安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

摘要：為了確保鐵路火車的可靠運(yùn)行，需要為鐵路用電系統(tǒng)等提供可靠的電源，目前國內(nèi)大部分鐵路系統(tǒng)已經(jīng)使用UPS為用電設(shè)備提供不間斷電源，為了實(shí)現(xiàn)對UPS運(yùn)行狀況、蓄電池參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量實(shí)時、準(zhǔn)確的監(jiān)測，需要設(shè)計一套專門的UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)，本文就是主要介紹基于人機(jī)界面和不間斷電源UPS、諧波儀表、蓄電池模塊設(shè)計實(shí)現(xiàn)的一套鐵路UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對UPS的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、旁路參數(shù)采集顯示；蓄電池電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)監(jiān)測；進(jìn)線回路電壓、電流、功率、波峰系數(shù)、不平衡度數(shù)據(jù)顯示；逆變輸出的逆變器溫度、電流、逆變器狀態(tài)顯示，整個系統(tǒng)提高了鐵路電網(wǎng)用電質(zhì)量并保證了電網(wǎng)監(jiān)測管理水平，具有簡明實(shí)用優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：UPS電源監(jiān)控；蓄電池監(jiān)測；人機(jī)界面；鐵路電網(wǎng)自動監(jiān)控

0 引言隨著鐵路運(yùn)行規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為鐵路用電設(shè)備提供可靠的工作電源，對保障鐵路系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要意義，UPS能夠向負(fù)載提供更為穩(wěn)定的電壓，一旦輸入電源中斷，可在極短的時間內(nèi)開啟自身的儲備電源，向負(fù)載供電。

隨著UPS電源的廣泛應(yīng)用，需要對UPS運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，UPS監(jiān)測系統(tǒng)成為了UPS供電的重要組成部分，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對UPS供電過程中的輸入、輸出電壓、電流、功率、頻率、不平衡度、電池容量等參數(shù)及輸出狀態(tài)、旁路運(yùn)行狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、充放電狀態(tài)、市電狀態(tài)、故障狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，同時對整個電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、管理及控制，確保了UPS用電設(shè)備安全運(yùn)行，減少人員現(xiàn)場工作量；

蓄電池也是UPS供電較為重要的部分，因此需要對蓄電池實(shí)時在線監(jiān)測、管理，蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)就是用來實(shí)現(xiàn)對各個電池組電壓、電流、溫度、電阻等運(yùn)行參數(shù)、蓄電池各項性能狀況監(jiān)控，便于發(fā)現(xiàn)蓄電池在運(yùn)行中的安全隱患，為蓄電池的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供重要保障，整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測、諧波分析，為鐵路用電系統(tǒng)提供可靠、優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)電能。 本文以鐵路UPS監(jiān)測管理為例，提出利用觸摸屏和UPS電源、諧波表及蓄電池監(jiān)測模塊等研制一套UPS監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用在鐵路中，為鐵路用電設(shè)備提供高質(zhì)量電網(wǎng)電能并實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測、管理。

1、用戶需求

為了實(shí)現(xiàn)對鐵路UPS運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)控，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)監(jiān)測管理水平，對所設(shè)計的UPS監(jiān)測系統(tǒng)提出以下需求：

實(shí)時顯示: UPS：1#UPS、2#UPS電壓、電流、有功功率、視在功率、不平衡度等基本參數(shù)與逆變輸出狀態(tài)、旁路運(yùn)行、旁路相序、整流狀態(tài)等，通過人機(jī)界面能夠?qū)崟r觀測到UPS運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀 況；

逆變輸出：逆變器溫度、電流狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、充電器狀態(tài)顯示，實(shí)時了解到UPS供電逆變輸出時的逆變器運(yùn)行狀態(tài)；

蓄電池：蓄電池組總電流、電壓、電池充放電狀態(tài)、電池連接狀態(tài)、32組電池中每節(jié)的電壓、溫度、內(nèi)阻參數(shù)，用戶通過數(shù)據(jù)顯示能清楚的了解到蓄電池工作情況；

進(jìn)線回路：市電、電流、功率、功率因數(shù)、不平衡度、波峰系數(shù)、波形因子、諧波棒圖實(shí)時顯示，讓用戶實(shí)時監(jiān)測到當(dāng)前電網(wǎng)電能質(zhì)量；

參數(shù)設(shè)置: 完成對ACR諧波儀表的電流值、電壓值、電壓不平衡度、電流不平衡度等參數(shù)報警值設(shè)置，電網(wǎng)電能參數(shù)超過系統(tǒng)設(shè)置的限值，自動發(fā)生報警指示，保證用電設(shè)備能夠得到高質(zhì)量電網(wǎng)電能；

蓄電池組的內(nèi)阻報警值、溫度報警值、高低限電壓報警值設(shè)置，當(dāng)發(fā)生報警時，在人機(jī)界面直觀的顯示，為蓄電池的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供保障；故障記錄: 主要實(shí)現(xiàn)對1#UPS及2#UPS運(yùn)行過程中出現(xiàn)的電池未連接、無輸出等故障進(jìn)行記錄顯示，便于用戶實(shí)時了解到UPS當(dāng)前運(yùn)行情況，對出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時處理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2、設(shè)計方案

該項目基于用戶對UPS監(jiān)測系統(tǒng)的需求，采用通態(tài)觸摸屏與諧波儀表、UPS、蓄電池絕緣監(jiān)測模塊，實(shí)現(xiàn)對UPS的輸入、輸出、旁路電壓、電流、功率、頻率、不平衡度、電池容量等參數(shù)顯示；逆變輸出的輸出狀態(tài)、旁路運(yùn)行狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、充放電狀態(tài)、市電狀態(tài)、故障狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)監(jiān)測；蓄電池電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)監(jiān)測；進(jìn)線回路電壓、電流、功率、波峰系數(shù)、波形因子、電流系數(shù)、不平衡度數(shù)據(jù)顯示，既能保證鐵路用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又能提高鐵路電網(wǎng)電能質(zhì)量。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為滿足鐵路UPS監(jiān)測系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控、管理要求，現(xiàn)場UPS、諧波儀表及電池絕緣監(jiān)測模塊等設(shè)備通過屏蔽雙絞線連接至觸摸屏，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時顯示、參數(shù)的設(shè)置、故障記錄，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 UPS監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖2所示，系統(tǒng)主要包括UPS1、UPS2、ACR320、濾波器、電池監(jiān)測模塊等，在電源正常供電時，系統(tǒng)從電源側(cè)將交流電源直接送到用電設(shè)備，同時通過濾波器將電網(wǎng)電源濾波送至UPS供電系統(tǒng)，經(jīng)過整流器將交流電源變換為直流電供給逆變器，同時給蓄電池組充電，逆變器將直流電變換成交流電，如果出現(xiàn)主輸入電源斷電，啟用UPS供電系統(tǒng)，或整流器出現(xiàn)故障，由蓄電池組逆變轉(zhuǎn)換給負(fù)載供電，保證了整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在輸入電源側(cè)及UPS電源輸出側(cè)接入ACR諧波儀表實(shí)時監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù)，進(jìn)行電網(wǎng)質(zhì)量及諧波分析，利用觸摸屏對UPS電流、電壓，蓄電池電流、電壓，電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測，保證電網(wǎng)電能質(zhì)量。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

4 項目運(yùn)行效果

鐵路UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對UPS工作狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示及故障實(shí)時記錄，確保UPS用電設(shè)備安全運(yùn)行，監(jiān)控各個蓄電池的充放電、旁路運(yùn)行情況及蓄電池各項性能狀況，便于發(fā)現(xiàn)蓄電池在運(yùn)行中的安全隱患。

在輸入電源側(cè)及UPS電源輸出側(cè)接入諧波儀表能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù)，進(jìn)行電網(wǎng)質(zhì)量及諧波分析，整個系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，收到較好的效果，一旦電網(wǎng)電源出現(xiàn)故障，UPS可在極短的時間內(nèi)開啟自身的儲備電源，向負(fù)載供電，同時該系統(tǒng)能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地提供UPS電源系統(tǒng)電池組每一節(jié)電池的電壓情況，對電壓值超出額定范圍的電池進(jìn)行及時報警，使得維護(hù)人員能夠及時更換報警電池，避免了電池組失效和電池異常引起爆炸等危險情況的發(fā)生，并且保證蓄電池穩(wěn)定、可靠運(yùn)行；

使用該系統(tǒng)，減去了工作人員現(xiàn)場檢測每一塊電池的危險工作，也就避免了檢測單塊電池帶給工作人員的安全威脅，減輕了值班人員的壓力；同時參數(shù)設(shè)置界面，對諧波表的電流值、電壓值、電壓不平衡度、電流不平衡度，蓄電池組的內(nèi)阻報警值、溫度報警值、高低限電壓報警值設(shè)置，保證了監(jiān)測系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

5結(jié)束語

利用UPS電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在鐵路用電系統(tǒng)上，具有實(shí)施簡明、投資少等顯著優(yōu)點(diǎn)，保證電網(wǎng)電源斷電時系統(tǒng)的正常運(yùn)行，UPS監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行時可以方便實(shí)時地監(jiān)控UPS工作狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，蓄電池組每一節(jié)電池的電壓情況，對出現(xiàn)的故障記錄，減去了工作人員現(xiàn)場工作量，同時能夠根據(jù)諧波表實(shí)時掌握電網(wǎng)電能參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況等，對現(xiàn)場的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、管理，提出電能管理計劃，采取措施，逐步提高鐵路用電質(zhì)量。