霍爾電流傳感器在UPS蓄電池浮充電流遠程監(jiān)測方案的應用

摘要：針對無人平臺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，通過應用霍爾電流傳感器，DCS組態(tài)，實現(xiàn)UPS蓄電池浮充電流遠程監(jiān)控，異常電流故障報警，推動了無人平臺的自動化管理進程。

1 概述

某海洋石油無人駐守采油平臺配備了1套 20kV·A的UPS裝置，自平臺投產(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UPS的正常使用造成較大影響，嚴重影響了采油平臺供電安全，同時可能引發(fā)設備損壞甚至火災等情況的發(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，增加了對無人平臺的巡檢頻次，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遠程傳輸至中心控制室DCS，便于電流值實時監(jiān)控、異常電流故障報警。

2 UPS的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 UPS的結(jié)構(gòu)

該平臺配備的UPS裝置位于平臺夾層甲板的 應急開關(guān)間內(nèi)，其容量為20kV·A，由2臺UPS柜、1臺旁路電源柜、1臺負載分配柜及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造成瞬間供電中斷并產(chǎn)生繼電器觸點拉弧、

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，由電能轉(zhuǎn)化為蓄電池的化學能，主電源給負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；當主電源突發(fā)停電時，

由蓄電池的化學能轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池放電為重要負載提供電源，以降低對生產(chǎn)的影響，UPS系統(tǒng)蓄電池放電示意如圖2所示。蓄電池完全充電后，其容量足夠向所有由UPS供電的用電設備同時供電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蓄電池浮充電流遠程監(jiān)測設計中的應用

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、脈沖等復雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被DCS、AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集，具有響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強等優(yōu)點。

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。在應急配電間UPS配電柜蓄電池斷路器下口安裝一個霍爾電流傳感器，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。

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

3.4 應用效果

通過增設霍爾電流傳感器實現(xiàn)了對無人平臺UPS蓄電池浮充電流的采集，通過鋪設電纜、中心控制室組態(tài)等實現(xiàn)了DCS對蓄電池浮充電流的遠程在線監(jiān)控，加強了對無人平臺重要設備的管理。

蓄電池浮充電流運行數(shù)據(jù)遠程傳輸至DCS，方便了中心控制室值班人員第一時間監(jiān)控蓄電池浮充電流值，同時通過設置參數(shù)報警值，當蓄電池浮充電流出現(xiàn)異常時，發(fā)出報警，便于第一時間得到信息，為應急處理問題留下足夠的時間。該項目合理降低了無人平臺的巡檢頻次，減少了對無人駐守平臺管理的人力及物力成本，避免了浮充電流異常導致的蓄電池損傷甚至引發(fā)平臺火災等情況的發(fā)生，推進了無人平臺的自動化管理進程。

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，從而將UPS蓄電池浮充電流遠傳至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。該項目有較強的理論依據(jù)以及硬件條件基礎，不僅具有非常高的應用價值，而且推廣意義廣闊，為今后現(xiàn)場設備的在線監(jiān)測提供了實踐參考經(jīng)驗。