UPS电源监控；蓄电池监测；人机界面；铁路电网自动监控
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、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，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UPS电源、谐波表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：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#UPS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，采用通态触摸屏与谐波仪表、UPS、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、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。

2.1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，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：

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，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

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。

在输入电源侧及UPS电源输出侧接入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，UPS可在极短的时间内开启自身的储备电源，向负载供电，同时该系统能够实时准确地提供UPS电源系统电池组每一节电池的电压情况，对电压值超出额定范围的电池进行及时报警，使得维护人员能够及时更换报警电池，避免了电池组失效和电池异常引起爆炸等危险情况的发生，并且保证蓄电池稳定、可靠运行；

使用该系统，减去了工作人员现场检测每一块电池的危险工作，也就避免了检测单块电池带给工作人员的安全威胁，减轻了值班人员的压力；同时参数设置界面，对谐波表的电流值、电压值、电压不平衡度、电流不平衡度，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，保证了监测系统的安全运行。
 

蓄电池使用条件

（1） 避免将电池与金属容器直接接触，应采用防酸和阻热材料，否则会引起冒烟或燃烧。
（2）使用指定的充电器在指定的条件下充电，否则可能会引起电池过热、放气、泄露、燃烧或破裂。
（3）不要将电池安装在密封的设备里，否则可能会使设备浦破裂。
（4）将电池使用在医护设备中时，请安装主电源外的后备电源，否则主电源失效会引起伤害。
（5）将电池放在远离能产生火花设备的地方，否则火花可能会引起电池冒烟或破裂。
（6）不要将电池放在热源附近（如变压器），否则会引起电池过热、泄漏、燃烧或破裂。
（7）应用中电池数目超过一只时，请确保电池间连接无误，且与充电器或负载连接无误，否则会引起电池破裂、燃烧或电池损害，某些情况下还会伤人。
（8）特别注意别让电池砸在脚上。
（9）电池的指定使用范围如下。超出此范围可能会引起电池损害。
电池的正常操作范围为：77.F（25℃）
电池放电后（装在设备中）：5.F到122.F（-15℃到50℃）
充电后：32.F到104.F（0℃到40℃）
储存中：5.F到104.F（-15℃到40℃）
（10）不要将装在机车上的电池放在高温下、直射阳光中、火炉或火前，否则可能会造成电池泄漏、起火或破裂。
（11）不要在充满灰尘的地方使用电池，可能会引起电池短路。在多尘环境中使用电池时，应定期检查电池。