程潇莹
枣庄矿业（集团）铁路运输处 山东 枣庄 277500
摘要：本文主要论述了参数稳压器与UPS不间断电源供电系统用于改善和提高铁路运输通信设备的供电质量的可行性分析。由防雷抗干扰参数稳定器、在线式UPS加匹配线以及软启动开关共同组成小型供电系统，是一种切实可行的保证矿区铁路通信设备正常运行的供电系统。
关键字：矿区铁路通信 供电系统
我国各煤矿生产单位坐落于矿区铁路的沿线各个分站，地理位置普遍较为偏远，人烟稀少，正因如此，其交流电源供电系统质量比较不稳定，电压和频率往往达不到工作所需的标准。尤其在用电的高峰时段，一些分站的电压较低，而在用电的低峰时又常常容易电压过高。同时，因电源被污染，输出波形也受到影响，从而产生畸变。除上述的情况之外，电网超负荷工作或者受到雷电天气影响时，也随时会具有停电的可能性。这些因素都会导致铁路通信设备无法正常运行甚至造成一定的设备故障，引起设备的损坏。正因如此，改善和提高铁路运输通信设备的供电质量，使之能够稳定的保证铁路运输通信设备的正常运行是目前我们迫切需要解决的问题。
一、提高供电系统电源质量的措施
供电系统电源质量参差不齐，使得在日常的使用过程中容易造成停电、易受雷击、电压和频率不稳定以及电网波形畸变严重的问题。针对上述这些问题，可采用以下几种方式来解决：
1、加装防雷电源单元。雷电及其它强干扰对通信系统的损害以及由此引起的后果是十分严重的，因此必须对通信系统进行一定的雷电防护。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份共同组成。雷电主要在两个方面对通信系统造成不良的影响，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌来致损设备。绝大部分雷损均是由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲携带的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌：金属管线通道，如电源线、天馈线、信号线、引线等产生的浪涌；地线通道，地电位反击；空间通道，电源防雷器的辐射能量。其中，金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它们的最常见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防范的重点。由于雷电能够无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护就显得十分的重要。在电网交流电源变压器输出端、机械室交流电源输入端和电源设备上，分别加装防雷单元，可以采用可恢复式且具备遥测功能的防雷系统，以此来减少维修的频率，从而降低工作人员工作量，节省生产单位所需投入的人力成本。除此之外，地线对防雷也起到至关重要的作用，在接地电阻值达标的情况下，为防止接地线与引线焊接部分氧化，最好采用环氧树脂进行包封。为了便于日常工作中的维护及测试，地线的引线应设立断开装置，可以选用铜线和铜螺栓。对于室内的地线引线也需要采用有足够截面的铜芯绝缘线，呈星形状直接引至地线断开装置，并且绝缘线越短其使用效果越好。
2、降低电压变化幅度。采用自动稳压器对于降低电压变化幅度非常有效，自动稳压器可以在电网电压不稳定或负载功率变化时，自动控制电路按照输出电压的变化驱动伺服电机，调整接触式自耦调压器上的碳刷的位置，使得输出电压能够调整到额定值，从而实现自动稳压。虽然该方法存在着使用率降低的缺点，但是对在±20%范围内上下变化的交流电压能够起到非常明显的稳压作用。若交流电压变化范围为±30%时，就不宜再使用通用稳压器，而应该采用抗干扰参数稳压器。抗干扰参数稳压器是一种震荡性稳压器。
采用正弦能量分配原理研制，是目前国际上流行的交流稳压电源之一，控制器对输入电压及输出端负载变化能够作出快速精确的响应，及时调整正弦能量分配器上的补偿电压，使输出电压得到有效控制，因此整机可以达到很高的稳压精度和良好的动态特性，再搭配上大容量滤波器可以有效地抑制输入电网中的高次谐波、尖峰电压及噪声干扰信号，使输出波形更加的纯正，它及稳压、净化、抗干扰及自动保护功能融于一体，是目前较先进的稳压电源，利用LC组成功率震荡，能合理调整震荡带宽及电压补偿，来更大范围的稳定电压，可以达到±40%的输入电压调整率。由此可见，抗干扰参数稳压器的稳定度非常高，而且它的防雷击和抗干扰能力也非常强，能够有效抑制毫秒脉宽高频干扰脉冲。但它对电网的频率变化和波形严重畸变无法起到良好的改善作用，一旦交流电源停电时就不能继续供电。
3、改善频率变化。电网频率大幅度变化对一些通信设备而言影响巨大，为了稳定频率，可以采用接入在线式UPS不间断电源的方法来解决。在线式UPS电源在工作时，首先将市电转化为直流电给UPS电池充电，同时逆变器将此直流电逆变为交流电为负载供电，由于市电经过了交流到直流、再到交流的转换过程，所以市电中原有的干扰和脉冲电压成分已经过滤得非常干净，因此，由在线式UPS电源逆变出来的电压很稳定。高频UPS的好处是体积小，重量轻，工作效率高，其坏处是抗过载抗冲击能力差。工频UPS电源效果比较好，但是体积笨重，价格贵。传统的在线式UPS是采用AC-DC-AC逆变的工作方式，电网输入只是提供能量，UPS将市电整流滤变成直流，然后再经PWM调制后进行放大，再解调成50HZ稳定频率后输出。电网频率和UPS输出频率两者并无直接关系，50HZ对UPS输出频率的影响只是使效率有微小的变化。
4、改善电网波形畸变。电网波形通常会受到较严重的干扰，电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、过电压和电压跌落，以及线路噪音为主要干扰，这些干扰脉冲的频率范围和幅度范围很宽，通常使用各类稳压器难以彻底解决。如果电网先经过在线式UPS输出的正弦波是经逆变后重新产生的，它与电网输入的正弦波没有直接的联系，故电网上的各类干扰脉冲会被完全隔离、滤除。
二、抗干扰参数稳压器与UPS不间断电源的连接
一般来说，UPS输入回路的波峰因数可达到3:1甚至更高，而UPS的功率因数一般在0.7以下。如果直接将参数稳压器与UPS不间断电源相接，那么参数稳压器的额定输出会增大约2到3倍，才能与其匹配。可见参数稳压器必须进行改进后再与UPS连接，增加匹配级，在UPS整流式输入回路中，增加有源功率滤波器或传统的无源功率滤波器。
有源功率滤波器能对交流电网的阻抗变化和谐波电流频率变化有较好的谐波补偿性能，并能将功率因数提高到0.99左右。有源功率滤波器可对1kW以下的小功率整流式输入回路功率因数进行补偿，效果较为明显，缺点是电路复杂，成本较高。无源功率滤波器适合各种要求不高的使用场合，更加经济，是一种价廉且有效的改进方法，但高频电感的设计、参数的选择和工艺要求都很重要。UPS输入端接入有源功率滤波器或无源功率滤波器后就能够与同等功率的参数稳压器连接，可作为较好的电源供电系统使用。
三、结论
采用如上所说的措施后，由防雷抗干扰参数稳定器、在线式UPS加匹配线以及软启动开关共同组成小型供电系统，是一种切实可行的保证通信设备正常运行的供电系统。需要注意的是该供电系统对放置在UPS电源前端的稳压器可靠性要求比较高，且稳压器的容量不能小于UPS不间断电源的一定值，否则可能引起UPS不间断电源烧毁，这样反而容易降低了供电系统的可靠性与安全性。在达到工作条件的情况下，采用这种抗干扰参数稳压器加UPS不间断电源，为交换机、微波、PCM、载波、车站电话集中机等通信设备集中供电，能够非常有效的避免市电电压波动较大、停电等各种因素可能对通信设备造成的不良影响。
参考文献：
[1]漆逢吉.通信电源系统.人民邮电出版社.2008
[2]郭进.铁路信号基础设备.西南交通大学出版社.2008