UPS电源在铁路沿线信号监测和远程控制基站的应用及维护

1引言

为了确保高铁的可靠运行，需要在铁路沿线部署用于信号监测和控制的远程基站，UpS为基站中的电子设备提供净化的不间断电源，因而UpS的可靠性对基站的正常工作以及高铁的可靠运行至关重要。通常，UpS主要是针对数据中心或办公室内的IT设备设计的，当应用环境发生显著变化时，UpS的可靠运行将面临一些新的挑战。本文针对铁路远程基站的特殊应用环境，分析影响UpS可靠运行的主要因素，并给出一些建议和对策。

2影响UpS可靠运行的主要因素与对策

2.1雷击

雷击是导致电子产品故障的主要原因之一，IEC61000-4-5对电子类产品防雷等级定义如表1所示，UpS一般按照防护等级4设计，即在电源输入端口放置压敏电阻或气体放电管来吸收雷击脉冲能量，进而避免电源内的半导体器件损坏。

表1IEC61000-4-5防雷等级

在室内应用场合，雷击脉冲经配电系统衰减后才能到达UpS的电源输入端，由于远程基站暴露在户外，存在被雷电直接击中的可能。如果系统防雷措施不够完善，UpS作为安装在基站设备前面的电源保护装置，将直接承受雷击带来的电压与电流冲击，导致UpS损坏。因此，为了保证基站的可靠运行，在基站设计阶段就应考虑足够的雷击防护，可采取的措施有：

(1)加强基站外部防雷系统，条件允许的情况下可以考虑为基站配置建筑物屏蔽。

(2)确保基站内良好接地。

(3)加强基站电源接入系统的防雷保护，尽量避免雷击脉冲由电力线直接进入UpS。

(4)定制更高防雷等级的UpS。

2.2环境温度

UpS是由大量电子元器件组成的精密电气设备，环境温度影响着UpS的可靠运行。

(1)环境温度过高

依据MIL-HDBK-217F或TelcordiaSR-332手册可知，环境温度越高，UpS的平均无故障间隔时间(MTBF)越短。如果环境温度超出UpS允许的最高工作温度（一般为40oC），会触发过温保护或损坏内部器件，造成UpS无法正常工作。

(2)环境温度过低

由元器件规格书可知，环境温度越低，铅酸蓄电池、电解电容等含有液体成分的器件性能变差。如果环境温度低于UpS允许的最低工作温度（一般为0oC），会导致部分元器件失效，造成UpS无法正常工作。

在室内应用场合，由于空调系统的存在，室温在25oC左右，UpS工作在较为理想的环境温度中，可靠性较高。然而，在远程基站的应用场合，不完善的环境温度调节系统会使UpS工作温度超出设计规格，导致UpS保护或损坏。可采取以下对策来改善应用环境：

(1)配备相应的空调设施并为基站内部设备配置合理的散热通道。

(2)在无法配备相应空调设施的情况下，应采取其它的散热措施如加强通风。

(3)在气温较低时，加强基站保温措施。

(4)定制工作温度范围更宽的UpS。

2.3粉尘与凝露

(1)环境粉尘

UpS在工作时会产生一定的热量(与负载大小和转换效率有关)，当采用风冷散热时，UpS便具有了“吸尘器”功能，会将空气中的粉尘吸入UpS内部。粉尘粘附在风扇或电路板上，影响UpS散热，并有造成电路短路的风险，影响UpS可靠运行。

(2)凝露

UpS对环境湿度有着严格要求，湿度超过规格时(一般为85%)，遇机房冷气时会在设备内形成水雾或细水珠，尤其在潮湿的雨季，容易造成电路板短路，进而损坏设备。

UpS一般按照IEC529-598规定的Ip20等级设计，即可以防止直径大于12.5mm的外物侵入，防止手指接触内部零件，没有对水或者湿气的防护。UpS在远程基站的应用环境下，应采取以下措施来保障UpS的可靠运行：

(1)采用通风冷却时，可选用Ip54或以上等级的UpS，但是此类UpS产品较少且价格昂贵。

(2)采用通风冷却时，若使用Ip20等级UpS，必须加强对灰尘的过滤，按时维护过滤装置。

(3)采用空调制冷时，应选用精密空调，以保证环境湿度。

(4)采用空调制冷时，若使用普通商用空调，要防止空调冷风直接吹到UpS产生凝露，必要时还需配备除湿装置。

2.4远程监控与维护

UpS一般具有标配的以太网接口，并有监控卡供选购，可方便提供网络远程监控，实现总线集中管理。

在室内应用场合，现场监控人员较多，对于UpS远程监控功能要求不高，多数情况下，UpS的通信接口并没有得到充分利用。然而，当UpS应用于铁路沿线的远程基站时，很难安排大量的现场人员对基站进行快速、准确及全面的巡检，远程监控与维护功能就变得非常重要。

通过UpS的远程监控功能，铁路监控中心可以实时了解UpS运行状态，发现UpS运行异常时可以立即采取相应措施。因此，在远程基站设计时，应选用通信接口丰富的UpS产品，并充分利用接口功能，提高基站运行可靠性。

2.5海拔

海拔影响着UpS的可靠运行。随着海拔的升高，UpS的绝缘性能变差，应加大安规距离；由于空气变得稀薄，采用风冷散热的效果变差。通常UpS设计是面向海拔低于3000米的应用场合，当海拔超出规格时，UpS的可靠性将大大降低。

高铁的远程基站分布在铁路沿线，海拔高度差异很大，在UpS的选取与使用时，应当充分考虑海拔因素。在应用到高海拔地区时，应做以下考虑：

(1)选取或定制安规间隙较大UpS产品，以避免电路内部打火故障。

(2)对UpS进行降额使用，以防止UpS过温保护。表2为IEC62040-3、GB/T7260.3、GB/T3859.2中通用的功率折算系数，也可参考厂家建议的折算系数。

表2不同海拔高度的功率折算系数

UpS自身的设计方式对基站的供电质量有着重要的影响，在高铁远程基站中，应优先选用可用性较高的UpS产品，其具备如下特点：

(1)内置有多条电源通路。

(2)部署冗余并联。

(3)使用电池的可能性最小。

3结束语

随着高铁在我国的快速建设，远程基站在铁路沿线被大量部署。UpS作为基站的重要组成部分，对高铁的可靠运行有着不可忽视的影响。文中分析了影响UpS正常运行的主要因素，并给出了一些提高UpS可靠性的建议和对策，为铁路远程基站建设提供参考。<