UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)在鐵路的應(yīng)用
徐霜
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定
摘要：為了確保鐵路火車的可靠運行，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，為了實現(xiàn)對UPS運行狀況、蓄電池參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量實時、準確的監(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界面和不間斷電源UPS、ACR諧波儀表、蓄電池模塊設(shè)計實現(xiàn)的一套鐵路UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(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[1]，具有簡明實用優(yōu)點。
0 引言
隨著鐵路運行規(guī)模的不斷擴大，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)的安全運行有著重要意義，UPS能夠向負載提供更為穩(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，向負載供電。
隨著UPS電源的廣泛應(yīng)用，需要對UPS運行參數(shù)及狀態(tài)進行監(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)等實現(xiàn)監(jiān)測，同時對整個電網(wǎng)系統(tǒng)進行監(jiān)控、管理及控制，確保了UPS用電設(shè)備安全運行，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時在線監(jiān)測、管理，蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)就是用來實現(xiàn)對各個電池組電壓、電流、溫度、電阻等運行參數(shù)、蓄電池各項性能狀況監(jiān)控，便于發(fā)現(xiàn)蓄電池在運行中的安全隱患，為蓄電池的穩(wěn)定、可靠運行提供重要保障，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ACR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)電能并實現(xiàn)實時監(jiān)測、管理。
1、用戶需求
為了實現(xiàn)對鐵路UPS運行狀況、運行數(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)、旁路運行、旁路相序、整流狀態(tài)等，通過人機界面能夠?qū)崟r觀測到UPS運行參數(shù)及運行狀 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，實時了解到UPS供電逆變輸出時的逆變器運行狀態(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、諧波棒圖實時顯示，讓用戶實時監(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，在人機界面直觀的顯示，為蓄電池的穩(wěn)定、可靠運行提供保障；
故障記錄:
主要實現(xiàn)對1#UPS及2#UPS運行過程中出現(xiàn)的電池未連接、無輸出等故障進行記錄顯示，便于用戶實時了解到UPS當(dāng)前運行情況，對出現(xiàn)的故障進行及時處理，保證系統(tǒng)的正常運行。
2、設(shè)計方案
該項目基于用戶對UPS監(jiān)測系統(tǒng)的需求，采用昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS TPC7062KX與安科瑞ACR320ELH諧波儀表、伊頓UPS、禾嘉科技蓄電池絕緣監(jiān)測模塊，實現(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)的正常運行，又能提高鐵路電網(wǎng)電能質(zhì)量。
對鐵路電網(wǎng)智能UPS監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計滿足以下所列制造和試驗標準：
2.1參考標準
DL/T721-2000 《電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》
JGJ/T 16-92 《建筑電氣設(shè)計規(guī)范》
GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設(shè)計規(guī)范》
GB/T13729-2002 《遠程終端通用技術(shù)條件》
GB/50198-2011 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》
DL/T 814-2002 《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》
DL/T634-2002 《遠動設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標準》
DL/T645-2007 《電網(wǎng)質(zhì)量管理分析》
GB/50198-2011 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》
DL/T5003-2005 《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程》
2.2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ACR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[2]，實現(xiàn)觸摸屏對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、實時顯示、參數(shù)的設(shè)置、故障記錄，拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
UPS電源 ACR儀表 蓄電池監(jiān)測模塊
圖1 UPS監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖
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