摘要:針對(duì)無(wú)人平臺(tái)UPS蓄電池多次出現(xiàn)浮充電流過(guò)高的現(xiàn)象,介紹了UPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理,通過(guò)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(wú)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
某海洋石油無(wú)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(lái)UPS蓄電池多次出現(xiàn)浮充電流過(guò)高現(xiàn)象,造成蓄電池長(zhǎng)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(wèn)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(wú)人平臺(tái)的巡檢頻次,定期檢測(cè)蓄電池浮充電流值,判斷蓄電池工作狀態(tài)。通過(guò)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。
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(lái)的交流電整流成高質(zhì)量的直流電,經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)逆變器向負(fù)載供電。
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(guò)程也是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)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。
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(guò)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(cè)量范圍寬精度高,過(guò)載能力強(qiáng),線性好,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
霍爾電流傳感器技術(shù)參數(shù)
霍爾電流傳感器接入DCS
霍爾電流傳感器可以直接將被測(cè)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(shì)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(cè)功能。隨后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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。
應(yīng)用效果
通過(guò)增設(shè)霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人平臺(tái)UPS蓄電池浮充電流的采集,通過(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)題留下足夠的時(shí)間。該項(xiàng)目合理降低了無(wú)人平臺(tái)的巡檢頻次,減少了對(duì)無(wú)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(wú)人平臺(tái)的自動(dòng)化管理進(jìn)程。
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(chǎng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)提供了實(shí)踐參考經(jīng)驗(yàn)。