CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源切換電路改進(jìn)方案

付賓德 張媛春 張 元

包西線管內(nèi)各站CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源切換時(shí)，易產(chǎn)生瞬間沖擊電流過大，電源屏內(nèi)部CTC電源模塊過載保護(hù)，引發(fā)CTC系統(tǒng)斷電出現(xiàn)黑屏的問題。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)CTC系統(tǒng)正常工作電流應(yīng)為6.5 A，而用示波器測(cè)試UPS切換產(chǎn)生的最大電流競(jìng)達(dá)21.2 A，嚴(yán)重超出了電源屏額定電流11A(《鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定允許最大為額定電流的1.1～1.5倍)。

1 原因分析

為直觀判斷故障原因，分別用帶電流探頭示波器 (測(cè)電流波形)和手持式示波器 (測(cè)電壓波形)采集圖像，將電流探頭安裝在CTC交流電源的L線上，手持示波器探頭安裝在交流電源輸入的L、N線上。

1.正常工作狀態(tài):工作電流為100 mV/A，從電流波形來看，CTC正常工作情況下工作電流為6.1 A左右 (輸入電壓為210 V)。

2.切換過程狀態(tài):通過反復(fù)切換試驗(yàn)，切換過程沖擊電流峰值最高達(dá)到21.2 A。查閱鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)輸入電流峰值超過16.5 A時(shí)，電源屏模塊過流保護(hù)、停止輸出。根據(jù)故障現(xiàn)象及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以判斷，在CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源切換箱的電路設(shè)計(jì)中，由于對(duì)電源切換條件互相檢查過于苛刻，致使電源切換時(shí)間過長(zhǎng)，造成切換過程瞬間沖擊電流過大，長(zhǎng)時(shí)間切換致使交流接觸器接點(diǎn)粘連。

由此確定為CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源切換箱電源切換電路設(shè)計(jì)存在缺陷。

2 改進(jìn)方案

2.1 修改UPS電源切換箱切換電路

在原切換箱切換電路中去除3XLC交流接觸器在UPS-A、B的條件檢查，使UPS-A與UPS-B電路對(duì)稱，不區(qū)分主、備，兩路均處于熱備狀態(tài)，縮短旁路切換時(shí)間;去除J1、J2繼電器，加快UPSA與UPS-B切換，縮小UPS切換時(shí)間;具體位置如圖1虛線框。此項(xiàng)改進(jìn)方案施工程序安全、簡(jiǎn)易，可避免沖擊電流的產(chǎn)生。

更改電源切換箱內(nèi)部配線后，搭建模擬平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，具體情況如下。

圖1 切換箱切換改進(jìn)電路

1.無(wú)論關(guān)閉UPS-A還是UPS-B切換按鈕進(jìn)行A，B UPS切換，在1 XLC或2 XLC吸起的同時(shí)3XLC也會(huì)吸起再落下，旁路指示燈閃爍，對(duì)既有切換電路產(chǎn)生相位干擾，影響UPS間切換。

2.在UPS關(guān)斷狀態(tài)下，測(cè)試UPS輸出電壓波形。UPS輸出立即切斷為0V輸出;同時(shí)能聽到UPS內(nèi)部繼電器切斷動(dòng)作聲音。

3.通過配置開啟UPS旁路輸出功能，再次進(jìn)行帶載情況下的UPS關(guān)閉電源按鈕試驗(yàn)，UPS立即轉(zhuǎn)為旁路輸出，電源切換箱上指示燈穩(wěn)定亮燈，可以看出UPS可以無(wú)縫切換至旁路狀態(tài)工作。

4.斷開電源輸入線，去除3XLC的接入，UPS-A與UPS-B切換變得非常順暢，交流接觸器動(dòng)作非常干脆，切換時(shí)間明顯縮短。

從以上試驗(yàn)情況看，切換時(shí)間大幅下降，由260～300 ms降低為80～120 ms，解決了交流接觸器“抖動(dòng)”問題;3XLC會(huì)干擾UPS切換，產(chǎn)生相位干擾;UPS自身旁路功能可實(shí)現(xiàn)零切換，并有效避免負(fù)載設(shè)備瞬間大沖擊電流的產(chǎn)生;測(cè)試中工控機(jī)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備均不再掉電。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)改進(jìn)后的UPS電源切換箱進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，當(dāng)分別關(guān)閉、開啟UPS-A和UPS-B，電源切換至旁路帶載工作時(shí)，5臺(tái)CTC終端設(shè)備仍出現(xiàn)瞬間斷電重啟現(xiàn)象。

現(xiàn)場(chǎng)使用CTC終端設(shè)備抗瞬間斷電性能較差，仍需進(jìn)一步改進(jìn)電路，縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間。

2.2 采用LTS負(fù)載切換開關(guān)代替電源切換箱

鑒于電源切換箱的切換時(shí)間已無(wú)法通過電路優(yōu)化而進(jìn)一步縮短，故改進(jìn)方案確定為:①采用LTS負(fù)載切換開關(guān)取代現(xiàn)有的電源切換箱;②啟用UPS內(nèi)部的旁路功能;③將UPS進(jìn)行擴(kuò)容。LTS負(fù)載切換開關(guān)電路連接方式如圖2所示。

圖2 LTS負(fù)載切換開關(guān)電路連接方式示意圖

更換LTS負(fù)載切換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)輸出電源的相位，并且能夠確保在輸出電源的相位為0時(shí)進(jìn)行切換，保證切換時(shí)的電流最小，因而沖擊電流也最小。電源切換時(shí)間縮短，LTS負(fù)載切換開關(guān)的切換時(shí)間一般小于6 ms，這樣對(duì)工控機(jī)的影響最小。電源輸出具備4種模式:主UPS輸出、主UPS旁路輸出、備UPS輸出、備UPS旁路輸出。全數(shù)字化 (DSP)控制，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。輔助電源采用冗余設(shè)計(jì)，確保了單一電源故障條件下設(shè)備依舊可以正常工作。

啟用UPS內(nèi)部的旁路功能，UPS內(nèi)部的切換可以對(duì)切換時(shí)間和相位進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)切換的零相位差，輸出電源不存在相位紊亂問題，確保電源的正常輸出。將目前使用的UPS(2kVA)升級(jí)擴(kuò)容為UPS(3kVA)，可防止CTC終端及打印機(jī)等設(shè)備啟動(dòng)過程出現(xiàn)高電流，提高抗沖擊能力。

經(jīng)試驗(yàn)室搭建模擬平臺(tái)測(cè)試，UPS自身的切換可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，主備UPS之間切換可以在6 ms內(nèi)完成。測(cè)試中工控機(jī)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備均不再掉電，按計(jì)劃進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)測(cè)試。

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源進(jìn)行升級(jí)改造，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試轉(zhuǎn)換良好，LTS負(fù)載切換開關(guān)設(shè)備切換正常，設(shè)備穩(wěn)定。

3 整治效果

通過對(duì)管內(nèi)包西線各站CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源設(shè)備升級(jí)改造，采取拆除原CTC電源切換箱，加裝LTS負(fù)載切換開關(guān)，UPS升級(jí)擴(kuò)容，調(diào)整LTS負(fù)載切換開關(guān)輸入輸出接口電纜等一系列措施，有效地防止了CTC系統(tǒng)內(nèi)部UPS電源切換致使CTC斷電出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象，確保了CTC系統(tǒng)的正常工作。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵部.TB/T 1528.1-2002及GB/T 14048.2.鐵路信號(hào)電源屏［S］.2002.

［3］ 劉朝英.中國(guó)鐵路分散自律調(diào)度集中［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［5］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.