安科瑞 繆凱倫

摘要：針對(duì)無人平臺(tái)UPS蓄電池多次出現(xiàn)浮充電流過高的現(xiàn)象，介紹了UPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，通過應(yīng)用霍爾電流傳感器，DCS組態(tài)，實(shí)現(xiàn)UPS蓄電池浮充電流遠(yuǎn)程監(jiān)控，異常電流故障報(bào)警，推動(dòng)了無人平臺(tái)的自動(dòng)化管理進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器；UPS；蓄電池；DCS

1 概述

某海洋石油無人駐守采油平臺(tái)配備了1套 20kV·A的UPS裝置，自平臺(tái)投產(chǎn)以來UPS蓄電池多次出現(xiàn)浮充電流過高現(xiàn)象，造成蓄電池長期處于異常高溫狀態(tài)，對(duì)UPS的正常使用造成較大影響，嚴(yán)重影響了采油平臺(tái)供電安全，同時(shí)可能引發(fā)設(shè)備損壞甚至火災(zāi)等情況的發(fā)生，存在非常大的安全隱患。為避免該問題引發(fā)的設(shè)備和安全隱患，為此投入了較大的人力和物力成本，增加了對(duì)無人平臺(tái)的巡檢頻次，定期檢測蓄電池浮充電流值，判斷蓄電池工作狀態(tài)。通過技術(shù)手段將蓄電池浮充電流信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸至中心控制室DCS，便于電流值實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常電流故障報(bào)警。

2 UPS的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 UPS的結(jié)構(gòu)

該平臺(tái)配備的UPS裝置位于平臺(tái)夾層甲板的 應(yīng)急開關(guān)間內(nèi)，其容量為20kV·A，由2臺(tái)UPS柜、1臺(tái)旁路電源柜、1臺(tái)負(fù)載分配柜及1組由170塊鎳鎘蓄電池組成的電池組，蓄電池組安裝在電池間，其主要器件包括整流器、逆變器、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)、蓄電池等幾個(gè)部分。

１）整流器。是將交流電轉(zhuǎn)換成為直流電的元件，整流器由其內(nèi)部的微處理器控制，將從配電柜來的交流電整流成高質(zhì)量的直流電，經(jīng)過濾后再供給逆變器并給電池組浮充充電。

２）逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將整流器變換的直流電再轉(zhuǎn)換成交流電，其電源來自整流器或電池，逆變的電流為負(fù)載提供所需要的高質(zhì)量、穩(wěn)定的交流正弦波電壓。

３）靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)。作用是防止正常電流與旁路電流切換時(shí)造成瞬間供電中斷并產(chǎn)生繼電器觸點(diǎn)拉弧、

打火等現(xiàn)象，轉(zhuǎn)換開關(guān)采用靜態(tài)開關(guān)后，其過渡時(shí)間大幅減小，在0.2mS以內(nèi)。

４）蓄電池組。主電源或整流器故障的情況下，蓄電池組作為后備電源工作并通過逆變器向負(fù)載供電。

2.2 UPS系統(tǒng)蓄電池充放電工作原理

UPS系統(tǒng)蓄電池充放電的過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程，在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，由電能轉(zhuǎn)化為蓄電池的化學(xué)能，主電源給負(fù)載供電以及給蓄電池充電，UPS系統(tǒng)蓄電池充電示意如圖1所示；當(dāng)主電源突發(fā)停電時(shí)，

由蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池放電為重要負(fù)載提供電源，以降低對(duì)生產(chǎn)的影響，UPS系統(tǒng)蓄電池放電示意如圖2所示。蓄電池*充電后，其容量足夠向所有由UPS供電的用電設(shè)備同時(shí)供電30min。

圖1 UPS系統(tǒng)蓄電池充電示意圖

圖2 UPS系統(tǒng)蓄電池放電示意圖

3 霍爾電流傳感器在UPS蓄電池浮充電流遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 霍爾電流傳感器的工作原理  

霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號(hào)能夠直接被DCS、AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集，具有響應(yīng)時(shí)間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 霍爾電流傳感器技術(shù)參數(shù)

3.3 霍爾電流傳感器接入DCS

霍爾電流傳感器可以直接將被測主回路電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的4～20mA直流電流信號(hào)。在應(yīng)急配電間UPS配電柜蓄電池?cái)嗦菲飨驴诎惭b一個(gè)霍爾電流傳感器，它的作用可以將蓄電池浮充電流轉(zhuǎn)化為可以被DCS模擬量卡件接受的4～20mA直流電流信號(hào)。

在中心控制室上位機(jī)中定義新接入的4～20mA模擬量輸入通道進(jìn)行參數(shù)量程、報(bào)警值以及歷史趨勢組態(tài)，并將其分配到相應(yīng)控制器中。使用畫面組態(tài)軟件進(jìn)行參數(shù)畫面圖形組態(tài)，下裝程序，實(shí)現(xiàn)UPS蓄電池浮充電流的中心控制室遠(yuǎn)程監(jiān)測功能。最后通過現(xiàn)場測量蓄電池浮充電流值與DCS人機(jī)界面顯示浮充電流值相對(duì)比，確認(rèn)DCS采集數(shù)值準(zhǔn)確。

3.4 應(yīng)用效果

通過增設(shè)霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)無人平臺(tái)UPS蓄電池浮充電流的采集，通過鋪設(shè)電纜、中心控制室組態(tài)等實(shí)現(xiàn)了DCS對(duì)蓄電池浮充電流的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，加強(qiáng)了對(duì)無人平臺(tái)重要設(shè)備的管理。

蓄電池浮充電流運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至DCS，方便了中心控制室值班人員第一時(shí)間監(jiān)控蓄電池浮充電流值，同時(shí)通過設(shè)置參數(shù)報(bào)警值，當(dāng)蓄電池浮充電流出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警，便于第一時(shí)間得到信息，為應(yīng)急處理問題留下足夠的時(shí)間。該項(xiàng)目合理降低了無人平臺(tái)的巡檢頻次，減少了對(duì)無人駐守平臺(tái)管理的人力及物力成本，避免了浮充電流異常導(dǎo)致的蓄電池?fù)p傷甚至引發(fā)平臺(tái)火災(zāi)等情況的發(fā)生，推進(jìn)了無人平臺(tái)的自動(dòng)化管理進(jìn)程。

4 結(jié)束語

利用霍爾電流傳感器將蓄電池浮充電流轉(zhuǎn)化為可以被DCS模擬量卡件所接受的4～20mA電流信號(hào)，從而將UPS蓄電池浮充電流遠(yuǎn)傳至DCS，操作員可以在DCS的操作畫面上快速、直觀地觀察浮充電流值。該項(xiàng)目有較強(qiáng)的理論依據(jù)以及硬件條件基礎(chǔ)，不僅具有非常高的應(yīng)用價(jià)值，而且推廣意義廣闊，為今后現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)測提供了實(shí)踐參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6

[2] 于耀宗.海洋石油平臺(tái)UPS蓄電池浮充電流遠(yuǎn)程監(jiān)測方案[J].石油化工自動(dòng)化，2020(5):82-83.

[3] 嚴(yán)棋.電力調(diào)度自動(dòng)化中UPS電源的應(yīng)用探討[J].電子制作,2019,0(20):27-28.