CN111044424A - 一种电力系统数据中心应急照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统数据中心应急照明系统，它包括主控单元、控制电路、照明单元、电源、颗粒物检测单元、测温单元和振动监测单元，控制电路为调节照明单元功率和控制照明单元开启的电路，连接在照明单元和主控单元之间，主控单元通过控制电路实现对照明单元的控制；颗粒物检测单元为用于检测燃烧颗粒物的烟雾检测装置，受控于主控单元；振动监测单元为用于测量数据中心振动量的振动检测器，受控于主控单元。本发明的实质性效果是：通过探测颗粒物种类和浓度的变化，减少了误判，增加了系统可靠性；在极端情况下为应急照明系统提供更长的照明时间，提高了系统安全性。

Description

一种电力系统数据中心应急照明系统

技术领域

本发明涉及应急照明领域，尤其涉及一种电力系统数据中心应急照明系统。

背景技术

伴随着能源互联网关键技术的不断突破和综合能源服务业态的不断创新，面向能源消费侧多元化需求的综合能源系统在物理层面承载能源互联网、在信息层面融入泛在物联网，满足差异化用能需求的同时有效提升能源效率，支撑信息灵活互通的同时实现能源价值共创共享，是改变传统能源系统建设路径和发展模式的必由之路。智慧能源站以变电站为核心，将变电站、数据中心站、储能电站、电动汽车充换电站、分布式能源站等多种功能融为一体，进而实现多种能源、多种业务的综合应用，对于电网企业转型发展意义深远。智慧能源站是提升电网灵活运行与智能化水平、保障投资效益的着力点，是优化公司客户营销能力、拓展综合能源服务、开展创新技术应用示范的突破口。数据中心站是智慧能源站的大脑，是电力系统以及外延运营业务的核心，其可靠性和安全性额外重要，这对电力系统数据中心的应急照明系统提出了新的要求和挑战。

中国专利授权公告号CN205305201U，授权公告日2016年06月08日，公开了一种数据中心灯光节能控制系统，其特征在于，包括：C-Bus总线，与前述C-Bus总线信号连接的面板开关、亮度传感器、红外线传感器、继电器、调光器以及中央监控计算机，其中，继电器和调光器安装在照明回路上，前者用于对照明灯具的开闭进行控制，后者用于对照明灯具亮度进行调节。但是，上述专利中的数据中心灯光节能控制系统的可靠性和安全性较差，无法满足电力系统数据中心的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何设计一种符合电力系统数据中心高可靠性和高安全性需求的应急照明系统。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种电力系统数据中心应急照明系统包括主控单元、控制电路、照明单元、电源、颗粒物检测单元、测温单元和振动监测单元，颗粒物检测单元、振动监测单元和测温单元均电连接至主控单元，控制电路为调节照明单元功率和控制照明单元开启的电路，连接在照明单元和主控单元之间，主控单元通过控制电路实现对照明单元的控制；电源为照明单元供电并受控于主控单元；颗粒物检测单元为用于检测燃烧颗粒物的烟雾检测装置，受控于主控单元；振动监测单元为用于测量数据中心振动量的振动检测器，受控于主控单元。通过空气中颗粒物、温度以及振动对电力系统数据中心的火灾、地震等险情进行早期预警并进行迅速反应，进而提高反应速度，从而降低损失并提高人员及设备安全。

作为优选，颗粒物检测单元包括激光器、第一分光棱镜、第一光电检测子单元、主透镜、第二分光棱镜、第二光电检测子单元、第三光电检测子单元和进样子单元，进样子单元位于主透镜一侧，其它各单元位于主透镜的另外一侧，三个光电检测子单元均电连接至主控单元，激光器发射出的激光束作为信号源，激光束经过第一分光棱镜后分成反射激光和透射激光，反射激光被第一光电检测子单元接收，透射激光穿过主透镜的光心后被颗粒物散射；主透镜焦平面和透射激光交点附近的后向散射光穿过透镜后形成的平行光经过第二分光棱镜后发生反射和透射，反射光被第二光电检测子单元接收，透射光被第三光电检测子单元接收；第二光电检测子单元包括偏振片、滤波片、聚焦透镜和光电传感器，光信号经过偏振片和滤波片后被聚焦透镜汇聚在光电传感器的探头上；第三光电检测子单元包括偏振片、滤波片、聚焦透镜和光电传感器，光信号经过偏振片和滤波片后被聚焦透镜汇聚在光电传感器的探头上，偏振片的偏振方向与第二光电检测子单元的偏振片的偏振方向相互垂直。颗粒物检测单元作为极早期报警装置，利用激光后向散射技术对空气中的烟粒子进行探测。通过分布在防护区的采样管网，将空气样品抽取到主透镜焦平面和透射激光交点附近，该交点附近区域为1mm²，整个光学系统能够对该区域的单颗粒烟尘粒子进行检测，提高了检测精度，并通过主控单元计数后显示出防护区的烟尘颗粒数浓度。当其达到各级报警阈值时，发出相应的报警信号，而报警阈值是根据环境的要求设定的。测得的信号，经微处理器处理后，与预先设定的报警阈值比较。如达到某一报警值，则在显示器上给出相应的报警信号。可解决普通感烟探测器无法解决的感烟探测问题，在不可见烟阶段对火灾进行极早期火灾探测，提前报警，减少火灾损失。

作为优选，第一分光棱镜为透射与反射比为80:20的分光棱镜，第一光电检测子单元为雪崩式光电二极管；第二分光棱镜为透射与反射比为50:50的分光棱镜，第二和第三光电检测子单元的光电传感器为均为光电倍增管。第一分光棱镜的反射光作为参考光束，透射光束作为信号光束，而使用光电倍增管提高了对颗粒物的探测精度，从而提高了早期颗粒物预警的精度。

作为优选，进样子单元包括泵和进样管，进样管的一端连接至泵的出口位置，另一端固定在主透镜焦平面和透射激光交点出1～2mm位置，泵为电磁泵。

作为优选，电源包括变电站线路切换电源、储能站和不间断电源，变电站线路切换电源采用双重变电站供电，当一个变电站不能满足供电需求时，主控单元将切换另外一个变电站进行供电；储能站建于数据中心外侧，用于变电站线路切换电源失效时对数据中心紧急照明系统供电，能够满足至少数据中心所有设备至少2.6h的耗电，进而减少不间断电源的配置；不间断电源用于在变电站线路切换电源和储能站均失效而发电机尚未供电的情况下仅对紧急照明系统独立供电。变电站是电力公司的核心资源，布点广泛，通过利用变电站的线路切换提高电力系统该数据中心应急照明供电的可靠性。

作为优选，照明单元包括主照明子单元和指示灯子单元，均受控于控制电路；主照明子单元为矩阵阵列式LED，控制电路能够根据主控单元的命令单独开启和关闭阵列中各个位置的LED；指示灯子单元用于显示逃生指示，包括白色、黄色和红色三种色彩状态，白色代表正常状态，黄色代表异常状态，红色代表逃生状态。通过控制矩阵阵列式LED各个灯的明暗，能够显示出各种各样的图案，进而美化了数据中心的环境，并且能够随时检测应急照明系统的可靠性。

作为优选，不间断电源开始使用后，主控单元关闭数据中心只为应急照明系统进行供电，当不间断电源总电量高于50％时，同时全功率开启主照明子单元的全部LED并且开启红色指示灯子单元；当不间断电源总电量处于10～50％时，仅开启主照明子单元总数目一半的LED并且开启红色指示灯子单元；当不间断电源总电量低于10％时，关闭主照明子单元并且开启红色指示灯子单元。全功率开启主照明子单元的全部LED能够为中心内工作人员在黄金救援时间内提供充足的视野，在不间断电源总电量低于10％时，关闭主照明子单元并且开启红色指示灯子单元，这使得在极端情况下应急照明系统提供更长的照明时间，为进一步救援提供定位参考。

作为优选，第二光电检测子单元的偏振片的偏振方向与激光器的激光偏振方向相同，设第一光电检测子单元测得的光强为I₁，第二光电检测子单元测得的光强为I₂，第三光电检测子单元测得的光强为I₃，

当

并且

时，主控单元判定空气中颗粒可能为燃烧后产生的气溶胶，并通过控制电路控制指示灯子单元亮起黄灯；

当

并且

时，主控单元判定空气异常，并通过控制电路控制主照明子单元全功率亮起并且指示灯子单元亮起红灯。通过退偏比来判定空气中颗粒物的种类是一种十分有效的避免误判的方法，后向散射信号增强的原因是颗粒物浓度增加，通过定量和定性的结合，减少了误判，增加了该应急照明系统的可靠性。

本发明的实质性效果是：1、通过探测颗粒物种类和浓度的变化，减少了误判，增加了系统可靠性；2、在异常开始时间段的黄金救援时间内提供充足的视野，在极端情况下为应急照明系统提供更长的照明时间，提高了系统安全性；3、利用电力系统资源为应急照明系统提供可靠电源保证，进一步提高了系统稳定性。

附图说明

图1为本发明的应急照明系统的组成框图。

图2为本发明中颗粒物检测单元的结构示意图。

图中：1、主控单元，2、控制电路，3、照明单元，4、不间断电源，5、变电站线路切换电源，6、主照明子单元，7、指示灯子单元，8、颗粒物检测单元，9、振动监测单元，10、测温单元，11、激光器，12、第一分光棱镜，13、第二分光棱镜，14、主透镜，15、雪崩式光电二极管，16、滤波片，17、聚焦透镜，18、光电倍增管，19、偏振片，20、泵，21、进样管，22、颗粒物。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：图1为本发明的应急照明系统的组成框图，该电力系统数据中心应急照明系统包括主控单元1、控制电路2、照明单元3、不间断电源4、变电站线路切换电源5、颗粒物检测单元8、测温单元10和振动监测单元9，颗粒物检测单元8、振动监测单元9和测温单元10均电连接至主控单元1，控制电路2为调节照明单元3功率和控制照明单元3开启的电路，连接在照明单元3和主控单元1之间，主控单元1通过控制电路2实现对照明单元3的控制；不间断电源4和变电站线路切换电源5为照明单元3供电，并且均受控于主控单元1；颗粒物检测单元8为用于检测燃烧颗粒物的烟雾检测装置，受控于主控单元1；振动监测单元9为用于测量数据中心振动量的振动检测器，受控于主控单元1。通过空气中颗粒物、温度以及振动对电力系统数据中心的火灾、地震等险情进行早期预警并进行迅速反应，进而提高反应速度，从而降低损失并提高人员及设备安全。照明单元3包括主照明子单元6和指示灯子单元7，均受控于控制电路2；主照明子单元6为64×64矩阵阵列式LED，控制电路2能够根据主控单元1的命令单独开启和关闭阵列中各个位置的LED；指示灯子单元7用于显示逃生指示，包括白色、黄色和红色三种色彩状态，白色代表正常状态，黄色代表异常状态，红色代表逃生状态。通过控制矩阵阵列式LED各个灯的明暗，能够显示出各种各样的图案，进而美化了数据中心的环境，并且能够随时检测应急照明系统的可靠性。

系统供电电源包括变电站线路切换电源5、储能站和不间断电源4，变电站线路切换电源5采用双重变电站供电，当一个变电站不能满足供电需求时，主控单元1将切换另外一个变电站进行供电；储能站建于数据中心外侧，用于变电站线路切换电源5失效时对数据中心紧急照明系统供电，能够满足至少数据中心所有设备至少2.6h的耗电，进而减少不间断电源4的配置；不间断电源4用于在变电站线路切换电源5和储能站均失效而发电机尚未供电的情况下仅对紧急照明系统独立供电。变电站是电力公司的核心资源，布点广泛，通过利用变电站的线路切换提高电力系统该数据中心应急照明供电的可靠性。不间断电源4开始供电后，主控单元1安全关闭数据中心内相关设备并对核心文件进行上传，结束后只为应急照明系统进行供电，当不间断电源4总电量高于50％时，同时全功率开启主照明子单元6的全部LED并且开启红色指示灯子单元7；当不间断电源4总电量处于10～50％时，仅开启主照明子单元6总数目一半的LED并且开启红色指示灯子单元7；当不间断电源4总电量低于10％时，关闭主照明子单元6并且开启红色指示灯子单元7。全功率开启主照明子单元6的全部LED能够为中心内工作人员在黄金救援时间内提供充足的视野，在不间断电源4总电量低于10％时，关闭主照明子单元6并且开启红色指示灯子单元7。

电力系统数据中心能够为数据维护和应用提供方便，提升传统电力数据网数据处理能力，数据中心分内区和外区，内区布置传统内网信息系统，用于保障电力系统控制方面的核心数据的信息处理，外区可布置用能监测和网源荷储协调等综合能源相关系统，构建内区与外区之间安全通信通道。在系统供电电源电量不足是，切断外区数据中心耗电，全力保障数据中心内区的电力控制方面的用电。应急照明系统的主照明子单元6以内区为核心向外区辐射，进而避免特殊状况发生时产生误操作。

图2为颗粒物检测单元的结构示意图，它包括激光器11、第一分光棱镜12、第一光电检测子单元、主透镜14、第二分光棱镜13、第二光电检测子单元、第三光电检测子单元和进样子单元，进样子单元位于主透镜14一侧，其它各单元位于主透镜14的另外一侧，第一光电检测子单元为雪崩式光电二极管15，第一分光棱镜12为透射与反射比为80:20的分光棱镜，激光器11发射出的激光束作为信号源，激光束经过第一分光棱镜12后分成反射激光和透射激光，占总量光强20％的反射激光被雪崩式光电二极管15接收，占总量光强80％透射激光穿过主透镜14的光心后，不改变传输方向，被特定区域内的颗粒物22散射，主透镜14焦平面和透射激光交汇点附近的后向散射光穿过透镜后形成的平行光经过第二分光棱镜13后发生反射和透射，第二分光棱镜13为透射与反射比为50:50的分光棱镜，第二和第三光电检测子单元的光电传感器为均为光电倍增管18，反射光被第二光电检测子单元接收，透射光被第三光电检测子单元接收；第二光电检测子单元包括偏振片19、滤波片16、聚焦透镜17和第一光电倍增管18，光信号经过偏振片19和滤波片16后被聚焦透镜17汇聚在第一光电倍增管18的探头上，第二光电检测的偏振片19的偏振方向与激光器11的激光偏振方向相同；第三光电检测子单元包括偏振片19、滤波片16、聚焦透镜17和第二光电倍增管18，光信号经过偏振片19和滤波片16后被聚焦透镜17汇聚在第二光电倍增管18的探头上，偏振片19的偏振方向与第二光电检测子单元的偏振片19的偏振方向相互垂直。进样子单元包括泵20和进样管21，进样管21的一端连接至泵20的出口位置，另一端固定在主透镜14焦平面和透射激光交点出1～2mm位置，泵20为电磁泵。通过分布在防护区的采样管网，将空气样品抽取到主透镜14焦平面和透射激光交点附近，该交点附近区域为1mm²，整个光学系统能够对该区域的单颗粒烟尘粒子进行检测，提高了检测精度，并通过主控单元1计数后显示出防护区的烟尘颗粒数浓度。当其达到各级报警阈值时，发出相应的报警信号，而报警阈值是根据环境的要求设定的。测得的信号，经微处理器处理后，与预先设定的报警阈值比较。如达到某一报警值，则在显示器上给出相应的报警信号。可解决普通感烟探测器无法解决的感烟探测问题，在不可见烟阶段对火灾进行极早期火灾探测，提前报警，减少火灾损失。

设雪崩式光电二极管15测得的光强为I₁，第二光电检测子单元的光电倍增管18测得的光强为I₂，第三光电检测子单元的光电倍增管18测得的光强为I₃，

当

并且

时，颗粒物22浓度持续上升，并且颗粒物22以小粒径圆形颗粒为主，主控单元1判定空气中颗粒可能为燃烧后产生的气溶胶，并通过控制电路2控制指示灯子单元7亮起黄灯；

当

并且

时，颗粒物22浓度进一步上升并且呈现加速上升阶段，空气中颗粒物22以有毒有害的不规则大颗粒烟尘为主，主控单元1判定空气异常，并通过控制电路2控制主照明子单元6全功率亮起并且指示灯子单元7亮起红灯。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，包括主控单元、控制电路、照明单元、电源、颗粒物检测单元、测温单元和振动监测单元，所述颗粒物检测单元、振动监测单元和测温单元均电连接至主控单元，

所述控制电路为调节照明单元功率和控制照明单元开启的电路，连接在照明单元和主控单元之间，所述主控单元通过控制电路实现对照明单元的控制；

所述电源为照明单元供电并受控于主控单元；

所述颗粒物检测单元为用于检测燃烧颗粒物的烟雾检测装置，受控于主控单元；

所述振动监测单元为用于测量数据中心振动量的振动检测器，受控于主控单元。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，所述颗粒物检测单元包括激光器、第一分光棱镜、第一光电检测子单元、主透镜、第二分光棱镜、第二光电检测子单元、第三光电检测子单元和进样子单元，进样子单元位于主透镜一侧，其它各单元位于主透镜的另外一侧，三个光电检测子单元均电连接至主控单元，

所述激光器发射出的激光束作为信号源，激光束经过第一分光棱镜后分成反射激光和透射激光，反射激光被第一光电检测子单元接收，透射激光穿过主透镜的光心后被颗粒物散射；

主透镜焦平面和透射激光交点附近的后向散射光穿过透镜后形成的平行光经过第二分光棱镜后发生反射和透射，反射光被第二光电检测子单元接收，透射光被第三光电检测子单元接收；

所述第二光电检测子单元包括偏振片、滤波片、聚焦透镜和光电传感器，光信号经过偏振片和滤波片后被聚焦透镜汇聚在光电传感器的探头上；

所述第三光电检测子单元包括偏振片、滤波片、聚焦透镜和光电传感器，光信号经过偏振片和滤波片后被聚焦透镜汇聚在光电传感器的探头上，偏振片的偏振方向与第二光电检测子单元的偏振片的偏振方向相互垂直。

3.根据权利要求2所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，所述第一分光棱镜为透射与反射比为80:20的分光棱镜，所述第一光电检测子单元为雪崩式光电二极管；

所述第二分光棱镜为透射与反射比为50:50的分光棱镜，所述第二和第三光电检测子单元的光电传感器为均为光电倍增管。

4.根据权利要求2所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，所述进样子单元包括泵和进样管，所述进样管的一端连接至泵的出口位置，另一端固定在主透镜焦平面和透射激光交点出1～2mm位置，所述泵为电磁泵。

5.根据权利要求3或4所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，所述电源包括变电站线路切换电源、储能站和不间断电源，所述变电站线路切换电源采用双重变电站供电，当一个变电站不能满足供电需求时，主控单元将切换另外一个变电站进行供电；所述储能站建于数据中心外侧，用于变电站线路切换电源失效时对数据中心紧急照明系统供电，能够满足至少数据中心所有设备至少2.6h的耗电，进而减少不间断电源的配置；所述不间断电源用于在变电站线路切换电源和储能站均失效而发电机尚未供电的情况下仅对紧急照明系统独立供电。

6.根据权利要求5所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，所述照明单元包括主照明子单元和指示灯子单元，均受控于控制电路；所述主照明子单元为矩阵阵列式LED，所述控制电路能够根据主控单元的命令单独开启和关闭阵列中各个位置的LED；所述指示灯子单元用于显示逃生指示，包括白色、黄色和红色三种色彩状态，白色代表正常状态，黄色代表异常状态，红色代表逃生状态。

7.根据权利要求5或6所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，不间断电源开始使用后，主控单元关闭数据中心只为应急照明系统进行供电，当不间断电源总电量高于50％时，同时全功率开启主照明子单元的全部LED并且开启红色指示灯子单元；当不间断电源总电量处于10～50％时，仅开启主照明子单元总数目一半的LED并且开启红色指示灯子单元；当不间断电源总电量低于10％时，关闭主照明子单元并且开启红色指示灯子单元。

8.根据权利要求3或6所述的一种电力系统数据中心应急照明系统，其特征在于，第二光电检测子单元的偏振片的偏振方向与激光器的激光偏振方向相同，设第一光电检测子单元测得的光强为I₁，第二光电检测子单元测得的光强为I₂，第三光电检测子单元测得的光强为I₃，

当

并且

时，主控单元判定空气中颗粒可能为燃烧后产生的气溶胶，并通过控制电路控制指示灯子单元亮起黄灯；

当

并且

时，主控单元判定空气异常，并通过控制电路控制主照明子单元全功率亮起并且指示灯子单元亮起红灯。

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