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1、UPS 电源监测系统在铁路的应用吴春红江苏安科瑞电器制造有限公司，电机保护控制节能事业部，江苏 江阴摘要：为了确保铁路火车的可靠运行，需要 为铁路用电系 统等提供可靠的电源，目前国内大部分铁路系统已经使用 UPS 为用电设备提供不间断电源，为了实现对 UPS 运行状况、蓄电池参数、电网质量实时、准确的监测，需要设计一套专门的 UPS 电源监测系统，本文就是主要介绍基于人机界面和不间断电源 UPS、ACR 谐波仪表、蓄电池模块设计实现的一套铁路UPS 电源监测系统，系统可以实现对 UPS 的输入参数、输出参数、旁路参数采集显示；蓄电池电压、充放电电流、温度等参数监测；进线回路电压、电流、功率、波
2、峰系数、不平衡度数据显示；逆变输出的逆变器温度、 电流、逆 变器状态显示，整个系统提高了铁路电网用电质量并保证了电网监测管理水平 1，具有简明实用优点。 关键词：UPS 电源监控；蓄电池监测；人机界面；铁路电网自动监控0 引言随着铁路运行规模的不断扩大，为铁路用电设备提供可靠的工作电源，对保障铁路系统的安全运行有着重要意义，UPS 能够向负载提供更为稳定的电压，一旦输入电源中断，可在极短的时间内开启自身的储备电源，向负载供电。随着 UPS 电源的广泛应用，需要对 UPS 运行参数及状态进行监测，UPS 监测系统成为了 UPS 供电的重要组成部分，系统主要实现对 UPS 供电过程中的输入、输出电
3、压、电流、功率、频率、不平衡度、电池容量等参数及输出状态、旁路运行状态、逆变器状态、充放电状态、市电状态、故障状态等实现监测，同时对整个电网系统进行监控、管理及控制，确保了 UPS 用电设备安全运行，减少人员现场工作量；蓄电池也是 UPS 供电较为重要的部分，因此需要对蓄电池实时在线监测、管理，蓄电池监测系统就是用来实现对各个电池组电压、电流、温度、电阻等运行参数、蓄电池各项性能状况监控，便于发现蓄电池在运行中的安全隐患，为蓄电池的稳定、可靠运行提供重要保障，整个系统能够实现电网电能质量监测、谐波分析，为铁路用电系统提供可靠、优质的电网电能。本文以铁路 UPS 监测管理为例，提出利用触摸屏和
4、UPS 电源、谐波表 ACR 及蓄电池监测模块等研制一套 UPS 监测系统应用在铁路中，为铁路用电设备提供高质量电网电能并实现实时监测、管理。1 用户需求为了实现对铁路 UPS 运行状况、运行数据集中监控，提高电网电能质量，保证电网监测管理水平，对所设计的 UPS 监测系统提出以下需求：实时显示:UPS：1#UPS、2#UPS 电压、电流、有功功率、视在功率、不平衡度等基本参数与逆变输出状态、旁路运行、旁路相序、整流状态等，通过人机界面能够实时观测到 UPS 运行参数及运行状况；逆变输出：逆变器温度、电流状态、逆变器状态、充电器状态显示，实时了解到 UPS供电逆变输出时的逆变器运行状态；蓄电池
5、：蓄电池组总电流、电压、电池充放电状态、电池连接状态、32 组电池中每节的电压、温度、内阻参数，用户通过数据显示能清楚的了解到蓄电池工作情况；进线回路：市电、电流、功率、功率因数、不平衡度、波峰系数、波形因子、谐波棒图实时显示，让用户实时监测到当前电网电能质量；参数设置:完成对 ACR 谐波仪表的电流值、电压值、电压不平衡度、电流不平衡度等参数报警值设置，电网电能参数超过系统设置的限值，自动发生报警指示，保证用电设备能够得到高质量电网电能；蓄电池组的内阻报警值、温度报警值、高低限电压报警值设置，当发生报警时，在人机界面直观的显示，为蓄电池的稳定、可靠运行提供保障；故障记录:主要实现对 1#UP
6、S 及 2#UPS 运行过程中出现的电池未连接、无输出等故障进行记录显示，便于用户实时了解到 UPS 当前运行情况，对出现的故障进行及时处理，保证系统的正常运行。2 设计方案该项目基于用户对 UPS 监测系统的需求，采用昆仑通态触摸屏 MCGS TPC7062KX 与安科瑞 ACR320ELH 谐波仪表、伊顿 UPS、禾嘉科技蓄电池绝缘监测模块，实现对 UPS 的输入、输出、旁路电压、电流、功率、频率、不平衡度、电池容量等参数显示；逆变输出的输出状态、旁路运行状态、逆变器状态、充放电状态、市电状态、故障状态等实现监测；蓄电池电压、充放电电流、温度等参数监测；进线回路电压、电流、功率、波峰系数、
7、波形因子、电流系数、不平衡度数据显示，既能保证铁路用电系统的正常运行，又能提高铁路电网电能质量。对铁路电网智能 UPS 监测管理系统的设计满足以下所列制造和试验标准：2.1 参考标准DL/T721-2000 电网自动化系统远方终端JGJ/T 16-92 建筑电气设计规范GB/J63-90 电力装置的电测量仪表装置设计规范GB/T13729-2002 远程终端通用技术条件GB/50198-2011 监控系统工程技术规范DL/T 814-2002 配电自动化系统功能规范DL/T634-2002 远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准DL/T645-2007 电网质量管理分析GB/50198-2
8、011 监控系统工程技术规范DL/T5003-2005 电力系统调度自动化设计技术规程2.2 系统结构图为满足铁路 UPS 监测系统的统一监控、管理要求，现场 UPS、谐波仪表 ACR 及电池绝缘监测模块等设备通过屏蔽双绞线连接至触摸屏 2，实现触摸屏对现场数据的采集、实时显示、参数的设置、故障记录，拓扑结构如图 1 所示。UPS 电源 ACR 仪表 蓄电池监测模块 图 1 UPS 监测系统拓扑结构图系统总体架构如下图 2 所示，系统主要包括 UPS1、UPS2、ACR320 、滤波器、电池监测模块等，在电源正常供电时，系统从电源侧将交流电源直接送到用电设备，同时通过滤波器将电网电源滤波送至
9、UPS 供电系统，经过整流器将交流电源变换为直流电供给逆变器，同时给蓄电池组充电，逆变器将直流电变换成交流电，如果出现主输入电源断电，启用UPS 供电系统，或整流器出现故障，由蓄电池组逆变转换给负载供电 4，保证了整个系统的正常运行；在输入电源侧及 UPS 电源输出侧接入 ACR 谐波仪表实时监测电网参数、电网质量、谐波数据，进行电网质量及谐波分析，利用触摸屏对 UPS 电流、电压，蓄电池电流、电压，电网质量、谐波数据实时监测，保证电网电能质量。图 2 系统总体架构图2.3 主要设备清单表 1 设备清单表2.4 产品介绍1. 网络电力仪表（1）产品外形实物图 尺寸图图 3 ACR320ELH
10、外形图序号 名称 型号、规格 单位 厂家1 触摸屏 TPC7062KX 只 昆仑通态2 网络电力仪表 ACR320ELH 只 安科瑞3 UPS WP9130I3000T-XL 只 伊顿4 蓄电池绝缘监测模块 HC-XDC 只 禾嘉科技5 软件 UPS 电源监测软件 套 安科瑞（2）技术指标 输入电压额定值：AC100V、400V 电压功耗：0.2VA 电流额定值：AC 1A、5A 输入电流过负荷：1.2 倍持续，瞬时 10 倍/10 秒 电能脉冲：2 路脉冲输出，10000、40000、160000imp/kwh 工频耐压：2kV/1min 交流有效值 环境温度：工作：-10+55，存贮：-2
11、5+70 频率：50 5Hz，60 5Hz 工频耐压： 2kV/1min 交流有效值 环境湿度：95%RH，不结露，无腐蚀性气体场所 精度等级：电流、电压：0.2 级，功率、有功电能：0.5 级，频率：0.05Hz无功电能：1 级2. UPS 电源监测软件（1） 软件的组成软件生成的用户应用系统，由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图 4 所示。图 4 软件组成图 主控窗口：确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架；设备窗口：专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备
12、构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备；用户窗口：可以放置三种不同类型的图元、图符和动画构件，通过在用户窗口内放置不同的图形对象，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同方式实现数据和流程的“可视化” ；实时数据库：是 MCGS 嵌入版系统的核心，相当于一个数据处理中心，同时也起到公共数据交换区的作用，从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库；运行策略：是对系统运行流程实现有效控制的手段，其本身是系统提供的一个框架，其里面放置由策略条件构件和策略构件组成的“策略行” ，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的
13、顺序和条件操作任务，实现对外部设备工作过程的精确控制。（2） 软件的主要功能 简单灵活的可视化操作界面，采用全中文、可视化的开发界面，符合使用习惯和要求； 实时性强、良好的并行处理性能，32 位系统，以线程为单位对任务进行分时并行处理； 丰富的多媒体画面，以图像、图符、报表、曲线等形式，为操作员及时提供相关信息； 提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同操作权限； 具有强大的网络通讯功能； 提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，方便用户进行报警设置； 支持多种硬件设备。3 系统功能上位机采用触摸屏 MCGS TPC7062KX，通过触摸屏进行现场设备连接、数据库变量配置、界面
14、设计等，完成在上位机中监控现场 UPS、谐波表 ACR320ELH 及蓄电池模块功能。3.1 实时显示触摸屏采集 UPS1 和 UPS2 的电压、电流、功率、功率因数等基本参数及逆变输出、旁路运行、充放电等状态参数，并在人机界面进行实时刷新显示，方便用户及时了解电源各个参数及工作状态，具体数据如下图 5、6 所示。图 5 UPS1 数据显示界面图 6 UPS2 数据显示界面蓄电池监测系统主要监测 1#电池组与 2#电池组的电压、电流、温度、内阻等系列参数并显示，如下图 7、8 所示。图 7 1#电池参数显示界面图 8 2#电池参数显示界面电网参数管理界面用来显示市电、UPS 电参数电压、电流、
15、功率、不平衡度等参数，电网质量界面显示波峰系数、波形因子、电流系数等参数，谐波棒图显示电压、电流谐波棒图，让用户实时了解当前电网质量，具体界面如下图 9、10、11 所示。 图 9 电网参数显示界面图 10 电网质量显示界面 图 11 谐波棒图显示界面3.2 参数设置参数设置界面用来设置 ACR 谐波仪表的电流值、电压值、电压不平衡度、电流不平衡度参数设置；蓄电池组的内阻报警值、温度报警值、高低限电压报警值设置，当电池参数超过设置的报警值，系统自动产生报警，保证电池正常运行，设置参数界面如下图 12 所示。图 12 参数设置界面3.3 故障记录故障记录主要对 UPS1 和 UPS2 运行过程中出现的故障进行记录并实时显示，让用户可以直观的看到 1#UPS 和 2#UPS 运行故障并及时处理，界面如下图 13 所示。图 13 故障记录界面4 项目运行效果铁路 UPS 电源监测系统实现了对 UPS 工作状态监视、运行状态参数显示及故障实时记录，确保 UPS 用电设备安全运行，监控各个蓄电池的充放电、旁路运行情况及蓄电池各项性能状况，便于发现蓄电池在运行中的安全隐患 3，在输入电源侧及 UPS 电源输出侧接入 ACR 谐波仪表能够实时监测电网参数、电网质量、谐波数据，进行电网质量及谐波分析，整个系统自投入运行以来，运转正常，收到较好的效果，一旦电网电源出现故障
