CTC系统内部UPS电源切换电路改进方案

2014-01-01付宾德张媛春

铁道通信信号 2014年3期

付宾德张媛春张元

包西线管内各站CTC系统内部UPS电源切换时，易产生瞬间冲击电流过大，电源屏内部CTC电源模块过载保护，引发CTC系统断电出现黑屏的问题。通过调研发现CTC系统正常工作电流应为6.5 A，而用示波器测试UPS切换产生的最大电流竞达21.2 A，严重超出了电源屏额定电流11A(《铁道行业标准》规定允许最大为额定电流的1.1～1.5倍)。

1 原因分析

为直观判断故障原因，分别用带电流探头示波器 (测电流波形)和手持式示波器 (测电压波形)采集图像，将电流探头安装在CTC交流电源的L线上，手持示波器探头安装在交流电源输入的L、N线上。

1.正常工作状态:工作电流为100 mV/A，从电流波形来看，CTC正常工作情况下工作电流为6.1 A左右 (输入电压为210 V)。

2.切换过程状态:通过反复切换试验，切换过程冲击电流峰值最高达到21.2 A。查阅铁道行业标准有关规定，当输入电流峰值超过16.5 A时，电源屏模块过流保护、停止输出。根据故障现象及试验数据可以判断，在CTC系统内部UPS电源切换箱的电路设计中，由于对电源切换条件互相检查过于苛刻，致使电源切换时间过长，造成切换过程瞬间冲击电流过大，长时间切换致使交流接触器接点粘连。

由此确定为CTC系统内部UPS电源切换箱电源切换电路设计存在缺陷。

2 改进方案

2.1 修改UPS电源切换箱切换电路

在原切换箱切换电路中去除3XLC交流接触器在UPS-A、B的条件检查，使UPS-A与UPS-B电路对称，不区分主、备，两路均处于热备状态，缩短旁路切换时间;去除J1、J2继电器，加快UPSA与UPS-B切换，缩小UPS切换时间;具体位置如图1虚线框。此项改进方案施工程序安全、简易，可避免冲击电流的产生。

更改电源切换箱内部配线后，搭建模拟平台进行测试，具体情况如下。

图1 切换箱切换改进电路

1.无论关闭UPS-A还是UPS-B切换按钮进行A，B UPS切换，在1 XLC或2 XLC吸起的同时3XLC也会吸起再落下，旁路指示灯闪烁，对既有切换电路产生相位干扰，影响UPS间切换。

2.在UPS关断状态下，测试UPS输出电压波形。UPS输出立即切断为0V输出;同时能听到UPS内部继电器切断动作声音。

3.通过配置开启UPS旁路输出功能，再次进行带载情况下的UPS关闭电源按钮试验，UPS立即转为旁路输出，电源切换箱上指示灯稳定亮灯，可以看出UPS可以无缝切换至旁路状态工作。

4.断开电源输入线，去除3XLC的接入，UPS-A与UPS-B切换变得非常顺畅，交流接触器动作非常干脆，切换时间明显缩短。

从以上试验情况看，切换时间大幅下降，由260～300 ms降低为80～120 ms，解决了交流接触器“抖动”问题;3XLC会干扰UPS切换，产生相位干扰;UPS自身旁路功能可实现零切换，并有效避免负载设备瞬间大冲击电流的产生;测试中工控机、显示器、打印机等设备均不再掉电。

现场对改进后的UPS电源切换箱进行验证测试，当分别关闭、开启UPS-A和UPS-B，电源切换至旁路带载工作时，5台CTC终端设备仍出现瞬间断电重启现象。

现场使用CTC终端设备抗瞬间断电性能较差，仍需进一步改进电路，缩短转换时间。

2.2 采用LTS负载切换开关代替电源切换箱

鉴于电源切换箱的切换时间已无法通过电路优化而进一步缩短，故改进方案确定为:①采用LTS负载切换开关取代现有的电源切换箱;②启用UPS内部的旁路功能;③将UPS进行扩容。LTS负载切换开关电路连接方式如图2所示。

图2 LTS负载切换开关电路连接方式示意图

更换LTS负载切换开关可实现在线检测输出电源的相位，并且能够确保在输出电源的相位为0时进行切换，保证切换时的电流最小，因而冲击电流也最小。电源切换时间缩短，LTS负载切换开关的切换时间一般小于6 ms，这样对工控机的影响最小。电源输出具备4种模式:主UPS输出、主UPS旁路输出、备UPS输出、备UPS旁路输出。全数字化 (DSP)控制，数据处理能力强。辅助电源采用冗余设计，确保了单一电源故障条件下设备依旧可以正常工作。

启用UPS内部的旁路功能，UPS内部的切换可以对切换时间和相位进行控制，实现切换的零相位差，输出电源不存在相位紊乱问题，确保电源的正常输出。将目前使用的UPS(2kVA)升级扩容为UPS(3kVA)，可防止CTC终端及打印机等设备启动过程出现高电流，提高抗冲击能力。

经试验室搭建模拟平台测试，UPS自身的切换可以实现无缝切换，主备UPS之间切换可以在6 ms内完成。测试中工控机、显示器、打印机等设备均不再掉电，按计划进行现场升级测试。

在现场对CTC系统内部UPS电源进行升级改造，现场测试转换良好，LTS负载切换开关设备切换正常，设备稳定。