150kVA高频单相变三相UPS自开通以后,设备一直运行正常。但2012年12月份以后,救援基地UPS频繁发生故障,UPS不能正常开启。维修人员接到通知到达现场后,发现UPS为停机状态,待检查电源的接线是否正确,整机外观是否有烧损,输入电源是否正常并确认无误后,对功率模块进行逐个清扫。现场采取单模块单独开机方式进行开机试验,检测单个功率模块能否独立开启。经过测试,现场有七个模块可以正常启动并投入运行,其它三个模块不能正常开启,其中一个没有电源输入,其余两个有电源输入,开机自检后无法正常启动,没有电压输出。由于显示屏不能显示故障模块的故障信息,无法判断具体的故障原因。为搞请UPS功率模块故障的原因,作出分析如下。
2 原因分析
(1)现场使用环境问题
太原机务段救援基地位于石太铁路线呜李车站,UPS设备安装周围全部是裸露的土地,起风时灰尘较大,功率模块前后板有网状通风口,现场的灰尘已经堵塞了功率模块的通风口的三分之一,有的甚至堵塞了一半,造成依靠风扇强制冷却的功率模块无法散热;检查发现功率模块电路板上存有大量灰尘,由于通风口积灰导致防尘网堵塞。电路板灰尘的存积,致使功率模块内的热量不能及时排除,造成功率模块内的温度偏高,散热器散热性能变差,功耗器件温度上升引起UPS保护性关机。因长期通风不良运行温度过高导致功率器件烧损使部分功率模块损坏。太原地区的盆地污染较为严重,由于灰尘自身化学成分比较复杂,有时会存有导致降解的酸根和金属离子。有些灰尘本身就带有酸性或碱性。所以,灰尘本身和它吸收的潮气会腐蚀PCB板及元器件。空气中存在着大量悬浮污染物,一旦进入模块内就会吸附在线路板上,形成肉眼能够发现和不能够发现的带电灰尘。随着时间的推移,线路板上吸附的灰尘越来越多,影响电气间隙和爬电距离值,引起绝缘性降低和接触不良,如果湿度偏高,严重时会造成电路板短路。
(2)UPS所带负载问题
经现场检查发现,2012年12月基地将原来使用市电的采暖锅炉用电接入了UPS系统。中铁工程设计咨询集团太原设计院在救援基地UPS设计、技术图纸交底及定货时,都没有设计采暖锅炉用电容量,采暖锅炉继续使用原市电电源。因市电电源不稳定停电频繁,2012年底机务段为了用电方便将原来用市电供电的采暖锅炉电源改接到了UPS上。由于采暖锅炉开机时起动冲击电流较大(电机的起动电流是电机额定电流的6～7倍),UPS是电力电子设备,要满足采暖锅炉用电要求,UPS容量应是采暖锅炉额定容量的3~4倍。救援基地UPS频繁发生功率模块烧损故障,其原因就是采暖锅炉起动冲击较大所引起。
(3)制冷问题
箱变设计时,虽然设计安装了制冷空调,但安装的空调为民用空调,空调在停电停机后,再来电不能自动起机。因太原机务段救援基地使用的电气化铁道专用UPS,其输入电源从电气化铁道的接触网上接引,接触网每天要停电90min进行设备检修作业,接触网停电,制冷空调自动停机,再来电时,制冷空调不能自动开机,因检修工区距离基地几十公里,所以造成制冷空调不能正常运转,这也是造成UPS故障的一个重要原因。