浅析地铁UPS设备寿命及维修置换策略

2021-05-20关明东

探索科学(学术版) 2021年4期

关明东

沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁沈阳 110000

一、UPS系统概述

UPS中文译为不间断可持续电源系统,在实际使用中UPS为在线式双逆变形式,在运行时通过逆变器为负载提供连续供电。在市电正常时,外电网输入的交流电通过“交-直-交”变换,由逆变器输出到负载,对设备输入电源起到了稳压和滤波作用。在发生市电断电或电网大幅波动等现象时,UPS逆变器利用蓄电池储存的化学能为负载继续供电。

图1 完整的UPS系统

二、地铁UPS设备使用维护情况

地铁的票务、通号、供电、自控、安全门、电扶梯专业会配置UPS设备,根据UPS功率大体可分为两种,一种是3-10KVA机箱式小功率UPS,另一种是15-80KVA中大功率柜式UPS。

UPS维护分为计划性检修、故障维修和设备更新置换。

1、计划性维护:包括日巡检、季检、半年检、年检。检修内容包括检查设备外观、设备固定、设备散热等情况,拆卸挡板对散热风口、风扇、过滤网除尘,检查LCD面板和指示灯有无告警信息,检查风扇工作情况、旁路、逆变情况转换是否正常,测试基本电压、电流等电气参数等。

2、故障维修:地铁检修人员一般只能处理一些简单的辅助器件故障,如更换冷却风扇等,较大的故障一般需要UPS厂家来现场处置。

3、更换置换:对于3-11KVA以下小功率的机箱式UPS,如果不涉及UPS软件配置,一般可自主更换。对于柜式的中大功率UPS,在安装、配线、内部参数设定、监控软件设置上都有一定难度,需要UPS厂家人员处置。

UPS总体故障率较低,对于因为外电网波动或者后备电池问题导致的故障,通过重启UPS即可解决;对于UPS自身器件故障又可分为两种,一种是UPS内部辅助器件故障如:冷却风扇,另一种是UPS内部关键器件故障如:电容、整流器、逆变器、主控板、电源板等。

各UPS厂商均提供不同级别和内容的的收费维保服务方案,包括目检、工作状态检查、功能性检测。但各厂家产品自成体系,不同品牌设备的器件不具备兼容性,一般本品牌的技术人员只能维护自身厂家产品。目前各地铁UPS委外维护一般有两种做法,一种是与各厂商签订原厂维保合同,优点是维护质量好、提供备件及时,缺点是合同多、管理复杂。另一种是委托第三方维修单位维护所有品牌的UPS类设备,优点是管理方便,缺点是维护质量不如专业厂商。

三、UPS使用寿命分析

UPS是一种电子交流变换系统,主要构成为电子板卡和大功率电容、IGBT晶闸管、变压器等关键性的半导体和电气部件,其寿命一方面受与电子板卡寿命限制,另一方面受到关键部件的寿命限制。温度和灰尘等环境因素都直接影响上述部件的寿命,同时电容与IGBT作为通电发热部件,寿命也直接受到负载率和连续工作时间的影响。

目前仅查到有行业和企业标准对UPS的寿命周期作出了建议。在YD/T1970.4-2009通信行业标准《通信局(站)电源系统维护技术要求》的“大功率UPS关键器件及其寿命”一章中要求,对UPS关键器件有如下规定:“建议对其进行定期检查,并在预期的寿命年限内进行更换。滤波电解电容“理论设计寿命为8-10年,实际寿命与温度、电压、纹波和谐波电流三个因素相关。建议5年后或根据设备要求进行更换,如果出现漏液等异常,应立即更换。风扇建议工作年限为6年,5年后宜更换。”

在中国移动通信企业标准QB-W-018-2008《通信用不间断电源-UPS》中,第8.3节“关于UPS及部分器件使用寿命与更换周期的规定”中规定:“UPS整机报废标准:集团公司设备管理办法规定折旧年限为7年,超过7年运转良好的可以继续使用,使用时间满10年的且带有通信业务的UPS要求必须进行报废。”

而UPS厂商普遍建议在运行环境良好的情况下,UPS负载率处于40%-80%范围内时,一般设备运行10年左右比较稳定,并建议5年更换一次电容和风扇。在满10年后,如果仍继续使用需经过状态评估,并定期进行检测。在使用UPS较多的通信行业中,一般在UPS接近使用寿命时,会根据使用需要和设备状态分批进行更换。

综上所述,地铁车站内机房运行环境温度、湿度和灰尘情况普遍都较通信行业机房恶劣,故建议将UPS最长寿命定为10年。对于部分机房环境条件较好、负载较轻的UPS寿命可视运行情况适当延长。