太原机务段救援基地位于石太铁路线呜李火车站,因原呜李火车站用的是市电380V电源,此电源无法满足新建救援基地的用电负荷要求,根据太原铁路局《关于对太原救援基地配套改造工程设计审查的意见》及太原铁路局组织的有关太原救援基地用电问题的会议精神,由中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院设计采用牵引供电接触网27.5kV电源,使用牵引供电专用单相变三相UPS作为太原救援基地的工作电源使用,降压变压器设计容量160kVA,UPS设计容量150kVA,设计馈出配出四个回路:既有低压配电箱所带停留车库、消防、地面电源负荷;综合楼空调办公负荷;食堂、浴室照明负荷和检修库负荷(见图1)。
150kVA单相变三相UPS是由伊顿公司深圳山特工厂生产的高频UPS,150kVA高频UPS共有10个功率模块,单个功率模块容量15kVA,UPS由两个柜体组成,安装在电力箱变内,因电力箱变内部在夏季温度能达到50～60℃,为保证UPS正常运行,箱变设计了排风和制冷系统,UPS在2011年9月开通投入运行。
由于电气化铁道专用工频单变三UPS在使用中故障频发,影响正常使用,高频模块化单变三UPS以其先进的设计理念和高可靠性走进这个领域。高频机通常由滤波器、IGBT高频整流器、逆变器组成,IGBT可以通过加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几千到几十千赫兹,甚至高达上百千赫兹。典型的高频机UPS拓扑如图2所示。
高频UPS整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为768V左右,所以逆变器输出相电压可以直接达到220V,逆变器之后就不再需要升压变压器。
由于采用了IGBT高频整流技术使功率单元实现了模块化生产,因此,实现了功率模块的N+1运行模式。当高频模块化UPS某一个模块发生故障时,故障模块会自动退出运行,非故障模块可以正常运行不影响供电。在设备巡检人员巡检时,将故障模块带电拔出换上新的模块就可以了。大大提高了运行的可靠性。
由于在电气化铁路电力机车通过时,会产生过电压及谐波,这样UPS的输入电源会时常出现很高的尖峰冲击电压,整流以后的BUS电压也会跟着出现一个非正常的峰值电压,这个电压有时高达700V,高于正常正负BUS电压400V的标准。监测保护系统一旦检测到高于正负BUS电压400V时,设备就会保护关机,这时需要人员去现场重新启动。