轨道交通专网通信电源系统的管理及维护

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  南京地铁运营有限责任公司
  摘要:本文简要介绍有关轨道交通专网通信电源的组成及基本功能,探讨通信电源的日常管理及维护的要求。轨道交通通信电源系统承担全线范围内所有车站、控制中心、车辆段及停车场专网通信设备的供电。不仅仅只是实现为通信设备输送正常的能源,而且要消除电网对设备的损害,保证供电质量,能保证通信设备在主电源中断或发生波动情况下,专网通信各子系统设备仍能正常可靠地工作。因此通信电源系统是通信系统的心脏,而轨道交通专网通信系统又是轨道交通有效组织安全运营的命脉。近年来,随着各地轨道交通行业的快速发展及通信设备的技术的不断更新,对设备维护管理工作提出了许多新的问题。本文就通信电源的维护和管理方面谈几点想法。
  关键词:轨道交通;专网通信;通信电源;交流不间断电源;直流不间断电源;管理及维护
  1.轨道交通专网通信系统对电源的基本要求
  地铁专网通信电源系统一般包括:交流配电屏、高频开关电源、不间断电源系统(UPS)和蓄电池组。随着现代电子技术的迅速发展,通信设备对电源系统的要求越来越高。电源系统不仅要为通信设备输送正常的能源,而且要消除电网对设备的损害,保证供电质量。因此专网通信系统对系统提供的电源必须具备以下基本要求:
  1.1按一级负荷供电:电网的供电,应由变电所引接双电源、双回路的交流电源至专网通信交流配电屏。当使用中的一路供电出现故障时,应能自动切换到另一路。
  1.2可靠性:专网通信电源应满足对设备供电无间断、无瞬变的要求。为了确保可靠供电,由交流电源供电的通信设备都应当采用交流不间断电源(UPS)。在直流供电系统中,应当采用整流器与电池并联浮充供电方式。此外还必须提高各种通信电源设备的可靠性。
  1.3稳定性:各种通信设备都要求电源电压稳定,不能超过允许变化范围。电源电压过高,会损坏通信设备中的电子元件;电源电压过低,通信设备不能正常工作。此外,直流电源电压中的脉动杂音也必须低于允许值,否则,也会严重影响通信设备工作质量。当通信设备直接由市电供电时,电网负载变化引起的电压瞬变对通信设备也有很大影响。因此,一般通信设备都由UPS供电。
  1.4高效率:随着地铁线路的增加,电源系统的负荷不断增大,为了节约电能,必须设法提高电源装置的效率,采用高效率通信电源设备。
  2、轨道交通专网通信电源的组成
  专网通信电源包括交流配电柜、高频开关电源、不间断电源(UPS)、蓄电池组及网管智能监控等设备。
  2.1交流配电柜:交流配电柜应设有进出线短路、过载保护,输入电源过压、欠压、过流和缺相显示,电源电压、负载电流及运行状态显示;在交流电源停电、供电恢复、缺相时,能发出可见的告警信号,故障消除后自动复位;在人工确认时可以调看历史记录并用屏幕显示。电源切换配电单元将变电所引入的两路交流电源互为备用,并可实现自动/人工倒换。交流配电单元将UPS输出的可靠交流电源分配给相关通信电源负载设备。交流监控单元可对交流配电柜进行监控和维护,完成参数设置、故障告警等功能,应具有标准通信接口及通信协议和以太网报警接口及相关通信和监控软件;以太网数据接口与通信传输系统提供的以太网数据接口对接,将报警信息远距离传输至网管中心。
  2.2高频开关电源:高频开关电源应采用输出电压软启动工作方式。在控制中心、各车站和车辆段等专网通信机房分别设置直流高频开关电源,为直流通信设备提供质量良好的直流不间断电源。当外供交流电源正常时,高频开关整流模块并联工作,通过直流配电单元为直流负荷供电,同时向与直流配电单元并联连接的蓄电池进行在线浮充充电或均衡充电。外供交流电源故障时,高频开关整流模块停止工作,蓄电池组开始放电,并通过直流配电单元向通信直流负荷供电。外供交流电源恢复正常时,高频开关整流模块恢复工作,同时向蓄电池组自动进行在线浮充充电或均衡充电。直流监控模块同样必须可对直流高频开关电源进行监控和维护,具有标准通信接口及通信协议,可将报警信息远距离传输至网管中心。
  2.3直流不间断电源(UPS):UPS应采用在线双变换式工作方式,正常情况下,供给负载的电源是外供交流电源经UPS整流、逆变后输出380V交流电源,当设备出现故障时,能自动或手动切换至旁路交流电源。经整流、逆变后的交流电源与外供交流电源同相。UPS应具有手/自动旁路功能和旁路时安全供电功能;具有输出过流及短路保护功能;具有过压防雷保护功能。可采用UPS电源具有“交流旁路优先”控制功能的设备,利用这种功能可以构成改进性的主-从“热备份”冗余供电系统。可采用最新的高频脉宽调制+IGBT电路的UPS,使整流器的输入电压范围宽达305-480VAC(满载),特别适合恶劣电网情况的地区,能大大减少了电池的放电次数,延长了电池的寿命。交流监控模块也必须可对UPS电源设备进行监控和维护,同样应具有标准通信接口及通信协,可将报警信息远距离传输至网管中心。
  2.4蓄电池组:一般情況下采用的蓄电池为阀控式全密封免维护铅酸蓄电池,在配置高频开关电源及UPS设备的设备房各配备蓄电池一套,按两组并联设置,两组蓄电池组的容量相等。备用时长按实际要求考虑。
  2.5专网通信电源网管系统:专网通信电源网管系统包括UPS、高频开关电源及交流配电柜网管系统等设备,均设置在控制中心通信网管室。系统分别对全线各个车站、车辆段及停车场、控制中心的专网通信电源分系统设备进行集中监测和网管。各分系统的状态信息和故障告警信息通过电源系统与传输系统的通信接口采用共线以太网方式送到网管室统一监测。
  3、轨道交通专用通信电源的管理
  3.1专网通信电源设备的管理基本原则
  专网通信电源设备管理的基本原则是要保持所有电源处于完好,其标准是:机械性能良好;电气特性符合标准要求;空调设备的制冷系统、空气处理系统正常;运行稳定、可靠;技术资料、原始记录齐全。维护班组应有抢修故障的交通工具、联络工具和必要的维修工具、仪器仪表及足够的备品备件。努力实现无人值守,具备设备稳定可靠,具有较完善的自动功能、实施故障诊断及保护功能;在监控网管中心能监视电源设备和系统的运行状态,并能对备用设备进行开、关及转换。   3.2专网通信电源设备管理的基本要求
  新装、大修、设备的结构、性能变更后的设备,应组织相关部门进行工程验收,经验收合格并办理交接手续后,方可投入试运行。试运行为三个月,经试运行合格后方可正式投产使用;现用、备用或停用的设备,均应保持机件、部件和技术资料完整,不准任意更改设备的结构、电路或拆用部件;设备的结构、性能需要更改时,其图纸资料应及时更新和保存。
  4、专网通信电源设备的日常维护基本要求
  4.1检查设备机柜是否有故障代码,检查设备面板的显示灯、表针的状态及空开位置是否正确,检查线缆标识是否齐全,有无缺损。检查线缆温度及绝缘情况。
  4.2检查交流空气开关、直流熔断器及线缆接头情况:交流空气开关、直流熔断器过热是负载过大或存在局部短路隐患、接头连接不牢靠接触电阻过大的征兆,严重时会造成开关、电缆烧毁故障,若存在温度过高情况,应查明原因,做出相应处理:接头不紧的,重新紧固接头;存在局部短路情况的,及时排除;负载过大的,及时制定方案,进行分流。
  4.3清洁设备机柜、UPS和整流模块滤网及内部积尘:设备机柜、UPS和整流模块滤网脏,散热效果就会不好,会导致设备发热严重。电源设备内部灰尘多,有可能導致内部短路,甚至烧毁元器件和整个系统,每月至少清洁一次设备表面及滤网积尘,同时根据机房环境情况,1~2年应彻底清洁UPS及开关电源模块内部.
  4.4检查电源防雷器件运行状况:电源防雷器件是保护电源设备安全运行的必要器件,若防雷器件损坏,电源设备会失去保护,遇到雷击时可能出现损毁故障,注意观察电源设备监控单元的告警以及防雷器件的指示,发现问题及时处理;
  4.5检查设备风扇工作情况:设备风扇属于易损件,出现故障不进行处理,会影响散热,从而导致设备故障。严重时甚至烧毁风扇和元器件,日常检修注意观察电源设备告警信息,发现风扇故障,及时更换维修风扇。日常维护中注意对风扇进行清洁和润滑轴承。
  4.6打开设备外壳进行维修:UPS及开关电源整流模块使用高电压、大容量电容器件,在电容未放电到安全电压时打开外壳进行维修,易造成人身伤害,对正在运行的电源设备,切勿打开外壳,必须在关机5分钟后才能打开外壳。
  4.7排除电源设备故障:电源设备出现交流故障,由于存在危险电压,有可能造成人身伤害或设备损坏,合闸可能存在短路、电弧、断路器爆炸等危险,一般要求停电检修并提前确认电池供电质量良好,能支撑交流停电检修时间;故障件更换完毕,应先用万用表确认无短路、漏电等情况方可上电;注意做好个人安全防护。
  4.8检查机房空调工作情况:|机房空调工作不正常,会导致机房内温度高,设备不能很好散热,有可能出现电容器爆炸,设备燃烧的故障,空调漏水,有可能导致设备短路,巡视时关注机房内温度是否正常,空调工作是否正常,是否存在漏水、滤网脏、室外冷凝器脏等情况,及时做出相应处理。
  4.9在电源系统检修过程中应安排两人以上进行作业,一人作业,一人防护,发生突发事件及时处理。
  5、蓄电池日常维护基本要求
  5.1清洁蓄电池要注意尽量避免使用金属工具,对使用的工具要做绝缘处理。
  5.2使用万用表量测电池电压表笔接线位置及档位应正确,不正确有可能会造成万用表烧坏,也有可能造成电池短路。
  5.3检查蓄电池外观以及连接情况,量测蓄电池电压温度:电池连接不紧,或者存在开路、断路的落后电池时,大电流放电可能会导致烧毁连接电缆及电池的事故,特别是放电前必须仔细进行检查。
  5.4离线放电试验拆除电池,应对拆除下来的电缆、操作工具做好绝缘保护,避免导致电池正负极短路,引起负载掉电,甚至有可能导致电池短路爆炸。
  5.5电池放电过程中应对电池外观、温度、电压进行检查、量测,检查电池及连接条温度严禁用手直接触摸,若电池连接不紧,大电流放电连接条会发热严重,直接触摸有可能烫伤人,可用红外测温仪量测电池及连接条温度,也可通过气味、颜色感知出是否存在异常。
  5.6蓄电池组放电完毕充好电后,方可并入系统;放电完毕直接并入系统,由于和未放电的电池组存在压差,有可能会造成打火;放电完毕的蓄电池组必须要进行充电,充电完毕经量测和直流系统压差在0.5VDC之内,方可并入系统。
  结束语:综上所述,在专用通信网的构成中,通信电源是它的“血脉”,是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视,并创造良好的客观运行环境,做到管理专业化、制度化,设备、技术先进化,操作、维护现代化,才能保证通信电源系统和轨道交通专用通信系统的安全生产运行,确保专网通信的可靠畅通,服务于轨道交通运输安全生产。
  参考文献:
  [1]熊兰英:通信电源技术发展趋势及标准研究方向[J];电信技术;2004年02期
  [2]王改娥:李克民;通信电源设备维护要点[J];通信电源技术;1994年03期
  [3]李晓明:对通信电源维护管理工作的几点考虑[J];电信科学;1999年08期
  作者简介:
  尹琛洁;女;1978年5月生;南京地铁运营有限责任公司 生产计划管理、助理工程师
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  图2 线路防雷水平与杆塔高度间关系
  由图2可知,在同样的雷击距时,配网杆塔的高度越低,线路中的闪络电流越低。所以在保证配网安全运行的前提下,降低线路杆塔的高度能够提高线路的防雷水平。表2为广东某供电公司将11号杆由15m换为12m后线路耐雷水平之间的对比,
  表2 11号杆高度更换前后防雷水平的变化
  击距/m 防雷水平/m
  杆高15m 杆高12m
  30 23 27
  50 38 44
  70 54 62
  由表2数据的分析可知,11号杆换为12m的杆塔都,线路的耐雷水平提高了15%左右。
  (三)配网线路安装ZnO避雷器
  在配网线路上安装ZnO避雷器是一种新型的防雷措施。相关研究数据表明,10kV线路每200m安装ZnO避雷器,能够将感应雷引起的故障次数减少 90%左右,因此ZnO避雷器能够很好的防止雷电对配电线路造成的损害。在线路中安装线路避雷,可以将避雷器的伏-秒特性与绝缘子串的伏-秒特性相结合,当线路遭受雷击时,线路避雷器可靠地动作,以保护绝缘子串不发生闪络。而且,线路型氧化锌避雷器,体积小、重量轻,便于在较复杂的地形进行安装。
  (四)加强配电线路的监管
  根据配网运维人员经常进行技术培训,增强对配网线路的维护和管理工作,加强配电线路监管工作也能有效提高线路的防雷效果。纯架空线应该采用投运自动措施;如果配电线路的绝缘效果低,就应有选择性地使用自动重合闸。在处理 10kV 配电线路防雷情况的混合线路时,如果电缆的长度达不到整条线路的70%,则不关注配电项目线路中绝缘子的影响。
  五、结束语
  总而言之,10 kV配电线路是电网的重要组成部分,整体结构相对复杂,受雷击影响比较大,对电网运行安全有着重要影响。为提高线路防雷效果,需要对现存管理工作中存在的问题进行分析,并选择合适的措施进行处理,争取不断提高线路防雷性能,提高10 kV配电线路运行的可靠性与稳定性。
  参考文献:
  [1]曾海涛,郇嘉嘉,黄少先.高要配电网10 kV大企线路的防雷保护[J].机电工程技术,2010(06):15-16.
  [2]陈中明,郑楚韬.配电网架空线路感应雷过电压产生机理与防护[J].广东电力,2011(05):62-63.
  [3]蒋国文,张英华,弥璞,郭川伟.6~10 kV配电网络雷电防护现状及防雷措施分析[J].电瓷避雷器,2010(06):15-16.
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