CN103630255A - 对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种对运行中的UPS的电容温度进行在线监测的***。该***包括在UPS中的每个电容的表面均设置线性温度传感器探头和报警温度传感器探头；在UPS中的电容周围的空气中设置线性温度传感器探头；设置在电容表面的每个线性温度传感器探头和设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头的电缆线分别延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器、测温电路以及显示器相连；设置在每个电容表面的各报警温度传感器探头相互串联，串联后通过电缆线延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器和温度报警器相连。本发明实施例不仅可以测量出处于工作状态的UPS内电容的温度，而且在各电容异常时，还可以及时发出警告信息。

Description

对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***

技术领域

本发明涉及通信电源领域，特别地，涉及一种对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***。

背景技术

UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）设备是通信领域广泛使用的后备交流电源设备。UPS设备需要在其交流输入端、直流端、交流输出端接入若干容量高达千微法甚至上万微法的大容量电解电容，以满足UPS电源滤波、蓄能、稳压的工作需要。

电解电容的一个主要缺陷是容易受电源杂波、谐波与温度的影响而加速老化、品质劣化。而大容量电解电容一旦出现严重劣化，则容易导致电容温度上升、形体变形鼓胀或电解液漏液，最后很可能出现内部两极击穿短路或者外部电解液流动让电容两极短路。大容量电解电容电压高、容量大，一旦出现短路，内部聚集的高能电荷会使电容发生炸裂甚至起火燃烧，带来严重通信供电故障或火灾安全事故，因此尽快发现电解电容老化与劣化的迹象是消除UPS电容炸裂或起火隐患的重要前提。

大量理论和经验表明，大容量电解电容温度升高是电容内部发生异常的重要标志，因此检测UPS电容表面温度变化情况可以比较准确地掌握处于运行状态的UPS内的电解电容的质量变化。由于通信网络设备供电的不间断性要求和UPS设备高电压、大电流的工作模式等各种客观条件限制，发明人发现，要检测通信机房处于运行状态的UPS的内部电容的温度是一件非常困难的事，原因如下：

（1）目前UPS设备本身没有配置对每个电容温度自动测量的装置，要检测UPS电容温度，必须由技术人员打开设备机箱，从外部进行测量。

（2）出于通信生产安全考虑，通信机房里的UPS设备在工作状态时都要合上所有机箱面板，因此在UPS设备正常工作时工作人员无法在UPS设备外面直接测量里面的电容温度情况和检查电容外观情况。

（3）在通信局站内，若要将一台正在生产运行的UPS停机、打开机柜面板检修其内部情况，则需要经过非常严格的生产管理审批流程，而且UPS后面所接负载设备必须做好备份处理和业务安排，防止因停电操作导致整个UPS***供电中断，影响通信生产，所以处于运行状态的UPS设备即便有些简单故障要停电一次加以维修都非常困难，更不要说经常性定期停电检查电容的做法了。

（4）退一步说，即使能有机会让处于运行状态的UPS停电检查，由于UPS设备停止工作了，电容又不在正常带载工作状态，纹波电流自动消除，也就不怎么发热了，表面温度明显下降，仍然无法检测到电容实际工作温度升高情况。

由此可见，在通信机房中让处于正常工作状态的UPS停机检测电容温度是一件非常困难的事情，需要多个部门的配合、做好周密的计划才能完成，因此，目前要定期频繁地检查UPS电解电容是一件不现实的事情。

发明内容

本发明实施例要解决的一个技术问题是提供一种对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，能够实时监测处于运行状态的UPS中的各电容的温度状况。

本发明实施例提供了一种对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，包括在不间断电源UPS中的每个电容的外表面均设置线性温度传感器探头和报警温度传感器探头；在UPS中的电容周围的空气中设置线性温度传感器探头；设置在电容表面的每个线性温度传感器探头和设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头的电缆线分别延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器、测温电路以及显示器相连；设置在每个电容表面的各报警温度传感器探头相互串联，串联后通过电缆线延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器和温度报警器相连。

本发明实施例提供的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，由于将用于准确测温的线性温度传感器探头和用于报警的报警温度传感器探头直接设置在UPS内部的各电容表面，因此不仅可以直接测量出处于工作状态的UPS内各电容的表面温度，而且在各电容工作异常时，即各电容的表面温度过高时还可以通过报警器及时发出警告信息，解决了现有技术中无法监测处于工作状态的UPS中的电容温度的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是本发明对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***的一个实施例的结构示意图。

图2是本发明中电容外表面与电容周围温度测量电路实例的示意图。

图3是本发明中一种正温度系数热敏电阻的温度-电阻值关系曲线示意图。

图4是本发明中电容外表面温度超限报警电路实例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

从电解电容材料特性和使用经验来看，UPS设备内的大容量电解电容的老化过程往往伴随着电解电容的内部温度上升过程，也就是说，电容内部温度的变化是电容变化的一个关键信号，电容内部温度升高后热量就加大了，时间久了热量会传递到电容外壳，导致电容外壳温度的升高，当然，内外温度会有小小的差距，形成一个温度梯度，但二者相差很小，因此，可以借鉴电容外表面的温度来反映电容内部的温度。根据所测量的UPS设备工作状态下电解电容的外表面温度就可以判断出电容是否出现了异常。对电容出现温度异常的UPS设备进行停机检查并更换电容，通过这种方式可以实现对劣化电容的及时发现、及时处理，以消除UPS电容的安全隐患。

本发明下述实施例利用热敏电阻和热电偶做贴片式微型温度探头，将其紧贴并固定在UPS设备内部的每个大容量电解电容的外表面，同时在电容附近空气中也布置一个温度探头。电容表面温度的变化和空气温度的变化将引起贴片式温度探头电阻值的变化。将每个电容表面和电容周围空气中的温度探头的测试电缆线集中在一起延伸到UPS机箱板的外面。在UPS设备机箱外面将所有温度探头的测试电缆集中在一起形成一个标准的多路排针的电缆接插口。利用一种标定好的温度测试仪，与UPS机箱外面的温度测试接口相接，即可直接测试UPS内部各电容外表面的温度。

这种电容温度测试方法可在UPS不停机、不打开面板的前提下完成对UPS设备内部大容量电解电容的表面温度测试与检查工作，帮助通信机房UPS设备人员在保持UPS处于正常运行状态下进行UPS电容维护检查的愿望。一旦发现有电容温度超过正常标准限制，意味着有电容出现异常，则可以做好UPS停机检查的计划，及时开箱检查电容是否出现外形变化，包括漏液、鼓胀、变形、变色等现象。

图1是本发明对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***的一个实施例的结构示意图。

如图1所示，该实施例中的***10可以包括线性温度传感器探头102、报警温度传感器探头104、电阻温度采集器106、测温电路108、显示器110以及温度报警器112。

其中，在UPS中的每个电容的外表面均设置线性温度传感器探头102和报警温度传感器探头104，线性温度传感器探头用于测量每个电容外表面的具体温度值，而报警温度传感器探头则不用来测量具体的温度值，其在常温下变化极小，在温度临界点随温度升高电阻值快速变化，因此可以用来快速发现超温的危险性。

上述两种温度传感器探头的工作原理不同：为了测量具体的温度值，线性温度传感器探头必须工作在某个温度与电阻值的线性区间内，即，随着温度的变化，电阻值也发生相应的变化，而报警温度传感器探头所测量出的温度并不与电阻值程线性关系，其在某个温度阈值以下时，电阻值较小，在该温度阈值以上时，电阻值发生突变，以实现报警的目的。

在UPS中的电容周围的空气中设置线性温度传感器探头102，以监测电容周围的温度。

设置在电容表面的每个线性温度传感器探头102和设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头102的电缆线分别延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器106、测温电路108以及显示器110相连，其中，将与探头相连的电缆线延伸到UPS机箱外的目的是便于在UPS工作的同时测量UPS内各电容的温度，经过电阻温度采集器106之后，获得与温度相对应的电阻值，再经测温电路108后即可得到电容外表面和电容周围的实际温度，为了便于维护，可以通过显示器110对温度进行显示。具体地，电阻温度采集器可以利用现有的任何能实现该功能的采集器，测温电路能够根据温度与电阻值的线性关系得出与电阻值对应的温度值。

设置在每个电容表面的各报警温度传感器探头104相互串联，串联后通过电缆线延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器106和温度报警器112相连。在实现报警功能时，可以不进行具体温度的测量，仅在电阻值发生突变，即，温度高于某个阈值时发出警报，此时，如需确定是哪个或哪些电容温度过高，则可以再通过上述测温电路获得每个电容外表面的具体温度值。

该实施例可以在电容只是有些发热，但还没有出现高温***之前提前消除故障安全隐患，对UPS维护有效性、UPS供电可靠性有极大帮助作用，真正实现了预维护的目标要求。

其中，为了保证温度测量的准确性，可以将线性温度传感器探头102与报警温度传感器探头104紧贴在电容的外表面，接触时间超过几分钟就可以使温度探头的电阻值发生相应变化，温度越高，电阻值变化越明显。电阻值的变化经过标定好的测温电路就可以准确地测量出温度值。

可选地，线性温度传感器探头102可以为热电偶，热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶所测量出的温度与电阻值成线性正比。报警温度传感器探头可以为热敏电阻，热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器和负温度系数热敏电阻器，热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低。进一步地，该热敏电阻可以为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻，热敏电阻与温度成非线性关系，常温时电阻变化很小，高温时温度升高1度，电阻值可以翻倍地增加。

进一步地，线性温度传感器探头的温度测量范围至少不小于0～150度，并且在温度测量范围内电阻值与温度值之间呈现线性关系，以根据电阻值准确地确定出其所对应的温度值。

另外，设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头与各电容的距离可以介于10厘米与15厘米之间，如果该探头太靠近电容，会被电容的表面温度干扰，太远离电容又不能代表电容区域的真实环境情况。可见，如果与电容的距离过小或过大均不能准确测量出电容周围空气的温度。

为了便于监测与维护，在UPS机箱外部，将自UPS机箱内部引出的与各温度传感器探头相连的电缆线集成为一个标准的接插口，通过该标准的接插口可以方便地连接到其他设备或仪表上。其中，温度报警器通过电阻温度采集器与标准的接插口永久连接，以及时发现警情。显示器可以通过电阻温度采集器与测温电路永久连接或在进行温度监测时再连接。当警情出现或维护人员需定期记录UPS内各电容温度的变化状况时，可以将该插接口通过电阻温度采集器与测温电路连接到显示器上。

接下来，再通过一个具体实例来说明不开箱、不停机检测UPS内电解电容温度的***与方法。

（1）利用热电偶做贴片式微型温度探头，紧贴并固定在UPS设备内部的每个大容量电解电容的外表面。探头的外形尺寸建议选择贴片式，大小不大于10mm*5mm（长×宽）。温度测量有效范围不小于0~150℃。比较合适的探头是铠装温度传感器热电阻和热敏电阻。

（2）UPS用电容全面温度测试***参见图1，具备对电容外表面温度和空气温度进行测试及电容外表面温度超限测试及报警功能。超温报警是设定电阻门限，不需要精确温度值，即电阻值，假如设定85度对应的电阻门限是800Ω，不管是真实温度产生的电阻是800Ω还是900Ω，都是一样报警。

（一）电容外表面温度的测量

在每个电容的外表面贴一个微型温度传感电阻探头，以准确测量每个电容表面的温度。每个探头的连接导线一直拉到UPS机箱外，汇集成标准接口。要求这种温度探头在0-150℃温度范围内温度-电阻值呈线性相关，测试结果准确，测试电路参见图2。

（二）电容周边空气温度测试

在UPS内的电容密集区域的电容排或电容板中间上方的空间，与电容不接触，且离电容的最小距离不小于10cm处布置一个测试UPS内部空气温度的温度传感器探头，准确测量电容分布区域空气环境温度，掌握电容实际温升情况。该探头的连接导线一直拉到UPS机箱外汇集成标准接口。这种温度探头要求在0-150℃温度内温度-电阻值线性很好，测试结果准确，测试电路参见图2。

对于测量电容外表面温度和空气温度的温度探头，一般采用热电阻元件，其具有以下特性：

①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。

②电阻率高，热容量小，反应速度快。

③材料的复现性和工艺性好，价格低。

④在测温范围内化学物理特性稳定。

热电阻的电阻与温度之间的关系接近于线性，例如，铂电阻温度探头在0～630℃范围内可用下式表示：R_t＝R₀×(1+At+Bt²)，在-190～0℃范围内可用下式表示：R_t＝R₀×(1+At+Bt²+Ct³)。

式中：R₀和R_t分别为温度在0℃及t℃时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B和C为温度系数，由实验确定，A＝3.9684×10^-3/℃，B＝-5.847×10^-7／℃²，C＝-4.22×10^-l2/℃³.

（三）电容表面温度超限测试及报警

每个电容的外表面同样也贴一个微型温度传感电阻探头，所有探头串联起来，最后测试导线一直拉到UPS机箱外汇集成标准接口。多个电容探头相加会出现电阻增加的问题，但温度到临界点带来的电阻值升高比多个电容的电阻值相加要大得多，例如，一个UPS有5个电容，正常温度在40度，5个探头处于正常，每个探头阻值处于20Ω，5个探头串联的总电阻为100Ω，而一个电容内部温度异常升高到80度时，其探头阻值在900Ω以上，若电阻报警门限设定在800Ω，就能区分是单个电容温度超限还是多个电容温度上升。此外，利用串联方式可用显著减少测量告警电路的数量。

这种温度探头要求采用旁热式阶跃型正温度***热敏电阻，在某个特定温度（例如，85℃）以下阻值基本不变，呈欧姆数量级低阻态（例如，1Ω），在某个特定温度（例如，85℃）以上阻值发生突变，在温度上升10~20度内电阻值可上升到千欧姆水平，呈千欧姆数量级高阻态。图3示出了一种正温度系数热敏电阻的温度-电阻值关系曲线示意图。在该图中，横轴表示温度，纵轴表示电阻值，可见，在85度左右出现电阻值发生了突变。将每个温度探头分别引出测试电缆线，并延伸到UPS机箱板的外面。

对于电容外表面温度超限报警的温度探头，一般采用正温度系数高分子热敏电阻元件，其具有以下特性：

①常温时电阻值非常小，以不大于1Ω为宜。

②电阻值随温度的上升而上升，即正温度系数。

③正温度系数热敏电阻的温度突变上升理论拐点在85℃左右，80~100℃以上阻值突变系数ΔR/ΔT≥2~10，100℃以上电阻值向上变化系数ΔR/ΔT≥200~1000，85℃以下阻值变化系数ΔR/ΔT≤0.1。

（3）在UPS设备外面将所有温度测试电缆集中在一起统一成一个标准的接插口，数量多则可以形成多个标准接插口，该标准插接口只要是一般的9针电缆插头接口即可，例如，RS232接口。

（4）用电缆将同样具有标准接口的标定好的电阻温度采集器与UPS外壳上的温度测试电缆接插口相接，再送到测温电路和显示器即可直接测试电容的外表面温度和UPS内部的空气温度。通过测试电阻突变的探头串联线路，将电容温度升高到一定程度引起探头电阻的突发性变化数据传递出来，触发电容温度超限报警电路，能实现对UPS内任一电容异常高温超过上限可能带来安全事故的预警，测试电路参见图4。

（5）一般情况下，UPS内部运行温度在40度以下，如果出现故障，温度会升高，在出现温度过高报警时，对比每个电容外表面温度和电容附近空间的空气温度，若确实存在某一个电容的外表面温度比其他电容高出许多，例如，高出20度，则可以判断电容出现了异常情况。若发现所有电容的外表面温度普遍偏高，且UPS内的空气温度也偏高，则应该是UPS设备本身运行状态出现了异常情况。

上述电容温度测试方法可在不停机、不打开UPS设备面板的前提下完成对UPS设备内部大容量电解电容的表面温度测试与检查工作，帮助通信机房UPS设备人员实现在保持UPS处于正常运行状态下进行UPS电容维护与检查的愿望。

在一般情况下，本发明只需做好UPS设备内电容温度探头和测试电缆的布置，在UPS机箱外预留测试接口，维护人员到现场巡检时，将包括电阻温度采集器、测温电路和显示器的温度测试仪接入接口，即可读出每个电容的温度数据。在需要实时掌握UPS设备内电容温度情况时，也可长期接入温度测试仪；也可以通过智能测温装置的智能接口上传至监控中心。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，包括：

在不间断电源UPS中的每个电容的外表面均设置线性温度传感器探头和报警温度传感器探头；

在UPS中的电容周围的空气中设置所述线性温度传感器探头；

设置在电容表面的每个线性温度传感器探头和设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头的电缆线分别延伸到UPS机箱外部，并依次与电阻温度采集器、测温电路以及显示器相连；

设置在每个电容表面的各报警温度传感器探头相互串联，串联后通过电缆线延伸到UPS机箱外部，并依次与所述电阻温度采集器和温度报警器相连。

2.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述线性温度传感器探头与所述报警温度传感器探头紧贴在电容的外表面。

3.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述线性温度传感器探头为热电偶。

4.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述报警温度传感器探头为热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，设置在电容周围空气中的线性温度传感器探头与各电容的距离介于10厘米与15厘米之间。

6.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述线性温度传感器探头的温度测量范围不小于0～150度，并且在所述温度测量范围内电阻值与温度值之间呈现线性关系。

7.根据权利要求4所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

8.根据权利要求1所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，在UPS机箱外部，将自UPS机箱内部引出的与各温度传感器探头相连的电缆线集成为一个标准的接插口。

9.根据权利要求8所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述温度报警器通过所述电阻温度采集器与所述标准的接插口永久连接。

10.根据权利要求8所述的对运行中的不间断电源的电容温度进行在线监测的***，其特征在于，所述显示器通过所述电阻温度采集器与测温电路永久连接或在进行温度监测时连接。

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