(shè)備的工作狀況。隨著UPS電源使用數(shù)量和型號(hào)的增多，也暴露出一些不常見的問題，如UPS在電源屏有電壓輸出的情況下，自行轉(zhuǎn)入電池供電模式;當(dāng)電源屏操作時(shí)UPS電源會(huì)自行放電;在更換UPS電源時(shí)，電源屏閘刀跳閘。為此，研制了UPS電源放電報(bào)警裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到UPS電源的放電狀況，并發(fā)出報(bào)警提示，讓電務(wù)工作人員能夠及時(shí)采取措施，避免發(fā)生事故。

1 UPS電源放電原因分析

目前，各站信號(hào)機(jī)械室使用的UPS電源基本上都采用主、備工作制式，每季度對(duì)UPS電源放電一次，《維規(guī)》要求UPS電源放電時(shí)間不得低于10 min。由于現(xiàn)在使用的UPS電源都是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型，其內(nèi)部電池容量較小，放電時(shí)間較短，在負(fù)載較大時(shí)一般放電時(shí)間小于10 min。

UPS電源在工作時(shí)，當(dāng)外電網(wǎng)出現(xiàn)頻率漂移大于3 Hz，紋波系數(shù)大于5和工作電壓超標(biāo)時(shí)，UPS電源都會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入電池供電模式，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于信號(hào)設(shè)備無疑是一個(gè)致命的缺點(diǎn)。因?yàn)橐坏︰PS電源放電，就會(huì)導(dǎo)致其所帶負(fù)載 (計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、CTC、列控、TDCS等設(shè)備)停止工作，直接造成停車事故。

此外，還有外界造成UPS電源放電的因素:在兩路電源切換時(shí)，如切換時(shí)間稍長或一路電源切換不到另一路電源，以及電源屏的電源模塊故障時(shí)，都可能造成UPS電源放電。

2 報(bào)警裝置的工作原理

圖1為報(bào)警裝置的工作原理圖，IC為光耦芯片，從UPS電源面板放電指示燈兩端引出一對(duì)采集線，經(jīng)線路匹配器至光耦芯片的輸入端，當(dāng)UPS電源放電時(shí)，放電指示燈點(diǎn)亮，放電指示燈端電壓通過輸入線使IC內(nèi)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，IC輸出端三極管導(dǎo)通，將采集到的信號(hào)輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大電路后，送聲光報(bào)警控制電路處理。控制電路點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)放電的UPS電源指示燈，同時(shí)內(nèi)置蜂鳴器響，并通過外線使電務(wù)值班室的訊響器發(fā)出尖銳的報(bào)警聲。多路UPS電源放電報(bào)警原理相同。當(dāng)UPS電源停止放電后，光耦芯片內(nèi)的二極管截止，采集信號(hào)消失，報(bào)警裝置恢復(fù)到檢測(cè)狀態(tài)，停止聲光報(bào)警。

圖1 報(bào)警裝置工作原理圖

聲訊報(bào)警電路有2條:一是內(nèi)置蜂鳴報(bào)警器，當(dāng)檢測(cè)到任一臺(tái)UPS電源放電時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響，可聽距離大于10 m，加一開關(guān)進(jìn)行控制;二是到電務(wù)值班室的報(bào)警電路，當(dāng)任一臺(tái)UPS電源放電時(shí)，報(bào)警裝置通過執(zhí)行開關(guān)輸出報(bào)警電源，使電務(wù)值班室的訊響器發(fā)出尖銳報(bào)警聲，可聽距離大于50 m。在輸出報(bào)警線間加有防護(hù)元件，可防止干擾電壓通過外線進(jìn)入報(bào)警裝置內(nèi)。

由于從報(bào)警裝置到每臺(tái)UPS電源距離不一樣，且UPS電源面板燈端電壓不足2 V，為保證采集信號(hào)能可靠通過光耦電路，增設(shè)了線路匹配器，可使電路準(zhǔn)確采集信號(hào)。

電源電路采用高質(zhì)量的AC/DC電源模塊 (其具有短路和過載防護(hù)功能)，將220V交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?2 V直流電源。裝置增設(shè)了電源指示燈和電源開關(guān)，便于操作。

3 功能特點(diǎn)

1.采集信號(hào)功能:對(duì)功率較小的指示燈，能可靠采集信號(hào)。采集信號(hào)靈敏度高，采集電流小于3 mA。

2.電源指示:電源指示燈用來顯示電源工作狀態(tài)。

3.多路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能:可同時(shí)監(jiān)測(cè)6路UPS電源。

4.報(bào)警指示功能:6個(gè)指示燈分別對(duì)應(yīng)6臺(tái)UPS電源，可準(zhǔn)確指示出放電的UPS電源。

5.內(nèi)置報(bào)警功能:內(nèi)置蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。

6.外置訊響器報(bào)警功能:可使距報(bào)警裝置150 m左右的訊響器，發(fā)出尖銳的警訊聲。

7.自動(dòng)恢復(fù)功能:當(dāng)UPS電源停止放電后，報(bào)警裝置恢復(fù)原態(tài)。

8.預(yù)留功能:可為微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)留采集接口和擴(kuò)展監(jiān)測(cè)電路。

4 安全可靠性分析

1.利用光電隔離電路與被檢測(cè)設(shè)備連接，不會(huì)對(duì)被檢測(cè)的設(shè)備造成影響，況且采集點(diǎn)是UPS電源的面板指示燈，即便是LED燈壞也不會(huì)造成UPS電源不正常工作，所以該報(bào)警裝置的使用是安全的。

2.整個(gè)報(bào)警裝置自身功率小于2.5 W，不會(huì)對(duì)周圍設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)干擾輻射。

3.報(bào)警裝置具有較好的抗電磁干擾能力，已通過鐵道部質(zhì)量檢驗(yàn)站的檢測(cè)。

4.在報(bào)警裝置引出的2根報(bào)警線之間加裝有防護(hù)元件，電壓限制在14 V，具有可靠的安全性，可以較好的防止外界電壓的干擾和侵害。

5.報(bào)警裝置的電源模塊具有短路保護(hù)功能。

6.報(bào)警裝置安裝使用后，可以防止因UPS電源自放電后造成信號(hào)設(shè)備停止工作的事故，對(duì)維護(hù)設(shè)備安全大有益處。

該報(bào)警裝置已經(jīng)在杏花營和封丘2個(gè)站安裝試用一段時(shí)間，期間監(jiān)測(cè)到一次UPS電源自放電并發(fā)出報(bào)警，電務(wù)人員聽到報(bào)警后及時(shí)采取了措施防止了事故的發(fā)生。同時(shí)該裝置和UPS電源一直可靠工作，進(jìn)一步證明了該報(bào)警裝置具有可靠的安全實(shí)用性。該項(xiàng)目于2012年12月17日已通過鄭州鐵路局科委技術(shù)成果鑒定，很適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用。

［1］ 王憶潔，喬美荷.通信與信號(hào)UPS電源整合方案［J］.鐵道通信信號(hào)，2007(9):1-3.

［2］ 酒慧.便攜式鐵路信號(hào)應(yīng)急電源系統(tǒng)［J］.鐵道通信信號(hào)，2012(6):32-33.

［2］ 張濤.緱文博，王驥，洪寶.UPS在線監(jiān)測(cè)及維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.鐵道通信信號(hào)，2012(9):84-85.