通信電源配套ATS高可靠改造與展望 |
鐵路系統(tǒng)因調(diào)度、通訊、信號(hào)的需要,對(duì)電源要求嚴(yán)苛,不僅配了雙市電自動(dòng)切換(優(yōu)選質(zhì)量好的那路,兩路都正常則選第一路),而且后備蓄電池組(切換期間或切換失敗供電),并為電源適配器配置了后臺(tái)監(jiān)控(發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)排查); 依據(jù)歷史數(shù)據(jù),兩路市電同時(shí)停電的概率極?。ɑ究梢院雎圆挥?jì)),配的蓄電池也主要是為了兩路交流電相互切換間隙的供電、故障期間供電; 這樣的配置,表面上是非??煽浚恍v史教訓(xùn)證明這樣的高可靠是偽命題!本文討論鐵路電源適配器存在的缺陷并提出優(yōu)化方案(本文拋開(kāi)其他因素,僅從電源適配器本身尋求優(yōu)化)。 二 ATS原理 2.1 ATS功能 熟悉配電系統(tǒng)的都知道,兩路交流輸入因相位、電壓、頻率不同步,是不能直接并聯(lián)的,兩路交流電送入系統(tǒng)后會(huì)經(jīng)過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器(Automatic transfer switching equipment,簡(jiǎn)稱(chēng)ATS)的裝置進(jìn)行切換,將負(fù)載電源適配器從一路輸入自動(dòng)換接至另一路電源適配器,以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行,ATS常常應(yīng)用在重要用電場(chǎng)所,其產(chǎn)品可靠性尤為重要; 圖2.1 ATS系統(tǒng)原理 2.2 ATS分類(lèi) ATS分PC級(jí)、CB級(jí)、CC級(jí)三種 2.2.1 PC級(jí):雙電源適配器切換的專(zhuān)用開(kāi)關(guān),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、自身連鎖、轉(zhuǎn)換速度快(120ms—250ms)、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn),但需要配備短路保護(hù)電器,價(jià)格在萬(wàn)元級(jí)。 2.2.2 CB級(jí):由兩臺(tái)斷路器+機(jī)械連鎖+驅(qū)動(dòng)組成,配備過(guò)電流脫扣器,具有短路保護(hù)功能,相對(duì)PC級(jí)價(jià)格低,適合切換時(shí)間要求不高場(chǎng)合,價(jià)格在千元級(jí); 2.2.3 CC級(jí):由兩個(gè)交流接觸器、機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu)、檢測(cè)與控制電路板組成的一個(gè)系統(tǒng),用于設(shè)備級(jí)小功率場(chǎng)合,沒(méi)有過(guò)流保護(hù)功能,可靠性較低,切換時(shí)間也較長(zhǎng),價(jià)格在百元級(jí); 2.3 當(dāng)前使用ATS可靠性分析 目前基站開(kāi)關(guān)電源適配器內(nèi)置ATS,如果非訂制產(chǎn)品,基本為CC級(jí)的; 2.3.1 先分析一下CC級(jí)ATS用的交流接觸器; 功率觸點(diǎn):因接通與斷開(kāi)觸點(diǎn)瞬間會(huì)產(chǎn)生電弧,電弧對(duì)觸點(diǎn)有一定燒蝕,因此觸點(diǎn)操作次數(shù)是有一定壽命的,使用時(shí)間越長(zhǎng)越易損壞; 線圈:原理類(lèi)似繼電器,由線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)吸合鐵芯從而使端子吸合,為了產(chǎn)生足夠的磁力,需要通過(guò)一定能量的電流,通過(guò)紅外掃描會(huì)發(fā)現(xiàn)線圈部分溫升很高,長(zhǎng)期工作溫度可能達(dá)20度甚至30度(參考圖2.3.1),溫升會(huì)加速內(nèi)部活動(dòng)部件失油、會(huì)讓功率觸點(diǎn)加速氧化、會(huì)使線圈絕緣狀況惡化,因此本身可靠性就不高; 圖2.3.1 對(duì)運(yùn)行接觸器紅外熱成像掃描 2.3.2 控制電路:對(duì)ATS可靠性至關(guān)重要,直接決定切換成功與失敗,依據(jù)以往維護(hù)經(jīng)驗(yàn),故障率很高,特別是用在山上(雷擊)、海邊區(qū)域(腐蝕); 2.3.3 機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu):雙電源適配器ATS兩個(gè)交流接觸器拼裝而成,為了防止誤動(dòng)作(同時(shí)吸合),兩接觸器中間有一個(gè)機(jī)械互鎖裝置,在長(zhǎng)期高溫環(huán)境中,易缺油卡死; 2.3.4 電氣互鎖機(jī)構(gòu):為了充分保證可靠性,兩接觸器還有電氣互鎖功能:一個(gè)交流接觸器的線圈控制電壓需經(jīng)過(guò)另外一個(gè)交流接觸器的常閉觸點(diǎn),也就是說(shuō),如果要接觸器1吸合,接觸器2必需處于斷開(kāi)狀態(tài)(也就是說(shuō)常閉觸點(diǎn)閉合),如果接觸器2常閉觸點(diǎn)氧化或其他原因斷開(kāi),則接觸器1永遠(yuǎn)無(wú)吸合可能(參考圖2.3.4);從圖2.3.4也可看出,CC級(jí)ATS接線較復(fù)雜,互鎖裝置裝配有難度,所以因故障導(dǎo)致的維護(hù)時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng),對(duì)維護(hù)人員技術(shù)水平要求也高,直接結(jié)果是故障恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng); 圖2.3.4 交流接觸器組成CC級(jí)ATS接線圖 2.3.5 采樣電路:ATS控制電路會(huì)依據(jù)采樣電路送來(lái)信號(hào)對(duì)交流電源適配器進(jìn)行判斷,決定使用哪路交流電,因此送來(lái)的采樣信號(hào)對(duì)ATS工作也有很大影響; 2.4 可靠性分析(只分析相關(guān)部分,對(duì)其余配電因素不考慮) 發(fā)現(xiàn)有配一組蓄電池組的站點(diǎn),我們以配一組蓄電池配ATS與配兩組電池不配ATS分析可靠性差異; 2.4.1 由上面分析可知,CC級(jí)ATS本身就是一個(gè)精密控制系統(tǒng),有采樣電路、控制電路、互鎖機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu),任一個(gè)部件有問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致切換失敗(切換失敗直接結(jié)果就是:有電不能用),假設(shè)交流接觸器線圈本身可靠度為R1、機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu)可靠度為R2、電氣互鎖機(jī)構(gòu)可靠度為R3、控制電路可靠度為R4、采樣電路可靠性為R5,假設(shè)每個(gè)的可靠性均為0.98,則ATS系統(tǒng)可靠性為: Rats=R1*R2*R3*R4*R5=0.99*0.99*0.99*0.99*0.99=0.95099 2.4.2 一組與兩組蓄電池可靠性分析 圖2.4.2 兩組蓄電池可靠性模型 假設(shè)單蓄電池組可靠性為0.99,則兩組并聯(lián)可靠性: R=【1-(1-R1)*(1-R2)】=1-(1-0.99)*(1-0.99)=0.9999 可見(jiàn)通過(guò)電池并聯(lián),可大大提高系統(tǒng)可靠性,所以在配置時(shí),建議選配兩組蓄電池; 2.4.3 以配ATS&配一組蓄電池分析,假設(shè)整流模塊組的可用性為0.9999,系統(tǒng)模型: 圖2.4.3 CC級(jí)ATS配單組蓄電池系統(tǒng)可靠性模型 Ra=0.95099*0.9999*0.99=0.94134 2.4.4 以不配ATS&配兩組蓄電池分析,整流模塊組可用性仍為0.9999,系統(tǒng)模型: 圖2.4.4 不配ATS并配兩組蓄電池系統(tǒng)可靠性模型 Rb=0.9999*0.9999=0.9998 2.4.5 兩組方案不可靠度對(duì)比 (1-0.94134)/(1-0.9998)=0.05866/0.0002=293倍 可算出采用ATS與配一組蓄電池與不采用ATS配兩組蓄電池的不可靠性相差293倍,依據(jù)以往的維護(hù)經(jīng)驗(yàn),ATS在實(shí)際應(yīng)用中間也確實(shí)是存在不少問(wèn)題,需要投入大量的人力與物力(配后臺(tái)監(jiān)控等),在極端情況下:兩路市電都正常,ATS損壞,模塊不能工作,蓄電池組放電,電池組異常導(dǎo)致來(lái)不及搶修而宕站; 對(duì)于蓄電池組的配置,不再深入討論(增配即可),下面主要討論一下CC ATS的優(yōu)化問(wèn)題; 文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除。 |
| 發(fā)布時(shí)間:2018.06.25 來(lái)源:電源適配器廠家 |
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