CN211603492U - 一种直流系统的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流系统的监测装置，通过与所述直流系统的电源母线电气连接的第一电压检测组件以及与所述后备电源电气连接的第二电压检测组件，采集到电源母线和后备电源的电压并将采集的电源母线电压发送给数据处理组件；利用数据处理组件计算出所述电源母线电压与所述后备电压的电压差，当所述电压差的绝对值大于预设的阈值时，判断后备电源脱离电源母线。本实用新型中检测装置能及时、可靠地检测到后备电源脱离电源母线。

Description

一种直流系统的监测装置

技术领域

本实用新型涉及直流电源安全技术领域，具体涉及一种直流系统的监测装置。

背景技术

电力系统和通信系统中，都布置有大量的直流系统。在发电站和变电站中，直流系统为信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源，是一个独立的电源，它不受发电机、站用交流电及系统运行方式的影响，通常是220V或110V。在基站中，直流系统是通信设备的正常工作电源，通常是-48V。在机房中，由于有通信设备和计算机设备同时存在，故常有-48V直流系统和UPS的直流单元两种同时存在。直流系统正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用，在外部交流电中断的情况下，由后备电源即蓄电池组继续向负载提供直流电源。

作为直流电源系统的核心部件，蓄电池组必须一直挂载在直流电源上，当正常电源失电时，需要后备电池立刻能向负载供电，以保证系统持续运行。在实际工作中，由于线路故障或是操作失误等原因，蓄电池会脱离开直流电源，时间一长蓄电池本身储存的电能便因自放电而逐渐消耗掉。一旦正常电源失电，整个系统立即瘫痪。有些直流系统，安装了“电池巡检仪”这一装置，从设备功能上说，电池巡检仪是能够检测出来蓄电池脱开电源这一状态的，但是在多数情况下要么是告警信息没有专人负责查看，要么是告警信息转现场处理的是流程过长，风险很高；有些直流系统没有专门监测蓄电池状态的设备，只依靠直流开关电源内置的监控装置来检测直流系统各项参数，对于蓄电池脱开直流电源的状态无法可靠、有效的检测出来。

因此，如何可靠、有效的检测出蓄电池脱开直流电源已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种直流系统的监测装置，用以解决现有的直流电源监控装置无法检测出后备电源脱开直流电源的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种直流系统的监测装置，包括数据处理组件、第一电压检测组件和第二电压检测组件，所述数据处理组件分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件，用于采集电源母线的电压并将采集得到的电源母线的电压值发送给数据处理组件；

所述第二电压检测组件，用于采集后备电源的电压并将采集得到的后备电源的电压值发送给数据处理组件；

所述数据处理组件，用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，并计算出所述电源母线的电压值与所述后备电源的电压值之间的电压差，当所述电压差的绝对值大于预设的阈值时，判断后备电源脱离电源母线。

优选的，还包括报警组件；

所述数据处理组件还用于在当所述电压差的绝对值大于预设的阈值时，产生报警信号并发送给报警组件；

所述报警组件与所述数据处理组件连接，用于当接收到来自所述数据处理组件的报警信号后，通过以下至少一种方式进行报警：

声光告警、发送短信、拨打电话和APP推送报警信息。

优选的，所述数据处理组件和所述报警组件设置于管理中心，所述管理中心、第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第一通信模块和/或第二通信模块，所述管理中心通过第一通信模块和/或第二通信模块分别与所述第一电压检测组件和所述第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件还用于通过第一电压检测组件的第一通信模块和/或第二通信模块将采集得到的电源母线的电压值发送给管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块；

所述第二电压检测组件还用于通过所述第二电压检测组件的第一通信模块和/或第二通信模块将采集得到的后备电源的电压值发送给管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块；

所述管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，并将接收到的电源母线的电压值和后备电源的电压值传输给数据处理组件。

优选的，所述第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第二通信模块，所述数据处理组件上设置有第一通信模块和第二通信模块，所述管理中心上设置有第一通信模块，所述数据处理组件通过第一通信模块与管理中心连接；所述数据处理组件通过第二通信模块分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件、第二电压检测组件的第二通信模块用于将采集到的电源母线的电压以及后备电源的电压传输给数据处理组件；

所述数据处理组件上的第二通信模块用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，所述数据处理组件上的第一通信模块用于将所述电源母线的电压值和后备电源的电压值的比较结果传输给管理中心，所述管理中心的第一通信模块用于接收所述电源母线的电压值和后备电源的电压值的比较结果。

优选的，还包括装设于值班室内的值班室报警模块，

所述数据处理组件还用于在当所述电压差大于预设的阈值时，产生报警信号并发送给值班室报警模块；

所述值班室报警模块与所述数据处理组件进行通信，并用于当接收到来自所述数据处理组件的报警信号后进行声光告警。

优选的，所述第一通信模块为远距离无线通信模块，具体为GPRS模块、NB-IoT模块以及3G/4G/5G模块中的一种或者任意几种的组合；所述第二通信模块为近距离无线通信模块，具体为ZigBee模块、LoRa模块、蓝牙模块以及WIFI模块中的一种或者任意几种的组合。

优选的，所述第一电压检测组件和第二电压检测组件，均配置有带充电功能的电池供电模块。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中的直流系统的监测装置，通过与第一电压检测组件以及与第二电压检测组件，分别采集到电源母线的电压值和后备电源的电压值；根据二者的电压差的绝对值与预设的阈值的比较，判断后备电源脱离电源母线。相比起现有技术而言，能及时、可靠的检测出后备电源脱离电源母线，并可进行安全的在线操作，不影响当前业务正常运行。

2、在优选方案中，本实用新型中的数据处理组件通过第一通信模块与管理中心连接；能实现远程监控直流系统的健康状态。且数据处理组件通过第二通信模块分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；能快速的接收到来自第一电压检测组件发送来的电源母线的电压值和来自第二电压检测组件发送的后备电源的低压值。

3、在优选方案中，本实用新型中直流系统的监测装置设置了报警组件，报警组件可以通过声光告警、发送短信、拨打电话和/或APP推送报警信息，以便于工作人员发现直流系统的故障并及时处理。

4、在优选方案中，本实用新型中的第一电压检测组件和第二电压检测组件，均配置有带充电功能的电池供电模块；在有些检修工况下，电源母线下电、同时母线与电池间连接线断开，这是母线是没有电的，这个时候第一电压检测组件就以后自带的后备电源供电，在这个时候整套装置肯定会告警，但是因为检修是计划当中的工况，所以管理人员收到告警也不会处理；蓄电池的电量是会逐渐耗尽的，当蓄电池电压极低时，可能也维持不了第二电压检测组件的工作，这时其后备电源会自动给检测组件供电。充电电源来自于各自的电压采集处，当充电电源掉电时自动切换到后备电池进行供电。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例1的直流系统的监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例3的直流系统的监测装置的结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例4的直流系统的监测装置的结构示意图。

图中各标号表示：

1、电源母线；2、连接电缆；3、后备电源的正极接线柱；4、后备电源的负极接线柱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。以下实施例中的技术特征都能相互组合，实施例仅作为示例，不作为对技术特征的正常组合限制。

在本实用新型中，第一通信模块为远距离无线通信模块，具体为GPRS模块、NB-IoT模块以及3G/4G/5G模块中的一种或者任意几种的组合；第二通信模块为近距离无线通信模块，具体为ZigBee模块、LoRa模块、蓝牙模块以及WIFI模块中的一种或者任意几种的组合。

在本实用新型中，第一电压检测组件和第二电压检测组件是指能采集电压值的设备或组件，具体可以为电压传感器。

实施例1：

如图1所示，在本实施例中，一种直流系统的监测装置，包括数据处理组件、第一电压检测组件和第二电压检测组件，数据处理组件分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；第一电压检测组件与电源母线1直接连接，用于采集电源母线1的电压值，并将采集的电源母线1的电压值发送给数据处理组件；第二电压检测组件与后备电源的正极接线柱3和后备电源的负极接线柱4上直接连接，用于采集后备电源(通常为电池)的电压值，并将采集的后备电源的电压值发送给数据处理组件。

数据处理组件用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线1的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，并计算出电源母线的电压值与后备电源的电压值之间的电压差，当电压差的绝对值大于预设的阈值时，判断后备电源脱离电源母线1，当电压差的绝对值不大于预设的阈值时，判断后备电源未脱离电源母线1，继续进行实时、定期或者不定期的电压采集。本实用新型的两个电压值的电压差通过晶体管电路的减法器实现，通过减法器之后增加一个比较器实现电压差与阈值的对比，可以采用现有的通用的电路实现，也可以采用外购的电路板。

考虑到实际电压检测的精度一般都在1％以内，可将阈值设为2％。实际上若直流母线和电池电气连接的情况下，测量得到的电压值绝对差应当在电压检测的精度范围内，即-1％～+1％。

正常工作时，后备电源通过连接电缆2与直流电源母线1电气连接，第一电压检测组件与第二电压检测组件所测得的电压值是相同的；当后备电源出于维护或者线路故障等原因，后备电源与直流电源母线1在电气上分隔，第一电压检测组件与第二电压所测得的电压会不同。正常工作时，后备电源连接在直流电源上，处于浮充状态，浮充电压一般均高于后备电源在放电状态下的电压；当后备电压脱离直流电源母线1后，后备电源的电压会立即降低，而直流电源的输出电压仍然保持在浮充电压。因此，可以通过比较后备电源电压值和直流电源母线电压值的差值来判断后备电源是否脱离电源母线1。因此本实用新型采集后备电源电压和直流电源母线1的电压并利用二者的电压差与预设的阈值比较来判断后备电源是否脱离电源母线1，能可靠的检测出后备电源脱离电源母线1的状态。

实施例2：

如图1所示，本实施例是实施例1的扩展例，本实施例的直流系统的监测装置的结构与实施例1基本相同，在此不再赘述。二者的不同之处在于：本实施例的数据处理组件还与一值班室报警模块连接，且本实施例中的数据处理组件设置在管理中心。管理中心、第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第一通信模块和/或第二通信模块，管理中心通过第一通信模块和/或第二通信模块分别与第一电压检测组件、第二电压检测组件进行通信；第一电压检测组件通过设置在其上的第一通信模块和/或第二通信模块将检测到的电源母线的电压值传输给管理中心上的数据处理组件；第二电压检测组件通过设置在其上的第一通信模块和/或第二通信模块用于将采集的后备电源的电压传输给管理中心上的数据处理组件；数据处理组件通过管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值。数据处理组件将后备电源的电压值和第一电压检测组件检测的电源母线的电压值进行比较，判断后备电源是否脱离电源母线。

当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件通过设置管理中心上的第一通信模块和/或第二通信模块将报警信号发送给值班室报警模块，控制值班室报警模块报警。

此外，在本实施例中，管理中心上还设置有报警组件，当管理中心上的数据处理组件判断后备电源是否脱离电源母线后，还控制设置在管理中心上的报警组件发出“电池脱离直流母线”的告警，提醒管理中心平台上的值班人员。

在本实施例中，当第一电压检测组件、第一电压检测组件分别通过第一通信模块与管理中心通信时，即第一通信模块使用运营商网络的通信模块，如GPRS模块、3G模块、4G模块以及5G时，管理中心设置在公网上。

当第一电压检测组件、第一电压检测组件分别通过第二通信模块与管理中心通信时，即第一电压检测组件、第一电压检测组件分别通过短距离无线局域网与管理中心通信时，如ZigBee、蓝牙、LoRa、433MHz通信等，相应的管理中心则设置在无线局域网的集中器上。

本实施例的直流系统的监测装置的报警组件选用外购的成套的报警模块，具有：声光告警、发送短信、拨打电话和APP推送报警信息的功能。当报警组件接收到来自数据处理组件的报警信号后，通过以下至少一种方式进行报警：声光告警、发送短信、拨打电话和APP推送报警信息，以便通知工作人员进行及时处理。

本实施例中可以将多个监测装置报警模块都设置在管理中心，这样，就便于管理中心的工作人员集中监测不同区域的直流系统，当不同区域的直流系统发送报警时，也能在同一个地方及时发现，能节省人力资源。

此外，在本实施例中可以将多个监测装置的数据处理组件都设置为管理中心的数据处理组件，这样能使用一个数据处理组件判断多个直流系统的健康状态，节省硬件资源，此外使用同一个数据处理组件还便于统计多个直流系统的健康状态。

此外，在本实施例中，管理中心的物理位置可以设置在某个直流系统的现场，也可以设置在其他远离直流系统的其他地方。本实施例是集群式的系统，一个平台(管理中心)接入有很多套装置(监测点)，所有的监测点都可在平台查看数据和处理；平台负担数据处理的任务，也就是说所有电压检测模块将数据发送到平台后，由平台来计算判断是否超出阈值。所有的检测模块，都只用了一个外部通信模块，也就是直接介入平台的无线通信模块。

实施例3：

如图2所示，本实施例是实施例1的扩展例，本实施例的直流系统的监测装置的结构与实施例1基本相同，在此不再赘述。二者的不同之处在于：本实施例的数据处理组件分别与报警组件和值班室报警模块连接，数据处理组件和报警组件都设置在第一电压检测组件上，值班室报警模块、第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第二通信模块，数据处理组件和第二电压检测组件通过设置在第一电压检测组件上的第二通信模块和设置在第二电压检测组件上的第二通信模块通信；数据处理组件和值班室报警模块通过设置在第一电压检测组件上的第二通信模块和设置在值班室报警模块的第二通信模块进行通信；

在本实施例中，相关数据的传输流程为：第二电压检测组件通过设置在其上的第二通信模块将检测到后备电源的电压值发送给设置在第二电压检测组件的数据处理组件，数据处理组件将后备电源的电压值和第一电压检测组件检测的电源母线的电压值进行比较，判断后备电源是否脱离电源母线，当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件通过设置第一电压检测组件上的第二通信模块将报警信号发送给值班室报警模块，控制值班室报警模块报警。

此外，当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件还控制设置第一电压检测组件上的报警模块直接报警。

在本实施例中，数据处理组件和报警组件都设置在第一电压检测组件上的优点是：整套装置能够独立运作，不需要平台进行计算和展示、告警，所有功能本地就能实现。

在本实施例中，数据处理组件通过第一电压检测组件的第二通信模块(如，具体为ZigBee模块、LoRa模块、蓝牙和/或WIFI中的一种或任意几种的组合)分别与值班室报警模块、第一电压检测组件通信，能快速且准确的接收到第二电压检测组件发送过来的电压值。在本实施例中设备不需要接入平台，使用的通信模块只要本地无线局域网即可，不需要运营商网络(模块贵、要月租费等)，平台所需要的服务器也省掉了，而且对于偏远地区来说，不一定有稳定的手机信号，这个案例只需要本地局域网就能运转。

此外，本实施例中的第一电压检测组件和第二电压检测组件，均配置有带充电功能的电池供电模块；在有些检修工况下，电源母线下电、同时母线与电池间连接线断开，这是母线是没有电的，这个时候第一电压检测组件就以后自带的后备电源供电，在这个时候整套装置肯定会告警，但是因为检修是计划当中的工况，所以管理人员收到告警也不会处理；蓄电池的电量是会逐渐耗尽的，当蓄电池电压极低时，可能也维持不了第二电压检测组件的工作，这时其后备电源会自动给检测组件供电。充电电源来自于各自的电压采集处，当充电电源掉电时自动切换到后备电池进行供电。

实施例4：

如图3所示，本实施例是实施例1的扩展例，本实施例的直流系统的监测装置的结构与实施例1基本相同，在此不再赘述。二者的不同之处在于：

本实施例的数据处理组件分别与管理中心、报警组件以及值班室报警模块连接，数据处理组件和报警组件都设置在第一电压检测组件上，第一电压检测组件上设置有第一通信模块和第二通信模块，值班室报警模块和第二电压检测组件上分别设置有第二通信模块，管理中心上设置有第二通信模块；数据处理组件通过设置在第一电压检测组件上的第二通信模块分别与第二电压检测组件、值班室报警模块进行通信；数据处理组件通过设置在第一电压检测组件上的第一通信模块与管理中心进行通信。

在本实施例中，相关数据的传输流程为：第二电压检测组件通过设置在其上的第二通信模块将检测到后备电源的电压值发送给设置在第二电压检测组件的数据处理组件，数据处理组件将后备电源的电压值和第一电压检测组件检测的电源母线的电压值进行比较，判断后备电源是否脱离电源母线，当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件通过设置第一电压检测组件上的第二通信模块将报警信号发送给值班室报警模块，控制值班室报警模块报警。如当数据处理组件判断后备电源脱离母线时，则通过发送报警信号至设置在值班室的报警模块，报警模块则发出“电池脱离直流母线”的声光告警，提醒值班人员，报警模块为外购件，直接安装即可。

此外，当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件通过设置第一电压检测组件上的第一通信模块将电源母线的电压和后备电源的电压比较结果发送给管理中心。

此外，当判断出后备电源脱离电源母线后，数据处理组件还控制设置第一电压检测组件上的报警模块直接报警。

在本实施例中的第一电压检测组件和第二电压检测组件为电压传感器，第一通信模块为运营商通信模块，具体为GPRS模块、NB-IoT模块和/或3G/4G/5G模块中的一种或任意几种的组合；第二通信模块为近距离通信模块，具体为ZigBee模块、LoRa模块、蓝牙和/或WIFI中的一种或任意几种的组合。

本实施例中的数据处理组件通过第一通信模块与管理中心连接；能实现远程监控直流系统的健康状态。且数据处理组件通过第二通信模块分别与值班室报警模块和第二电压检测组件进行通信；能快速的接收到来自第一电压检测组件发送来的电源母线的电压值和来自第二电压检测组件发送的后备电源的低压值。

综上可知，本实用新型中的直流系统监测装置以及方法，通过与第一电压检测组件以及第二电压检测组件，采集电源母线电压值与后备电源的电压值，根据二者的电压差与预设的阈值比较来判断后备电源是否脱离电源母线，能及时、可靠的检测出后备电源脱离电源母线，并能在线进行检测，且安装不影响当前业务正常运行。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流系统的监测装置，其特征在于，包括数据处理组件、第一电压检测组件和第二电压检测组件，所述数据处理组件分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件，用于采集电源母线的电压并将采集得到的电源母线的电压值发送给数据处理组件；

所述第二电压检测组件，用于采集后备电源的电压并将采集得到的后备电源的电压值发送给数据处理组件；

所述数据处理组件，用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，并计算出所述电源母线的电压值与所述后备电源的电压值之间的电压差，当所述电压差的绝对值大于预设的阈值时，判断后备电源脱离电源母线。

2.根据权利要求1所述的直流系统的监测装置，其特征在于，还包括报警组件；

所述数据处理组件还用于在当所述电压差的绝对值大于预设的阈值时，产生报警信号并发送给报警组件；

所述报警组件与所述数据处理组件连接，用于当接收到来自所述数据处理组件的报警信号后，通过以下至少一种方式进行报警：

声光告警、发送短信、拨打电话和APP推送报警信息。

3.根据权利要求2所述的直流系统的监测装置，其特征在于，所述数据处理组件和所述报警组件设置于管理中心，所述管理中心、第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第一通信模块和/或第二通信模块，所述管理中心通过第一通信模块和/或第二通信模块分别与所述第一电压检测组件和所述第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件还用于通过第一电压检测组件的第一通信模块和/或第二通信模块将采集得到的电源母线的电压值发送给管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块；

所述第二电压检测组件还用于通过所述第二电压检测组件的第一通信模块和/或第二通信模块将采集得到的后备电源的电压值发送给管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块；

所述管理中心的第一通信模块和/或第二通信模块用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，并将接收到的电源母线的电压值和后备电源的电压值传输给数据处理组件。

4.根据权利要求2所述的直流系统的监测装置，其特征在于，所述第一电压检测组件和第二电压检测组件上分别设置有第二通信模块，所述数据处理组件上设置有第一通信模块和第二通信模块，所述数据处理组件通过第一通信模块与管理中心的第一通信模块连接；所述数据处理组件通过第二通信模块分别与第一电压检测组件和第二电压检测组件进行通信；

所述第一电压检测组件、第二电压检测组件的第二通信模块用于将采集到的电源母线的电压以及后备电源的电压传输给数据处理组件；

所述数据处理组件上的第二通信模块用于接收分别来自第一电压检测组件的电源母线的电压值和第二电压检测组件的后备电源的电压值，所述数据处理组件上的第一通信模块用于将所述电源母线的电压值和后备电源的电压值的比较结果传输给管理中心，所述管理中心的第一通信模块用于接收所述电源母线的电压值和后备电源的电压值的比较结果。

5.根据权利要求2所述的直流系统的监测装置，其特征在于，还包括装设于值班室内的值班室报警模块，

所述数据处理组件还用于在当所述电压差大于预设的阈值时，产生报警信号并发送给值班室报警模块；

所述值班室报警模块与所述数据处理组件进行通信，并用于当接收到来自所述数据处理组件的报警信号后进行声光告警。

6.根据权利要求4所述的直流系统的监测装置，其特征在于，所述第一通信模块为运营商无线通信模块，具体为GPRS模块、NB-IoT模块以及3G/4G/5G模块中的一种或者任意几种的组合；所述第二通信模块为近距离无线通信模块，具体为ZigBee模块、LoRa模块、蓝牙模块以及WIFI模块中的一种或者任意几种的组合。

7.根据权利要求1所述的直流系统的监测装置，其特征在于，所述第一电压检测组件和第二电压检测组件，均配置有带充电功能的电池供电模块。

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