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內容描述：	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
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* 所屬類別： (不超過20項)	電源產品分類： UPS電源穩壓電源 EPS電源變頻電源凈化電源特種電源發電機組開關電源(AC/DC) 逆變電源(DC/AC) 模塊電源(DC/DC) 電源應用分類：通信電源電力電源車載電源軍工電源航空航天電源工控電源 PC電源 LED電源電鍍電源焊接電源加熱電源醫療電源家電電源便攜式電源充電機(器) 勵磁電源電源配套分類：功率器件防雷浪涌測試儀器電磁兼容電源IC 電池/蓄電池電池檢測變壓器傳感器軸流風機電子元件連接器及端子散熱器電解電容 PCB/輔助材料新能源分類：太陽能(光伏發電) 風能發電潮汐發電水利發電燃料電池其他類：其他
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* 內容：	<P align=right>徐霜 </P> <P align=right>安科瑞電氣股份有限公司，上海嘉定 </P> <P>    <STRONG>摘要：</STRONG>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。 </P> <P>    <STRONG>0 引言 </STRONG></P> <P>    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。 </P> <P>    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。 </P> <P>    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。 </P> <P>    <STRONG>1、用戶需求 </STRONG></P> <P>    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： </P> <P>    <STRONG>實時顯示: </STRONG></P> <P>    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； </P> <P>    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； </P> <P>    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； </P> <P>    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； </P> <P>    <STRONG>參數設置: </STRONG></P> <P>    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； </P> <P>    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； </P> <P>    <STRONG>故障記錄: </STRONG></P> <P>    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。 </P> <P>    <STRONG>2、設計方案 </STRONG></P> <P>    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。 </P> <P>    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： </P> <P>    2.1參考標準 </P> <P>    DL/T721-2000 《電網自動化系統遠方終端》 </P> <P>    JGJ/T 16-92 《建筑電氣設計規范》 </P> <P>    GB/J63-90 《電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》 </P> <P>    GB/T13729-2002 《遠程終端通用技術條件》 </P> <P>    GB/50198-2011 《監控系統工程技術規范》 </P> <P>    DL/T 814-2002 《配電自動化系統功能規范》 </P> <P>    DL/T634-2002 《遠動設備和系統傳輸規約基本遠動任務配套標準》 </P> <P>    DL/T645-2007 《電網質量管理分析》 </P> <P>    GB/50198-2011 《監控系統工程技術規范》 </P> <P>    DL/T5003-2005 《電力系統調度自動化設計技術規程》 </P> <P>    <STRONG>2.2系統結構圖 </STRONG></P> <P>    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。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=UPS監測系統拓撲結構圖 src="/uploadfile/newspic/20141226112218521.jpg"></P> <P align=center>UPS電源            ACR儀表            蓄電池監測模塊 </P> <P align=center>圖1 UPS監測系統拓撲結構圖 {$page$}</P> <P>    系統總體架構如下圖2所示，系統主要包括UPS1、UPS2、ACR320、濾波器、電池監測模塊等，在電源正常供電時，系統從電源側將交流電源直接送到用電設備，同時通過濾波器將電網電源濾波送至UPS供電系統，經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，如果出現主輸入電源斷電，啟用UPS供電系統，或整流器出現故障，由蓄電池組逆變轉換給負載供電[4]，保證了整個系統的正常運行；在輸入電源側及UPS電源輸出側接入ACR諧波儀表實時監測電網參數、電網質量、諧波數據，進行電網質量及諧波分析，利用觸摸屏對UPS電流、電壓，蓄電池電流、電壓，電網質量、諧波數據實時監測，保證電網電能質量。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt="系統總體架構圖 " src="/uploadfile/newspic/20141226112235470.jpg"></P> <P align=center>圖2 系統總體架構圖 </P> <P>    <STRONG>2.3 主要設備清單</STRONG> </P> <P>    表1 設備清單表 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=設備清單表 src="/uploadfile/newspic/20141226112255637.jpg"></P> <P>    <STRONG>2.4 產品介紹 </STRONG></P> <P>    <STRONG>1. 網絡電力儀表 </STRONG></P> <P>    （1）產品外形 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=ACR320ELH外形圖 src="/uploadfile/newspic/20141226112336959.jpg"></P> <P align=center>實物圖尺寸圖 </P> <P align=center>圖3 ACR320ELH外形圖 </P> <P>    （2）技術指標 </P> <P>    輸入電壓額定值：AC100V、400V </P> <P>    電壓功耗：<0.2VA </P> <P>    電流額定值：AC 1A、5A </P> <P>    輸入電流過負荷：1.2倍持續，瞬時10倍/10秒 </P> <P>    電能脈沖：2路脈沖輸出，10000、40000、160000imp/kwh </P> <P>    工頻耐壓：2kV/1min交流有效值 </P> <P>    環境溫度：工作：-10~+55℃，存貯：-25~+70℃ 頻率：50 ± 5Hz，60 ±5Hz </P> <P>    工頻耐壓： 2kV/1min交流有效值 </P> <P>    環境濕度：≤95%RH，不結露，無腐蝕性氣體場所 </P> <P>    精度等級：電流、電壓：0.2級，功率、有功電能：0.5級，頻率：0.05Hz </P> <P>    無功電能：1級 </P> <P>    <STRONG>2. UPS電源監測軟件 </STRONG></P> <P>    （1）軟件的組成 </P> <P>    軟件生成的用戶應用系統，由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五個部分構成，如圖4所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt="軟件組成圖 " src="/uploadfile/newspic/20141226112451907.jpg"></P> <P align=center>圖4 軟件組成圖 </P> <P>    主控窗口：確定了工業控制中工程作業的總體輪廓，以及運行流程、特性參數和啟動特性等項內容，是應用系統的主框架； </P> <P>    設備窗口：專門用來放置不同類型和功能的設備構件，實現對外部設備的操作和控制。設備窗口通過設備構件把外部設備的數據采集進來，送入實時數據庫，或把實時數據庫中的數據輸出到外部設備； </P> <P>    用戶窗口：可以放置三種不同類型的圖元、圖符和動畫構件，通過在用戶窗口內放置不同的圖形對象，用戶可以構造各種復雜的圖形界面，用不同方式實現數據和流程的“可視化”； </P> <P>    實時數據庫：是 MCGS 嵌入版系統的核心，相當于一個數據處理中心，同時也起到公共數據交換區的作用，從外部設備采集來的實時數據送入實時數據庫，系統其它部分操作的數據也來自于實時數據庫； </P> <P>    運行策略：是對系統運行流程實現有效控制的手段，其本身是系統提供的一個框架，其里面放置由策略條件構件和策略構件組成的“策略行”，通過對運行策略的定義，使系統能夠按照設定的順序和條件操作任務，實現對外部設備工作過程的精確控制。 </P> <P>    （2）軟件的主要功能 </P> <P>    簡單靈活的可視化操作界面，采用全中文、可視化的開發界面，符合使用習慣和要求； </P> <P>    實時性強、良好的并行處理性能，32位系統，以線程為單位對任務進行分時并行處理； </P> <P>    豐富的多媒體畫面，以圖像、圖符、報表、曲線等形式，為操作員及時提供相關信息； </P> <P>    提供了良好的安全機制，可以為多個不同級別用戶設定不同操作權限； </P> <P>    具有強大的網絡通訊功能； </P> <P>    提供多種不同的報警方式，具有豐富的報警類型，方便用戶進行報警設置； </P> <P>    支持多種硬件設備。 {$page$}</P> <P>    <STRONG>3、系統功能 </STRONG></P> <P>    上位機采用觸摸屏MCGS TPC7062KX，通過觸摸屏進行現場設備連接、數據庫變量配置、界面設計等，完成在上位機中監控現場UPS、諧波表ACR320ELH及蓄電池模塊功能。 </P> <P>    <STRONG>3.1 實時顯示 </STRONG></P> <P>    觸摸屏采集UPS1和UPS2的電壓、電流、功率、功率因數等基本參數及逆變輸出、旁路運行、充放電等狀態參數，并在人機界面進行實時刷新顯示，方便用戶及時了解電源各個參數及工作狀態，具體數據如下圖5、6所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=UPS1數據顯示界面 src="/uploadfile/newspic/20141226112608597.jpg"></P> <P align=center>圖5 UPS1數據顯示界面 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=PS2數據顯示界面 src="/uploadfile/newspic/20141226112648960.jpg"></P> <P align=center>圖6 UPS2數據顯示界面 </P> <P>    蓄電池監測系統主要監測1#電池組與2#電池組的電壓、電流、溫度、內阻等系列參數并顯示，如下圖7、8所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=1#電池參數顯示界面 src="/uploadfile/newspic/20141226112707388.jpg"></P> <P align=center>圖7 1#電池參數顯示界面 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=2#電池參數顯示界面 src="/uploadfile/newspic/20141226112718781.jpg"></P> <P align=center>圖8 2#電池參數顯示界面 </P> <P>    電網參數管理界面用來顯示市電、UPS電參數電壓、電流、功率、不平衡度等參數，電網質量界面顯示波峰系數、波形因子、電流系數等參數，諧波棒圖顯示電壓、電流諧波棒圖，讓用戶實時了解當前電網質量，具體界面如下圖9、10、11所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt="電網參數顯示界面 " src="/uploadfile/newspic/20141226112742819.jpg"></P> <P align=center>圖9 電網參數顯示界面 {$page$}</P> <P align=center><IMG border=0 alt="電網質量顯示界面 " src="/uploadfile/newspic/20141226112912128.jpg"></P> <P align=center>圖10 電網質量顯示界面 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=諧波棒圖顯示界面 src="/uploadfile/newspic/20141226112921959.jpg"></P> <P align=center>圖11 諧波棒圖顯示界面 </P> <P>    <STRONG>3.2 參數設置 </STRONG></P> <P>    參數設置界面用來設置ACR諧波儀表的電流值、電壓值、電壓不平衡度、電流不平衡度參數設置；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，當電池參數超過設置的報警值，系統自動產生報警，保證電池正常運行，設置參數界面如下圖12所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt="參數設置界面 " src="/uploadfile/newspic/20141226112946882.jpg"></P> <P align=center>圖12 參數設置界面 </P> <P>    <STRONG>3.3 故障記錄</STRONG> </P> <P>    故障記錄主要對UPS1和UPS2運行過程中出現的故障進行記錄并實時顯示，讓用戶可以直觀的看到1#UPS和2#UPS運行故障并及時處理，界面如下圖13所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt=故障記錄界面 src="/uploadfile/newspic/20141226113007435.jpg"></P> <P align=center>圖13 故障記錄界面 </P> <P>    <STRONG>4 項目運行效果 </STRONG></P> <P>    鐵路UPS電源監測系統實現了對UPS工作狀態監視、運行狀態參數顯示及故障實時記錄，確保UPS用電設備安全運行，監控各個蓄電池的充放電、旁路運行情況及蓄電池各項性能狀況，便于發現蓄電池在運行中的安全隱患[3]，在輸入電源側及UPS電源輸出側接入ACR諧波儀表能夠實時監測電網參數、電網質量、諧波數據，進行電網質量及諧波分析，整個系統自投入運行以來，運轉正常，收到較好的效果，一旦電網電源出現故障，UPS可在極短的時間內開啟自身的儲備電源，向負載供電，同時該系統能夠實時準確地提供UPS電源系統電池組每一節電池的電壓情況，對電壓值超出額定范圍的電池進行及時報警，使得維護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生，并且保證蓄電池穩定、可靠運行；使用該系統，減去了工作人員現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；同時參數設置界面，對諧波表的電流值、電壓值、電壓不平衡度、電流不平衡度，蓄電池組的內阻報警值、溫度報警值、高低限電壓報警值設置，保證了監測系統的安全運行。 </P> <P>    <STRONG>5結束語 </STRONG></P> <P>    利用UPS電源監控系統應用在鐵路用電系統上，具有實施簡明、投資少等顯著優點，保證電網電源斷電時系統的正常運行，UPS監測系統運行時可以方便實時地監控UPS工作狀態監視、運行狀態參數，蓄電池組每一節電池的電壓情況，對出現的故障記錄，減去了工作人員現場工作量，同時能夠根據諧波表ACR實時掌握電網電能參數、電網質量、諧波數據、運行狀況等，對現場的用電設備進行統一監控、管理，提出電能管理計劃，采取措施，逐步提高鐵路用電質量。 </P> <P>    <STRONG>參考文獻：</STRONG> </P> <P>    [1].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 2011.10 </P> <P>    [2].昆侖通態觸摸屏MCGS初級、中級教程. 2013.4 </P> <P>    [3].方鳳玲, 李飛燦. 蓄電池監測系統研究[期刊論文]. 機電技術. 2010.3 </P> <P>    [4].張建民. 交流UPS供電系統的研究[期刊論文]. 建筑電氣. 2012.8 </P> <P>    <STRONG>作者簡介：</STRONG> </P> <P>    徐霜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電機保護節能控制<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>