UPS電源監測系統在鐵路的應用

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等提供可靠的電源，目前國內大部分鐵路系統已經使用UPS為用電設備提供不間斷電源，為了實現對UPS運行狀況、蓄電池參數、電網質量實時、準確的監測，需要設計一套專門的UPS電源監測系統，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、蓄電池模塊設計實現的一套鐵路UPS電源監測系統，系統可以實現對UPS的輸入參數、輸出參數、旁路參數采集顯示；蓄電池電壓、充放電電流、溫度等參數監測；進線回路電壓、電流、功率、波峰系數、不平衡度數據顯示；逆變輸出的逆變器溫度、電流、逆變器狀態顯示，整個系統提高了鐵路電網用電質量并保證了電網監測管理水平[1]，具有簡明實用優點。

    0 引言

    隨著鐵路運行規模的不斷擴大，為鐵路用電設備提供可靠的工作電源，對保障鐵路系統的安全運行有著重要意義，UPS能夠向負載提供更為穩定的電壓，一旦輸入電源中斷，可在極短的時間內開啟自身的儲備電源，向負載供電。

    隨著UPS電源的廣泛應用，需要對UPS運行參數及狀態進行監測，UPS監測系統成為了UPS供電的重要組成部分，系統主要實現對UPS供電過程中的輸入、輸出電壓、電流、功率、頻率、不平衡度、電池容量等參數及輸出狀態、旁路運行狀態、逆變器狀態、充放電狀態、市電狀態、故障狀態等實現監測，同時對整個電網系統進行監控、管理及控制，確保了UPS用電設備安全運行，減少人員現場工作量；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測、管理，蓄電池監測系統就是用來實現對各個電池組電壓、電流、溫度、電阻等運行參數、蓄電池各項性能狀況監控，便于發現蓄電池在運行中的安全隱患，為蓄電池的穩定、可靠運行提供重要保障，整個系統能夠實現電網電能質量監測、諧波分析，為鐵路用電系統提供可靠、優質的電網電能。

    本文以鐵路UPS監測管理為例，提出利用觸摸屏和UPS電源、諧波表ACR及蓄電池監測模塊等研制一套UPS監測系統應用在鐵路中，為鐵路用電設備提供高質量電網電能并實現實時監測、管理。

    1、用戶需求

    為了實現對鐵路UPS運行狀況、運行數據集中監控，提高電網電能質量，保證電網監測管理水平，對所設計的UPS監測系統提出以下需求：

    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與逆變輸出狀態、旁路運行、旁路相序、整流狀態等，通過人機界面能夠實時觀測到UPS運行參數及運行狀 況；

    逆變輸出：逆變器溫度、電流狀態、逆變器狀態、充電器狀態顯示，實時了解到UPS供電逆變輸出時的逆變器運行狀態；

    蓄電池：蓄電池組總電流、電壓、電池充放電狀態、電池連接狀態、32組電池中每節的電壓、溫度、內阻參數，用戶通過數據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、不平衡度、波峰系數、波形因子、諧波棒圖實時顯示，讓用戶實時監測到當前電網電能質量；

    參數設置:

    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報警值設置，電網電能參數超過系統設置的限值，自動發生報警指示，保證用電設備能夠得到高質量電網電能；

    蓄電池組的內阻報警值、溫度報警值、高低限電壓報警值設置，當發生報警時，在人機界面直觀的顯示，為蓄電池的穩定、可靠運行提供保障；

    故障記錄:

    主要實現對1#UPS及2#UPS運行過程中出現的電池未連接、無輸出等故障進行記錄顯示，便于用戶實時了解到UPS當前運行情況，對出現的故障進行及時處理，保證系統的正常運行。

    2、設計方案

    該項目基于用戶對UPS監測系統的需求，采用昆侖通態觸摸屏MCGS TPC7062KX與安科瑞ACR320ELH諧波儀表、伊頓UPS、禾嘉科技蓄電池絕緣監測模塊，實現對UPS的輸入、輸出、旁路電壓、電流、功率、頻率、不平衡度、電池容量等參數顯示；逆變輸出的輸出狀態、旁路運行狀態、逆變器狀態、充放電狀態、市電狀態、故障狀態等實現監測；蓄電池電壓、充放電電流、溫度等參數監測；進線回路電壓、電流、功率、波峰系數、波形因子、電流系數、不平衡度數據顯示，既能保證鐵路用電系統的正常運行，又能提高鐵路電網電能質量。

    對鐵路電網智能UPS監測管理系統的設計滿足以下所列制造和試驗標準：

    2.1參考標準

    DL/T721-2000 《電網自動化系統遠方終端》

    JGJ/T 16-92 《建筑電氣設計規范》

    GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》

    GB/T13729-2002 《遠程終端通用技術條件》

    GB/50198-2011 《監控系統工程技術規范》

    DL/T 814-2002 《配電自動化系統功能規范》

    DL/T634-2002 《遠動設備和系統傳輸規約基本遠動任務配套標準》

    DL/T645-2007 《電網質量管理分析》

    GB/50198-2011 《監控系統工程技術規范》

    DL/T5003-2005 《電力系統調度自動化設計技術規程》

    2.2系統結構圖

    為滿足鐵路UPS監測系統的統一監控、管理要求，現場UPS、諧波儀表ACR及電池絕緣監測模塊等設備通過屏蔽雙絞線連接至觸摸屏[2]，實現觸摸屏對現場數據的采集、實時顯示、參數的設置、故障記錄，拓撲結構如圖1所示。

UPS電源            ACR儀表            蓄電池監測模塊

圖1 UPS監測系統拓撲結構圖