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NP12-100AH汤浅蓄电池UPS电源
NP12-100AH汤浅蓄电池UPS电源
高铁箱变不间断电源普遍采用在线式双变换UPS,并按各节点后备时长配置阀控式铅酸蓄电池。当市电正常时,交流电经整流单元(AC/DC转换)、逆变单元(DC/AC转换)变换后向负载供电,同时给蓄电池充电;当市电异常时,由蓄电池经逆变单元(DC/AC转换)变换后给负载供电。
1.1 温度对主机的影响
传统UPS电源主要针对室内环境下的IT设备，其运行环境温度一般为0℃～40℃。哈佳铁路位于我国东北地区，其冬季环境温度在-20℃左右，环境下可达-40℃。恶劣的使用环境已明显超出传统UPS电源的使用条件，导致设备在冬季低温情况下无法启动或因低温保护自动关机并频繁报警。
1.2 温度对蓄电池的影响
蓄电池作为UPS电源的能量储备部分,是电源稳定、可靠运行的最后保证。目前高铁箱变不间断电源配套的蓄电池多选用阀控式铅酸蓄电池(VRLA),单体电压以12V为主。运行经验表明,铅酸蓄电池的性能,取决于蓄电池内部的电化学反应能否顺利进行,并在很大程度上受环境温度、电解液密度、粘度等因素影响。在低温工作条件下,蓄电池负极板上的海绵状铅极易变成小尺寸的晶粒,且小孔易被冻结和堵塞,从而降低了活性物质的利用率,严重时可形成致密的硫酸铅层(硫化),使蓄电池终止放电。蓄电池硫化的主要表现是电池显示已经充满,但开始放电时电压即迅速下降,容量显著减少。
查阅相关资料,假定蓄电池在室温环境(25℃)时容量为100%,当环境温度低于25℃时,蓄电池容量与温度的关系如表1所示:
根据GB/T19638.1-2014《固定型阀控式铅酸蓄电池第1部分:技术条件》容量性能试验公式:
Ca=Ct/[1+λ(t-25)]
其中，Ct为蓄电池平均表明温度为t℃时的实测容量；Ca为基准温度25℃时容量；t为放电过程蓄电池表面温度；λ为温度系数，10小时率放电试验时取=0.006/℃、3小时率放电试验时取=0.008/℃、1小时率放电试验时取=0.01/℃。
当蓄电池运行温度低于25℃时,放电率越大,温度对容量的影响也越大,即低温环境下,大电流放电对容量的影响更为显著。
1.3其它因素对UPS运行的影响
铁路电力箱变分布于轨道沿线,使用环境普遍较为恶劣,在实际运行过程中,粉尘及凝露均对UPS电源的运行造成一定的影响。
目前UPS电源多采用风冷散热，空气中的粉尘可随风扇进入UPS内部并附着于风扇或电路板上，影响设备散热，造成设备过热保护或短路故障。另一方面，气温的变化可能在设备内部形成水雾，使内部器件锈蚀并存在导致电路板短路的风险。
二、解决方案
本文结合东北地理环境的特点及各高铁线路不间断电源的运行经验,提出了针对高寒地区UPS的应用与维护解决方案,以进一步提高设备的运行可靠性,降低运维成本。
2.1 采用工业级设计
设备采用工业级元器件,增强其高低温耐受力及抗冲击力,确保设备能在-40℃～+70℃的环境下长期稳定运行。
增大关键元器件的冗余度。如功率半导体选用IXYS、英飞凌等国际,并增大设计裕量,解决箱变开关操作等冲击性负荷或设备过载造成的功率器件损坏;电流采样电阻采用大功率、低温漂(50ppm)合金电阻,提高耐冲击力及采样精度;DC/DC主变压器等功率磁性元器件选用TPW33材质,提高温度特性。
