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通信電源配套ATS高可靠改造與展望

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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、信號的需要,對電源要求嚴苛,不僅配了雙市電自動切換(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監(jiān)控(發(fā)現(xiàn)問題及時排查);
依據(jù)歷史數(shù)據(jù),兩路市電同時停電的概率極?。ɑ究梢院雎圆挥嫞涞男铍姵匾仓饕菫榱藘陕方涣麟娤嗷デ袚Q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)后會經(jīng)過自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(Automatic transfer switching equipment,簡稱ATS)的裝置進行切換,將負載電源適配器從一路輸入自動換接至另一路電源適配器,以確保重要負荷連續(xù)、可靠運行,ATS常常應用在重要用電場所,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
ATS分PC級、CB級、CC級三種
2.2.1 PC級:雙電源適配器切換的專用開關(guān),具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、自身連鎖、轉(zhuǎn)換速度快(120ms—250ms)、安全、可靠等優(yōu)點,但需要配備短路保護電器,價格在萬元級。
2.2.2 CB級:由兩臺斷路器+機械連鎖+驅(qū)動組成,配備過電流脫扣器,具有短路保護功能,相對PC級價格低,適合切換時間要求不高場合,價格在千元級;
2.2.3 CC級:由兩個交流接觸器、機械互鎖機構(gòu)、檢測與控制電路板組成的一個系統(tǒng),用于設備級小功率場合,沒有過流保護功能,可靠性較低,切換時間也較長,價格在百元級;
2.3 當前使用ATS可靠性分析
目前基站開關(guān)電源適配器內(nèi)置ATS,如果非訂制產(chǎn)品,基本為CC級的;
2.3.1 先分析一下CC級ATS用的交流接觸器;
功率觸點:因接通與斷開觸點瞬間會產(chǎn)生電弧,電弧對觸點有一定燒蝕,因此觸點操作次數(shù)是有一定壽命的,使用時間越長越易損壞;
線圈:原理類似繼電器,由線圈產(chǎn)生磁場吸合鐵芯從而使端子吸合,為了產(chǎn)生足夠的磁力,需要通過一定能量的電流,通過紅外掃描會發(fā)現(xiàn)線圈部分溫升很高,長期工作溫度可能達20度甚至30度(參考圖2.3.1),溫升會加速內(nèi)部活動部件失油、會讓功率觸點加速氧化、會使線圈絕緣狀況惡化,因此本身可靠性就不高;

 
              圖2.3.1  對運行接觸器紅外熱成像掃描
2.3.2 控制電路:對ATS可靠性至關(guān)重要,直接決定切換成功與失敗,依據(jù)以往維護經(jīng)驗,故障率很高,特別是用在山上(雷擊)、海邊區(qū)域(腐蝕);
2.3.3 機械互鎖機構(gòu):雙電源適配器ATS兩個交流接觸器拼裝而成,為了防止誤動作(同時吸合),兩接觸器中間有一個機械互鎖裝置,在長期高溫環(huán)境中,易缺油卡死;
2.3.4 電氣互鎖機構(gòu):為了充分保證可靠性,兩接觸器還有電氣互鎖功能:一個交流接觸器的線圈控制電壓需經(jīng)過另外一個交流接觸器的常閉觸點,也就是說,如果要接觸器1吸合,接觸器2必需處于斷開狀態(tài)(也就是說常閉觸點閉合),如果接觸器2常閉觸點氧化或其他原因斷開,則接觸器1永遠無吸合可能(參考圖2.3.4);從圖2.3.4也可看出,CC級ATS接線較復雜,互鎖裝置裝配有難度,所以因故障導致的維護時間也會較長,對維護人員技術(shù)水平要求也高,直接結(jié)果是故障恢復時間長;



 
   圖2.3.4 交流接觸器組成CC級ATS接線圖
2.3.5 采樣電路:ATS控制電路會依據(jù)采樣電路送來信號對交流電源適配器進行判斷,決定使用哪路交流電,因此送來的采樣信號對ATS工作也有很大影響;
2.4  可靠性分析(只分析相關(guān)部分,對其余配電因素不考慮)
發(fā)現(xiàn)有配一組蓄電池組的站點,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ATS本身就是一個精密控制系統(tǒng),有采樣電路、控制電路、互鎖機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu),任一個部件有問題都會導致切換失?。ㄇ袚Q失敗直接結(jié)果就是:有電不能用),假設交流接觸器線圈本身可靠度為R1、機械互鎖機構(gòu)可靠度為R2、電氣互鎖機構(gòu)可靠度為R3、控制電路可靠度為R4、采樣電路可靠性為R5,假設每個的可靠性均為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
可見通過電池并聯(lián),可大大提高系統(tǒng)可靠性,所以在配置時,建議選配兩組蓄電池;
2.4.3 以配ATS&配一組蓄電池分析,假設整流模塊組的可用性為0.9999,系統(tǒng)模型:



圖2.4.3 CC級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)以往的維護經(jīng)驗,ATS在實際應用中間也確實是存在不少問題,需要投入大量的人力與物力(配后臺監(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,電池組異常導致來不及搶修而宕站;
 對于蓄電池組的配置,不再深入討論(增配即可),下面主要討論一下CC ATS的優(yōu)化問題;

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| 發(fā)布時間:2018.06.25    來源:電源適配器廠家
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