時間:2014-12-23 16:24:33來源:吳海英
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。
關(guān)鍵詞:UPS電源監(jiān)控;蓄電池監(jiān)測;人機界面;鐵路電網(wǎng)自動監(jiān)控
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MCGSTPC7062KX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/T16-92《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/T814-2002《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。
圖1UPS監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結(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)換給負載供電[4],保證了整個系統(tǒng)的正常運行;在輸入電源側(cè)及UPS電源輸出側(cè)接入ACR諧波儀表實時監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù),進行電網(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
2.3主要設(shè)備清單
表1設(shè)備清單表
序號 |
名稱 |
型號、規(guī)格 |
單位 |
廠家 |
1 |
觸摸屏 |
TPC7062KX |
只 |
昆侖通態(tài) |
2 |
網(wǎng)絡(luò)電力儀表 |
ACR320ELH |
只 |
安科瑞 |
3 |
UPS |
WP9130I3000T-XL |
只 |
伊頓 |
4 |
蓄電池絕緣監(jiān)測模塊 |
HC-XDC |
只 |
禾嘉科技 |
5 |
軟件 |
UPS電源監(jiān)測軟件 |
套 |
安科瑞 |
2.4產(chǎn)品介紹
1.網(wǎng)絡(luò)電力儀表
(1)產(chǎn)品外形
圖3ACR320ELH外形圖
(2)技術(shù)指標
輸入電壓額定值:AC100V、400V
電壓功耗:<0.2VA
電流額定值:AC1A、5A
輸入電流過負荷:1.2倍持續(xù),瞬時10倍/10秒
電能脈沖:2路脈沖輸出,10000、40000、160000imp/kwh
工頻耐壓:2kV/1min交流有效值
環(huán)境溫度:工作:-10~+55℃,存貯:-25~+70℃
頻率:50±5Hz,60±5Hz
工頻耐壓:2kV/1min交流有效值
環(huán)境濕度:≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場所
精度等級:電流、電壓:0.2級,功率、有功電能:0.5級,頻率:0.05Hz
無功電能:1級
2.UPS電源監(jiān)測軟件
(1)軟件的組成
軟件生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng),由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構(gòu)成,如圖4所示。
圖4軟件組成圖
主控窗口:確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓,以及運行流程、特性參數(shù)和啟動特性等項內(nèi)容,是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架;
設(shè)備窗口:專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件,實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進來,送入實時數(shù)據(jù)庫,或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備;
用戶窗口:可以放置三種不同類型的圖元、圖符和動畫構(gòu)件,通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象,用戶可以構(gòu)造各種復(fù)雜的圖形界面,用不同方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”;
實時數(shù)據(jù)庫:是MCGS嵌入版系統(tǒng)的核心,相當于一個數(shù)據(jù)處理中心,同時也起到公共數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用,從外部設(shè)備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實時數(shù)據(jù)庫;
運行策略:是對系統(tǒng)運行流程實現(xiàn)有效控制的手段,其本身是系統(tǒng)提供的一個框架,其里面放置由策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”,通過對運行策略的定義,使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作任務(wù),實現(xiàn)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。
(2)軟件的主要功能
簡單靈活的可視化操作界面,采用全中文、可視化的開發(fā)界面,符合使用習(xí)慣和要求;
實時性強、良好的并行處理性能,32位系統(tǒng),以線程為單位對任務(wù)進行分時并行處理;
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(guān)信息;
提供了良好的安全機制,可以為多個不同級別用戶設(shè)定不同操作權(quán)限;
具有強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能;
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(shè)置;
支持多種硬件設(shè)備。
3、系統(tǒng)功能
上位機采用觸摸屏MCGSTPC7062KX,通過觸摸屏進行現(xiàn)場設(shè)備連接、數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設(shè)計等,完成在上位機中監(jiān)控現(xiàn)場UPS、諧波表ACR320ELH及蓄電池模塊功能。
3.1實時顯示
觸摸屏采集UPS1和UPS2的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等基本參數(shù)及逆變輸出、旁路運行、充放電等狀態(tài)參數(shù),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(shù)及工作狀態(tài),具體數(shù)據(jù)如下圖5、6所示。
圖5 UPS1數(shù)據(jù)顯示界面
圖6UPS2數(shù)據(jù)顯示界面
蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測1#電池組與2#電池組的電壓、電流、溫度、內(nèi)阻等系列參數(shù)并顯示,如下圖7、8所示。
圖7 1#電池參數(shù)顯示界面
圖82#電池參數(shù)顯示界面
電網(wǎng)參數(shù)管理界面用來顯示市電、UPS電參數(shù)電壓、電流、功率、不平衡度等參數(shù),電網(wǎng)質(zhì)量界面顯示波峰系數(shù)、波形因子、電流系數(shù)等參數(shù),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(wǎng)質(zhì)量,具體界面如下圖9、10、11所示。
圖9 電網(wǎng)參數(shù)顯示界面
圖10 電網(wǎng)質(zhì)量顯示界面
圖11諧波棒圖顯示界面
3.2參數(shù)設(shè)置
參數(shù)設(shè)置界面用來設(shè)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(shù)設(shè)置;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,當電池參數(shù)超過設(shè)置的報警值,系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警,保證電池正常運行,設(shè)置參數(shù)界面如下圖12所示。
圖12參數(shù)設(shè)置界面
3.3故障記錄
故障記錄主要對UPS1和UPS2運行過程中出現(xiàn)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。
圖13故障記錄界面
4項目運行效果
鐵路UPS電源監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對UPS工作狀態(tài)監(jiān)視、運行狀態(tài)參數(shù)顯示及故障實時記錄,確保UPS用電設(shè)備安全運行,監(jiān)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(fā)現(xiàn)蓄電池在運行中的安全隱患[3],在輸入電源側(cè)及UPS電源輸出側(cè)接入ACR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),進行電網(wǎng)質(zhì)量及諧波分析,整個系統(tǒng)自投入運行以來,運轉(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,向負載供電,同時該系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確地提供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(fā)生,并且保證蓄電池穩(wěn)定、可靠運行;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,具有實施簡明、投資少等顯著優(yōu)點,保證電網(wǎng)電源斷電時系統(tǒng)的正常運行,UPS監(jiān)測系統(tǒng)運行時可以方便實時地監(jiān)控UPS工作狀態(tài)監(jiān)視、運行狀態(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ACR實時掌握電網(wǎng)電能參數(shù)、電網(wǎng)質(zhì)量、諧波數(shù)據(jù)、運行狀況等,對現(xiàn)場的用電設(shè)備進行統(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。
參考文獻:
[1].周中等編著.智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M].北京.機械工業(yè)出版社.2011.10
[2].昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS初級、中級教程.2013.4
[3].方鳳玲,李飛燦.蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)研究[期刊論文].機電技術(shù).2010.3
[4].張建民.交流UPS供電系統(tǒng)的研究[期刊論文].建筑電氣.2012.8
作者簡介:
吳海英,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為電機保護節(jié)能控制
標簽:
上一篇:保護用電流互感器在低壓配電...
下一篇:智能型電動機控制器在某鐵路...
中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權(quán)法律責(zé)任。
相關(guān)資訊