CN106569145A - 环网柜ups电源综合监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种环网柜UPS电源综合监测装置，包括断电监测单元、UPS测试执行单元、电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元和控制单元；所述断电监测单元设有三个，分别检测UPS电源的输入、输出信号以及UPS测试执行单元的校验信号并发送至控制单元；UPS测试执行单元串联连接到UPS电源的输入火线中；电压采集单元采集UPS电源蓄电池单体电压；电流采集单元采集UPS电源蓄电池充放电电流；内阻测试单元测试UPS电源内蓄电池组电池的单体内阻值；还涉及一种上述装置的监测方法，定期对UPS电源的性能进行测试，检测其是否故障，整个测试无须人工干预，提高工作效率和UPS电源工作可靠性。

Description

环网柜UPS电源综合监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种环网柜UPS电源综合监测装置及监测方法。

背景技术

为提高环网柜电源系统的可靠性，环网柜中的开关、保护设备的操作电源一般都配备后备蓄电池组，尤其是针对需要交流操作电源为电动操作机构供电的环网柜，在交流失电后，需要UPS电源将直流电源逆变为交流电源以维持电动操作机构的供电。

在实际的运行过程中，可能存在UPS电源出现故障的情况，造成操作电源失电，例如蓄电池性能下降，无法放电，交流输入接触不良、UPS故障或UPS输出断路器脱扣等问题，目前针对UPS故障这一问题尚且没有有效的解决方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种环网柜UPS电源综合监测装置及监测方法，实现对环网柜内部UPS电源的综合监测，确保环网柜内部电源工作的可靠性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述环网柜UPS电源综合监测装置，安装于带UPS电源的开关柜中，包括断电监测单元、UPS测试执行单元、电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元和控制单元；

所述断电监测单元设有三个，其中，断电监测单元Ⅰ输入端接入到环网柜电压互感器输出断路器的负荷侧的火线和零线之间，断电监测单元Ⅱ输入端接入到UPS测试执行单元与零线之间，断电监测单元Ⅲ输入端接入到UPS电源的输出火线和零线之间，三个断电监测单元输出端均连接至控制单元；

所述UPS测试执行单元串联连接到UPS电源的输入火线中；

所述电压采集单元的输入端连接到UPS电源第一节蓄电池单体的正极、负极和第二节蓄电池单体的负极，输出端连接至控制单元；

所述电流采集单元的输入端连接UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元；

所述内阻测试单元连接蓄电池组的总正极和总负极，测试UPS电源内蓄电池组每节电池的单体内阻。

上述电压采集单元、电流采集单元和内阻测试单元都连接到蓄电池上，其输出信号线连接到控制单元上，电压采集单元和电流采集单元分别将蓄电池的单体电压、电流数据采集发送给控制单元，并且接收控制单元的内阻测试信号，定期对蓄电池组进行内阻测试，判断蓄电池的健康状况。

其中，优选方案为：

所述断电监测单元包括整流电路、信号调理电路、滤波电路和光耦，光耦输出端连接至控制单元，整流电路对输入断电监测单元的交流信号进行整流，然后通过信号调理电路对信号进行调理，经滤波电路滤波后将信号输入光耦转换为开关量信号，最后将该信号输送至控制单元，由控制单元读取信号数值。

所述UPS测试执行单元至少包含一个控制开关和一个断路器互为冗余备份；所述控制开关采用继电器，所述继电器的负载端公共点接到环网柜电压互感器输出的火线上，继电器常闭触点接到UPS电源的输入火线上，继电器控制线圈与控制单元连接。

所述电压采集单元由电压调理电路、光耦继电器和AD转换器组成，电压调理电路输入端分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，电压调理电路输出端经光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器输出端连接至控制单元，电压调理电路用于测量第一节和第二节蓄电池单体电压，测得的第一节和第二节蓄电池单体电压经光耦继电器传递至对应的AD转换器，AD转换器将接收到的模拟信号转换为数字信号后发送至控制单元。

所述电流采集单元包括电流传感器、电压调理电路、光耦继电器和AD转换器，所述电流传感器输入端连接UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，电流传感器输出端通过光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器连接至控制单元，电流传感器将电流信号转换为电压信号，通过电压调理电路连接到光耦继电器的负载输入端，送入AD转换器，AD转换器将输入的模拟信号转换为数字信号后送给控制单元。

上述AD转换器可以是独立的，也可以集成在控制单元中，控制单元可选用现有单片机芯片，例如，51系列，STM系列。

所述内阻测试单元为包括IGBT、IGBT控制电路、功率继电器和功率电阻，蓄电池总正极、总负极分别通过蓄电池内阻测试线接在功率继电器负载端的输入端、IGBT的发射极上，功率继电器负载端的输出端连接到功率电阻的一端，功率电阻另一端连接MOS管集电极。

本发明还提供一种上述环网柜UPS电源综合监测装置的监测方法，包括以下步骤：

1)通过电流采集单元测量UPS电源的蓄电池组充/放电电流I 1，如果充/放电电流I 1的绝对值小于预设的电流上限值进入下一步骤；

2)对UPS电源的蓄电池单体进行内阻测试，采集第一节蓄电池单体内阻R1和第二节蓄电池单体内阻R2，如果R1和R2均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常，进入下一步骤；

3)通过断电监测单元Ⅰ、Ⅲ分别测量UPS电源的输入信号S1、输出信号S2；通过电压采集单元测量第一节蓄电池单体电压U1和第二节蓄电池单体电压U2，如果S1不为零，且S2不为零，蓄电池电压U1和U2均大于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源系统目前工作正常，进入下一步骤；

4)控制单元发出信号，控制UPS测试执行单元断开UPS电源的交流输入，并且通过断电监测单元Ⅱ测量校验信号S3；如果S3为零，校验失败，UPS测试执行单元未成功断开，自动闭合UPS电源的交流输入，判断为系统工作异常，发出告警信号；如果S3不为零，则校验成功，进入下一步骤；

5)再次实时判断UPS电源的输入信号S1，如果S1为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S1不为零，进入下一步骤；

6)延时一定时间后判断第一节蓄电池单体电压U1、第二节蓄电池单体电压U2，如果U1和U2小于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源电压异常，停止测试，产生告警信号；反之正常，判断UPS电源输出信号S2，如果为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S2不为零，判断为UPS电源工作正常，进入下一步骤；

7)得出结论，UPS电源工作正常，控制单元控制UPS测试执行单元重新闭合UPS电源的交流输入，使得系统恢复常态，结束测试流程。

上述步骤2)中，对UPS电源的蓄电池单体进行内阻时采用直流放电法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明实现对环网柜内部UPS电源的综合监测，确保环网柜内部电源工作的可靠性。电压采集单元和电流采集单元可分别检测直流电源的电压和电流信号，并能通过内阻测试单元进行内阻测试，判断UPS电源内蓄电池的健康状况；通过断电监测单元检测UPS电源的输入、输出以及测试过程中UPS测试执行单元的校验信号，通过定期断开UPS电源输入的方式测试UPS电源的输出，可实现UPS电源的可靠性检测，能够及时检测操作电源是否发生故障，并且发出相应的告警信号，整个测试过程无须人工干预，提高了工作效率和UPS电源工作的可靠性。

附图说明

图1是实施例1原理框图。

图2是实施例1断电监测单元原理图。

图3是实施例1电压采集单元和电流采集单元原理图。

图4是实施例1内阻测试单元原理图。

图5是实施例2流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，本发明所述环网柜UPS电源综合监测装置，安装于带UPS电源的开关柜中，包括断电监测单元、UPS测试执行单元、电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元和控制单元；

所述断电监测单元设有三个，其中，断电监测单元Ⅰ输入端接入到环网柜电压互感器输出断路器QF1的负荷侧的火线和零线之间，断电监测单元Ⅱ输入端接入到UPS测试执行单元与零线之间，断电监测单元Ⅲ输入端接入到UPS电源的输出火线和零线之间，三个断电监测单元输出端均连接至控制单元；

所述UPS测试执行单元串联连接到UPS电源的输入火线中；

所述电压采集单元的输入端连接到UPS电源第一节蓄电池单体的正极、负极和第二节蓄电池单体的负极，输出端连接至控制单元；

所述电流采集单元的输入端连接UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元；

所述内阻测试单元连接蓄电池组的总正极和总负极，定期测试UPS电源内蓄电池组每节电池的单体内阻。

所述电压采集单元、电流采集单元和内阻测试单元都连接到蓄电池上，其输出信号线连接到控制单元上，电压采集单元和电流采集单元分别将蓄电池的单体电压、电流数据采集发送给控制单元，并且接收控制单元的内阻测试信号，定期对蓄电池组进行内阻测试，判断蓄电池的健康状况。

如图2所示，所述断电监测单元包括整流电路、信号调理电路、滤波电路和光耦，光耦输出端连接至控制单元，输入断电监测单元的交流信号经整流电路的整流二极管D1、D2、D3、D4进行整流，通过电阻R1、R2、R3、R4分压及稳压二极管D5、D6、D7进行信号调理，经过C1、C2滤波后，再由D8进行稳压，R6为限流电阻，最后将信号输入光耦U1转换为开关量信号，输入到所述控制单元中。

所述UPS测试执行单元至少包含一个控制开关S和一个断路器互QF2为冗余备份；所述控制开关S采用继电器，所述继电器的负载端公共点接到环网柜电压传感器输出的火线上，继电器常闭触点接到UPS电源的输入火线上，继电器控制线圈与控制单元连接，继电器可采用可控的机械式继电器或可控的电子式继电器。

如图3所示，所述电压采集单元由电压调理电路、光耦继电器U11、光耦继电器U15和AD转换器组成，电压调理电路输入端分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，电压调理电路输出端经光耦继电器U11、U15分别连接至AD转换器AD0、AD1，AD转换器AD0、AD1的输出端均连接至控制单元，电压调理电路包括R56、R59的分压电路，U10A跟随器、经过一个由R57、R60、R62、R63、U10B组成的减法器实现对第一节蓄电池单体电压的处理，第二节蓄电池单体电压由R67、R70实现分压，U13A跟随器，经过由R68、R71、R73、R74、U13B组成的减法器实现对第二节蓄电池单体电压处理，处理后得到的第一节蓄电池电压和第二节蓄电池电压经分别经光耦继电器U11和光耦继电器U15传递至AD转换器AD0、AD1，AD转换器AD0、AD1分别将第一、二节蓄电池单体的电压转换为数字信号送给控制单元。

所述电流采集单元包括电流传感器P3、电压调理电路、光耦继电器和AD转换器，所述电流传感器P3输入端连接UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，电流传感器P3输出端通过光耦继电器U16连接至AD转换器AD2，AD转换器AD2连接至控制单元，穿心式电流传感器P3将电流信号转换为电压信号，通过电流调理电路连接到光耦继电器U16的负载输入端，送入AD转换器AD2，AD转换器AD2将输入的模拟信号转换为数字信号后送给控制单元。

上述AD转换器可以是独立的，也可以集成在控制单元中。

如图4所示，内阻测试单元为包括IGBT、IGBT控制电路、功率继电器和功率电阻，蓄电池总正极、总负极分别通过蓄电池内阻测试线接在功率继电器负载端的输入端、IGBT的发射极上，功率继电器负载端的输出端连接到功率电阻的一端，功率电阻另一端连接MOS管集电极，由控制单元控制MOS管的通断和功率继电器K5的吸合。

实施例2：

如图5所示，本实施例在实施例1的基础上提供一种上述环网柜UPS电源综合监测装置的监测方法，包括以下步骤：

1)通过电流采集单元测量UPS电源的蓄电池组充/放电电流I 1，如果充/放电电流I 1的绝对值小于预设的电流上限值进入下一步骤；

2)对UPS电源的蓄电池单体进行内阻测试，采集第一节蓄电池单体内阻R1和第二节蓄电池单体内阻R2，如果R1和R2均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常，进入下一步骤；

3)通过断电监测单元Ⅰ、Ⅲ分别测量UPS电源的输入信号S1、输出信号S2；通过电压采集单元测量第一节蓄电池单体电压U1和第二节蓄电池单体电压U2，如果S1不为零，且S2不为零，蓄电池电压U1和U2均大于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源系统目前工作正常，进入下一步骤；

4)控制单元发出信号，控制UPS测试执行单元断开UPS电源的交流输入，并且通过断电监测单元Ⅱ测量校验信号S3；如果S3为零，校验失败，UPS测试执行单元未成功断开，自动闭合UPS电源的交流输入，判断为系统工作异常，发出告警信号；如果S3不为零，则校验成功，进入下一步骤；

5)再次实时判断UPS电源的输入信号S1，如果S1为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S1不为零，进入下一步骤；

6)延时一定时间(例如7s，具体延时时间可根据所测UPS电源规格的不同进行不同设置)后判断第一节蓄电池单体电压U1、第二节蓄电池单体电压U2，如果U1和U2小于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源电压异常，停止测试，产生告警信号；反之正常，判断UPS电源输出信号S2，如果为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S2不为零，判断为UPS电源工作正常，进入下一步骤；

7)得出结论，UPS电源工作正常，控制单元控制UPS测试执行单元重新闭合UPS电源的交流输入，使得系统恢复常态，结束测试流程。

上述步骤2)中，对UPS电源的蓄电池单体进行内阻时采用直流放电法。

Claims (8)

1.一种环网柜UPS电源综合监测装置，安装于带UPS电源的开关柜中，其特征在于，包括断电监测单元、UPS测试执行单元、电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元和控制单元；

所述断电监测单元设有三个，其中，断电监测单元Ⅰ输入端接入到环网柜电压互感器输出断路器的负荷侧的火线和零线之间，断电监测单元Ⅱ输入端接入到UPS测试执行单元与零线之间，断电监测单元Ⅲ输入端接入到UPS电源的输出火线和零线之间，三个断电监测单元输出端均连接至控制单元；

所述UPS测试执行单元串联连接到UPS电源的输入火线中；

所述电压采集单元的输入端连接到UPS电源第一节蓄电池单体的正极、负极和第二节蓄电池单体的负极，输出端连接至控制单元；

所述电流采集单元的输入端连接UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元；

所述内阻测试单元连接蓄电池组的总正极和总负极，测试UPS电源内蓄电池组每节电池的单体内阻。

2.根据权利要求1所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述断电监测单元包括整流电路、信号调理电路、滤波电路和光耦，光耦输出端连接至控制单元。

3.根据权利要求1所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述UPS测试执行单元至少包含一个控制开关和一个断路器互为冗余备份。

4.根据权利要求3所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述控制开关采用继电器，所述继电器的负载端公共点接到环网柜电压互感器输出的火线上，继电器常闭触点接到UPS电源的输入火线上，继电器控制线圈与控制单元连接。

5.根据权利要求1所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述电压采集单元由电压调理电路、光耦继电器和AD转换器组成，电压调理电路输入端分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，电压调理电路输出端经光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器输出端连接至控制单元。

6.根据权利要求1所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述电流采集单元包括电流传感器、电压调理电路、光耦继电器和AD转换器，所述电流传感器输入端UPS电源的蓄电池充电线正极和蓄电池组的总正极，电流传感器输出端通过光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器连接至控制单元。

7.根据权利要求1所述的环网柜UPS电源综合监测装置，其特征在于，所述内阻测试单元为包括IGBT、IGBT控制电路、功率继电器和功率电阻，蓄电池总正极、总负极分别通过蓄电池内阻测试线接在功率继电器负载端的输入端、IGBT的发射极上，功率继电器负载端的输出端连接到功率电阻的一端，功率电阻另一端连接MOS管集电极。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的环网柜UPS电源综合监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过电流采集单元测量UPS电源的蓄电池组充/放电电流I1，如果充/放电电流I1的绝对值小于预设的电流上限值进入下一步骤；

2)对UPS电源的蓄电池单体进行内阻测试，采集第一节蓄电池单体内阻R1和第二节蓄电池单体内阻R2，如果R1和R2均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常，进入下一步骤；

3)通过断电监测单元Ⅰ、Ⅲ分别测量UPS电源的输入信号S1、输出信号S2；通过电压采集单元测量第一节蓄电池单体电压U1和第二节蓄电池单体电压U2，如果S1不为零，且S2不为零，蓄电池电压U1和U2均大于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源系统目前工作正常，进入下一步骤；

4)控制单元发出信号，控制UPS测试执行单元断开UPS电源的交流输入，并且通过断电监测单元Ⅱ测量校验信号S3；如果S3为零，校验失败，UPS测试执行单元未成功断开，自动闭合UPS电源的交流输入，判断为系统工作异常，发出告警信号；如果S3不为零，则校验成功，进入下一步骤；

5)再次实时判断UPS电源的输入信号S1，如果S1为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S1不为零，进入下一步骤；

6)延时一定时间后判断第一节蓄电池单体电压U1、第二节蓄电池单体电压U2，如果U1和U2小于预设的下限告警电压值，判断为UPS电源电压异常，停止测试，产生告警信号；反之正常，判断UPS电源输出信号S2，如果为零，判断为UPS电源工作出现故障，停止测试，产生告警信号；如果S2不为零，判断为UPS电源工作正常，进入下一步骤；

7)得出结论，UPS电源工作正常，控制单元控制UPS测试执行单元重新闭合UPS电源的交流输入，使得系统恢复常态，结束测试流程。