環網櫃UPS電源綜合監測裝置的製作方法
2023-09-21 10:11:25
本實用新型涉及配網自動化技術領域，具體涉及一種環網櫃UPS電源綜合監測裝置。
背景技術：
為提高環網櫃電源系統的可靠性，環網櫃中的開關、保護設備的操作電源一般都配備後備蓄電池組，尤其是針對需要交流操作電源為電動操作機構供電的環網櫃，在交流失電後，需要UPS電源將直流電源逆變為交流電源以維持電動操作機構的供電。
在實際的運行過程中，可能存在UPS電源出現故障的情況，造成操作電源失電，例如蓄電池性能下降，無法放電，交流輸入接觸不良、UPS故障或UPS輸出斷路器脫扣等問題，目前針對UPS故障這一問題尚且沒有有效的解決方案。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本實用新型的目的在於：提供一種環網櫃UPS電源綜合監測裝置，實現對環網櫃內部UPS電源的綜合監測，確保環網櫃內部電源工作的可靠性。
本實用新型為解決其技術問題所採用的技術方案為：
所述環網櫃UPS電源綜合監測裝置，安裝於帶UPS電源的開關櫃中，包括斷電監測單元、UPS測試執行單元、電壓採集單元、電流採集單元、內阻測試單元和控制單元；
所述斷電監測單元設有三個，其中，斷電監測單元Ⅰ輸入端接入到環網櫃電壓互感器輸出斷路器的負荷側的火線和零線之間，斷電監測單元Ⅱ輸入端接入到UPS測試執行單元與零線之間，斷電監測單元Ⅲ輸入端接入到UPS電源的輸出火線和零線之間，三個斷電監測單元輸出端均連接至控制單元；
所述UPS測試執行單元串聯連接到UPS電源的輸入火線中；
所述電壓採集單元的輸入端連接到UPS電源第一節蓄電池單體的正極、負極和第二節蓄電池單體的負極，輸出端連接至控制單元；
所述電流採集單元的輸入端連接UPS電源的蓄電池充電線正極和蓄電池組的總正極，輸出端連接至控制單元；
所述內阻測試單元連接蓄電池組的總正極和總負極，測試UPS電源內蓄電池組每節電池的單體內阻。
所述電壓採集單元、電流採集單元和內阻測試單元都連接到蓄電池上，其輸出信號線連接到控制單元上，電壓採集單元和電流採集單元分別將蓄電池的單體電壓、電流數據採集發送給控制單元，內阻測試單元測試蓄電池組內蓄電池單體內阻並發送至控制單元，輔助判斷蓄電池的健康狀況，UPS測試執行單元可切斷UPS電源的交流輸入，已測試其本身是否正常。
其中，優選方案為：
所述斷電監測單元包括整流電路、信號調理電路、濾波電路和光耦，光耦輸出端連接至控制單元，整流電路對輸入斷電監測單元的交流信號進行整流，然後通過信號調理電路對信號進行調理，經濾波電路濾波後將信號輸入光耦轉換為開關量信號，最後將該信號輸送至控制單元，由控制單元讀取信號數值。
所述UPS測試執行單元至少包含一個控制開關和一個斷路器互為冗餘備份；所述控制開關採用繼電器，所述繼電器的負載端公共點接到環網櫃電壓互感器輸出的火線上，繼電器常閉觸點接到UPS電源的輸入火線上，繼電器控制線圈與控制單元連接。
所述電壓採集單元由電壓調理電路、光耦繼電器和AD轉換器組成，電壓調理電路輸入端分別連接第一節蓄電池的正極、負極和第二節電池的負極，電壓調理電路輸出端經光耦繼電器連接至AD轉換器，AD轉換器輸出端連接至控制單元，電壓調理電路用於測量第一節和第二節蓄電池單體電壓，測得的第一節和第二節蓄電池單體電壓經光耦繼電器傳遞至對應的AD轉換器，AD轉換器將接收到的模擬信號轉換為數位訊號後發送至控制單元。
所述電流採集單元包括電流傳感器、電壓調理電路、光耦繼電器和AD轉換器，所述電流傳感器輸入端連接UPS電源的蓄電池充電線正極和蓄電池組的總正極，電流傳感器輸出端通過光耦繼電器連接至AD轉換器，AD轉換器連接至控制單元，電流傳感器將電流信號轉換為電壓信號，通過電壓調理電路連接到光耦繼電器的負載輸入端，送入AD轉換器，AD轉換器將輸入的模擬信號轉換為數位訊號後送給控制單元。
上述AD轉換器可以是獨立的，也可以集成在控制單元中，控制單元可選用現有單片機晶片，例如，51系列，STM系列。
所述內阻測試單元為包括IGBT、IGBT控制電路、功率繼電器和功率電阻，蓄電池總正極、總負極分別通過蓄電池內阻測試線接在功率繼電器負載端的輸入端、IGBT的發射極上，功率繼電器負載端的輸出端連接到功率電阻的一端，功率電阻另一端連接MOS管集電極。
本實用新型工作過程包括以下步驟：
1)通過電流採集單元測量UPS電源的蓄電池組充/放電電流I1，如果充/放電電流I1的絕對值小於預設的電流上限值進入下一步驟；
2)對UPS電源的蓄電池單體進行內阻測試，採集第一節蓄電池單體內阻R1和第二節蓄電池單體內阻R2，如果R1和R2均小於預設的蓄電池單體內阻告警上限值，則判斷為蓄電池組工作正常，進入下一步驟；
3)通過斷電監測單元Ⅰ、Ⅲ分別測量UPS電源的輸入信號S1、輸出信號S2；通過電壓採集單元測量第一節蓄電池單體電壓U1和第二節蓄電池單體電壓U2，如果S1不為零，且S2不為零，蓄電池電壓U1和U2均大於預設的下限告警電壓值，判斷為UPS電源系統目前工作正常，進入下一步驟；
4)控制單元控制UPS測試執行單元斷開UPS電源的交流輸入，並且通過斷電監測單元Ⅱ測量校驗信號S3；如果S3為零，校驗失敗，UPS測試執行單元未成功斷開，自動閉合UPS電源的交流輸入，判斷為系統工作異常，發出告警信號；如果S3不為零，則校驗成功，進入下一步驟；
5)再次實時判斷UPS電源的輸入信號S1，如果S1為零，判斷為UPS電源工作出現故障，停止測試，產生告警信號；如果S1不為零，進入下一步驟；
6)延時一定時間後判斷第一節蓄電池單體電壓U1、第二節蓄電池單體電壓U2，如果U1和U2小於預設的下限告警電壓值，判斷為UPS電壓異常，停止測試，產生告警信號；反之正常，判斷UPS電源輸出信號S2，如果為零，判斷為UPS電源工作出現故障，停止測試，產生告警信號；如果S2不為零，判斷為UPS電源工作正常，進入下一步驟；
7)得出結論，UPS電源工作正常，控制單元控制UPS測試執行單元重新閉合UPS電源的交流輸入，使得系統恢復常態，結束測試流程。
上述步驟2)中，對UPS電源的蓄電池單體進行內阻時採用直流放電法。
需要說明的是，上述裝置工作過程中所依賴的電腦程式屬於本領域技術人員公知計數，本申請的重點在於新的硬體連接關係，不涉及程序的改進。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
本實用新型實現對環網櫃內部UPS電源的綜合監測，確保環網櫃內部電源工作的可靠性。電壓採集單元和電流採集單元可分別檢測直流電源的電壓和電流信號，並能通過內阻測試單元進行內阻測試，判斷UPS電源內蓄電池的健康狀況；通過斷電監測單元檢測UPS電源的輸入、輸出以及UPS測試執行單元的校驗信號，通過定期斷開UPS電源輸入的方式測試UPS電源的輸出，可實現UPS電源的可靠性檢測，能夠及時檢測操作電源是否發生故障，並且發出相應的告警信號，無須人工幹預，提高了工作效率和UPS電源工作的可靠性。
附圖說明
圖1是實施例1原理框圖。
圖2是實施例1斷電監測單元原理圖。
圖3是實施例1電壓採集單元和電流採集單元原理圖。
圖4是實施例1內阻測試單元原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型實施例做進一步描述：
實施例1：
如圖1所示，本實用新型所述環網櫃UPS電源綜合監測裝置，安裝於帶UPS電源的開關櫃中，包括斷電監測單元、UPS測試執行單元、電壓採集單元、電流採集單元、內阻測試單元和控制單元；
所述斷電監測單元設有三個，其中，斷電監測單元Ⅰ輸入端接入到環網櫃電壓互感器輸出斷路器的負荷側的火線和零線之間，斷電監測單元Ⅱ輸入端接入到UPS測試執行單元與零線之間，斷電監測單元Ⅲ輸入端接入到UPS電源的輸出火線和零線之間，三個斷電監測單元輸出端均連接至控制單元；
所述UPS測試執行單元串聯連接到UPS電源的輸入火線中；
所述電壓採集單元的輸入端連接到UPS電源第一節蓄電池單體的正極、負極和第二節蓄電池單體的負極，輸出端連接至控制單元；
所述電流採集單元的輸入端連接UPS電源的蓄電池充電線正極和蓄電池組的總正極，輸出端連接至控制單元；
所述內阻測試單元連接蓄電池組的總正極和總負極，測試UPS電源內蓄電池組每節電池的單體內阻。
所述電壓採集單元、電流採集單元和內阻測試單元都連接到蓄電池上，其輸出信號線連接到控制單元上，電壓採集單元和電流採集單元分別將蓄電池的單體電壓、電流數據採集發送給控制單元，內阻測試單元測試蓄電池組內蓄電池單體內阻並發送至控制單元，輔助判斷蓄電池的健康狀況，UPS測試執行單元可切斷UPS電源的交流輸入，已測試其本身是否正常。
如圖2所示，所述斷電監測單元包括整流電路、信號調理電路、濾波電路和光耦，光耦輸出端連接至控制單元，輸入斷電監測單元的交流信號經整流電路的整流二極體D1、D2、D3、D4進行整流，通過電阻R1、R2、R3、R4分壓及穩壓二極體D5、D6、D7進行信號調理，經過C1、C2濾波後，再由D8進行穩壓，R6為限流電阻，最後將信號輸入光耦U1轉換為開關量信號，輸入到所述控制單元中。
所述UPS測試執行單元至少包含一個控制開關S和一個斷路器互QF2為冗餘備份；所述控制開關S採用繼電器，所述繼電器的負載端公共點接到環網櫃輸出的火線上，繼電器常閉觸點接到UPS電源的輸入火線上，繼電器控制線圈與控制單元連接，繼電器可採用可控的機械式繼電器或可控的電子式繼電器。
如圖3所示，所述電壓採集單元由電壓調理電路、光耦繼電器U11、光耦繼電器U15和AD轉換器組成，電壓調理電路輸入端分別連接第一節蓄電池的正極、負極和第二節電池的負極，電壓調理電路輸出端經光耦繼電器U11、U15分別連接至AD轉換器AD0、AD1，AD轉換器AD0、AD1的輸出端均連接至控制單元，電壓調理電路包括R56、R59的分壓電路，U10A跟隨器、經過一個由R57、R60、R62、R63、U10B組成的減法器實現對第一節蓄電池單體電壓的處理，第二節蓄電池單體電壓由R67、R70實現分壓，U13A跟隨器，經過由R68、R71、R73、R74、U13B組成的減法器實現對第二節蓄電池單體電壓處理，處理後得到的第一節蓄電池電壓和第二節蓄電池電壓經分別經光耦繼電器U11和光耦繼電器U15傳遞至AD轉換器AD0、AD1，AD轉換器AD0、AD1分別將第一、二節蓄電池單體的電壓轉換為數位訊號送給控制單元。
所述電流採集單元包括電流傳感器P3、電壓調理電路、光耦繼電器和AD轉換器，所述電流傳感器P3輸入端連接UPS電源的蓄電池充電線正極和蓄電池組的總正極，電流傳感器P3輸出端通過光耦繼電器U16連接至AD轉換器AD2，AD轉換器AD2連接至控制單元，穿心式電流傳感器P3將電流信號轉換為電壓信號，通過電流調理電路連接到光耦繼電器U16的負載輸入端，送入AD轉換器AD2，AD轉換器AD2將輸入的模擬信號轉換為數位訊號後送給控制單元。
上述AD轉換器可以是獨立的，也可以集成在控制單元中。
如圖4所示，內阻測試單元為包括IGBT、IGBT控制電路、功率繼電器和功率電阻，蓄電池總正極、總負極分別通過蓄電池內阻測試線接在功率繼電器負載端的輸入端、IGBT的發射極上，功率繼電器負載端的輸出端連接到功率電阻的一端，功率電阻另一端連接MOS管集電極，由控制單元控制MOS管的通斷和功率繼電器K5的吸合。
本實用新型工作過程包括以下步驟：
1)通過電流採集單元測量UPS電源的蓄電池組充/放電電流I1，如果充/放電電流I1的絕對值小於預設的電流上限值進入下一步驟；
2)對UPS電源的蓄電池單體進行內阻測試，採集第一節蓄電池單體內阻R1和第二節蓄電池單體內阻R2，如果R1和R2均小於預設的蓄電池單體內阻告警上限值，則判斷為蓄電池組工作正常，進入下一步驟；
3)通過斷電監測單元Ⅰ、Ⅲ分別測量UPS電源的輸入信號S1、輸出信號S2；通過電壓採集單元測量第一節蓄電池單體電壓U1和第二節蓄電池單體電壓U2，如果S1不為零，且S2不為零，蓄電池電壓U1和U2均大於預設的下限告警電壓值，判斷為UPS電源系統目前工作正常，進入下一步驟；
4)控制單元控制UPS測試執行單元斷開UPS電源的交流輸入，並且通過斷電監測單元Ⅱ測量校驗信號S3；如果S3為零，校驗失敗，UPS測試執行單元未成功斷開，自動閉合UPS電源的交流輸入，判斷為系統工作異常，發出告警信號；如果S3不為零，則校驗成功，進入下一步驟；
5)再次實時判斷UPS電源的輸入信號S1，如果S1為零，判斷為UPS電源工作出現故障，停止測試，產生告警信號；如果S1不為零，進入下一步驟；
6)延時一定時間(例如7s，具體延時時間可根據所測UPS電源規格的不同進行不同設置)後判斷第一節蓄電池單體電壓U1、第二節蓄電池單體電壓U2，如果U1和U2小於預設的下限告警電壓值，判斷為UPS電壓異常，停止測試，產生告警信號；反之正常，判斷UPS電源輸出信號S2，如果為零，判斷為UPS電源工作出現故障，停止測試，產生告警信號；如果S2不為零，判斷為UPS電源工作正常，進入下一步驟；
7)得出結論，UPS電源工作正常，控制單元控制UPS測試執行單元重新閉合UPS電源的交流輸入，使得系統恢復常態，結束測試流程。
上述步驟2)中，對UPS電源的蓄電池單體進行內阻時採用直流放電法。
需要說明的是，上述裝置工作過程中所依賴的電腦程式屬於本領域技術人員公知計數，本申請的重點在於新的硬體連接關係，不涉及程序的改進。