电能质量在线监测装置的备用电源可以外接吗？

电能质量在线监测装置的备用电源支持外接，这是提升数据连续性和系统可靠性的重要手段。以下是具体实现方式、技术细节及行业实践：

一、外接备用电源的核心类型与应用场景

1. 工业级 UPS（不间断电源）

技术原理：通过铅酸 / 锂电池组存储电能，市电中断时通过 DC/DC 模块为装置提供稳定直流电源（如 DC 24V），支持全功能运行（数据采集、存储、通讯）。

典型配置：

功率选择：1000VA UPS（搭配 12V/7Ah 铅酸电池）可支持 1 台装置运行 3~5 小时。

接口适配：监测装置通过标准电源端子（如 L/N/FG）接入 UPS 输出，部分高端型号（如科孚纳 KE5300）支持即插即用。

适用场景：

变电站、数据中心等零中断需求场景，需维持数小时至数天运行。

新能源场站并网考核，需保障暂态数据完整性（如低电压穿越测试）。

2. 外置储能模块

技术原理：通过锂电池组（如 2 节 18650 串联，7.4V/2000mAh）实现短时间供电，可独立于装置内置电源工作。

典型配置：

冗余设计：部分厂商提供 “超级电容 + 外置锂电池组” 双备份方案，超级电容保障瞬间写入，锂电池组支持 30 分钟存储。

功耗优化：掉电后关闭非核心功能（如显示、无线通讯），仅维持数据采集与存储，延长续航。

适用场景：

工业配电网谐波分析，需满足 30 分钟数据存储需求。

偏远地区杆塔监测，市电不稳定时通过太阳能 + 锂电池组实现长期运行。

3. 取能电源辅助供电

技术原理：通过 SHDQ150-55 等取能电源模块从电网提取电能，掉电时利用内置超级电容或外接储能模块续流。

典型配置：

宽电压输入：AC 85V~264V，兼容多种电网条件，输出多路直流（5V/±12V/24V）。

续流技术：部分型号支持取能中断时的毫秒级续流，确保数据写入不丢失。

适用场景：

智能变电站过程层设备（如合并单元），需与主时钟同步保持 μs 级精度。

石油化工 DCS 系统，需在工艺断电时维持控制逻辑运行。

二、硬件接口与兼容性设计

1. 电源端子适配

主流接口：装置通常配备标准电源端子（L/N/FG），支持 AC 220V 或 DC 24V 输入，可直接连接 UPS 或外置电源。

扩展能力：高端型号（如东土科技 PTS-10A）支持双电源冗余，可同时接入主电源与 UPS，实现无缝切换。

2. 通信接口与电源隔离

RS485/Modbus 协议：外接电源需与通信线路隔离，避免地电位差干扰。例如，采用隔离 DC-DC 模块（如金升阳 URB2405YMD-6W）实现 2.5kVrms 隔离，确保 A/B 线共模噪声≤50mV。

POE 供电兼容性：部分物联网监测设备（如立控 ST200TH）支持 POE（IEEE 802.3af/at）与外接电源双模式，简化布线。

3. 时钟同步与数据一致性

时间基准保持：外接 UPS 需维持实时时钟（RTC）运行，避免数据时间戳紊乱。例如，锂亚电池（100mAh）可维持 RTC 运行 5 年以上，掉电后时钟漂移≤±1 秒 / 24 小时。

时间戳修正：通信恢复后，装置自动与 NTP 服务器同步，修正本地数据时间戳（需确保修正逻辑不破坏时序）。

三、行业标准与厂商实践

1. 核心标准支持

DL/T 1100.1-2018：未强制限制备用电源类型，但要求时间同步系统具备冗余设计（如双主时钟），外接 UPS 可视为系统级冗余。

GB/T 19862-2016：隐含要求备用电源续航需满足数据存储需求，外接 UPS 可灵活适配不同场景。

IEC 61850-9-2：智能变电站设备需通过 PTP 协议实现 μs 级同步，外接 UPS 需保障授时信号稳定传输。

2. 主流厂商方案

科孚纳 KE5300：标配锂电池组（8 小时续航），同时支持外接 UPS，通过双电源切换电路实现无缝过渡。

安科瑞 APView500：预留电源扩展接口，可外接 12V/24V 锂电池组，满足工业场景 30 分钟数据存储需求。

东土科技 PTS-10A：双电源输入（110-220VAC/DC），支持外接 UPS，确保时间同步系统在掉电后仍维持纳秒级精度。

四、验证方法与选型建议

1. 关键测试项

续航能力验证：使用电池容量测试仪（如 Neware BTS-4000）模拟恒定功率放电，验证外接 UPS 支持装置运行时间是否达标（如 30 分钟）。

数据完整性校验：通过 CRC32/MD5 算法检查掉电前后文件一致性，确保暂态波形、越限告警等关键数据未损坏。

时钟漂移测试：使用高精度时间同步分析仪（如 Symmetricom TSync）监测掉电 30 分钟后的时钟偏差，应≤±1 秒 / 24 小时（A 级设备要求）。

2. 选型策略

短期需求（≤30 分钟）：

优先选择 “内置超级电容 + 外接锂电池组” 方案（如某品牌定制装置），成本较低且安装便捷。

若需兼容 POE 供电，可选用立控 ST200TH 等支持双模式的设备。

长期需求（≥数小时）：

配置 1000VA 以上工业级 UPS（如 APC Smart-UPS），并通过 RS485 接口实现状态监控（如电池电量、负载率）。

智能变电站等关键场景，建议采用东土科技 PTS-10A 等双电源时间同步装置，确保授时与供电双重冗余。

极端环境：

石油化工、矿山等强干扰场景，需选用具备电源隔离（≥2.5kVrms）和浪涌防护（±2kV）的外接电源模块（如 SHDQ150-55）。

偏远地区无市电场景，采用太阳能 + 锂电池组方案（如广州博控 K23D 遥测终端机），支持 1.5-2 年续航。

五、典型应用案例

1. 智能变电站过程层监测

配置方案：SHDQ150-55 取能电源 + 外接 12V/7Ah 铅酸电池，通过 DC/DC 模块为合并单元供电。

技术优势：

取能电源从母线 PT/CT 获取电能，掉电后由外接电池维持 3 小时运行，满足 IEC 61850-9-2 对采样值同步（≤1μs）的要求。

电池管理系统实时监测电量，通过 Modbus-TCP 协议上传至后台，实现预维护。

2. 新能源场站并网考核

配置方案：科孚纳 KE5300 监测装置 + 外接 2000VA UPS，通过光纤与主站通信。

技术优势：

UPS 支持 8 小时续航，确保低电压穿越测试期间暂态数据完整记录（如 10ms 分辨率波形）。

双电源冗余设计（内置锂电池 + 外接 UPS），通过自动切换电路实现零中断供电。

3. 工业配电网谐波分析

配置方案：安科瑞 APView500 + 外接 12V/2000mAh 锂电池组，通过 RS485 与边缘网关连接。

技术优势：

锂电池组支持 30 分钟数据存储，满足 TVXCPSS 1009-2021 对谐波分析（误差≤50μs）的要求。

边缘网关缓存数据，恢复供电后补传至云端，避免数据丢失。

总结

外接备用电源是提升电能质量在线监测装置可靠性的关键手段，其技术实现需综合考虑以下要素：

场景适配：根据断电时长需求（30 分钟 / 数小时 / 数天）选择 UPS、锂电池组或取能电源。

接口兼容性：确保电源端子、通信接口与外接设备匹配，必要时增加隔离模块抑制干扰。

标准合规性：符合 DL/T 1100.1-2018、IEC 61850-9-2 等标准对时间同步、数据完整性的要求。

测试验证：通过续航、数据校验、时钟漂移等测试，确保方案满足实际需求。

通过合理选型与配置，外接备用电源可显著降低因市电中断导致的数据丢失风险，尤其适用于电网关口、新能源场站、工业关键负荷等对可靠性要求极高的场景。

审核编辑 黄宇