于耀宗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤南作業(yè)公司，天津 300456)

某海洋石油無人駐守采油平臺[1]配備了1套20 kV·A的UPS裝置[2]，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(yán)重影響了采油平臺供電安全，同時可能引發(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(yuǎn)程傳輸至中心控制室DCS[3]，便于電流值實時監(jiān)控、異常電流故障報警。

1 UPS的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 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(yīng)急開關(guān)間內(nèi)，其容量為20 kV·A，由2臺UPS柜、1臺旁路電源柜、1臺負(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[4]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、持久穩(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0.2 ms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。

1.2 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(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，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(shè)備同時供電30 min。

圖1 UPS系統(tǒng)蓄電池充電示意

2 UPS蓄電池浮充電流遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)計

2.1 霍爾電流變送器的工作原理

當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，產(chǎn)生磁場，磁場的大小與電流成相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，利用霍爾效應(yīng)[5]原理，霍爾電流變送器[6]能夠?qū)崿F(xiàn)對交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，使之能夠被各種采集裝置直接采集或接受。

圖2 UPS系統(tǒng)蓄電池放電示意

2.2 蓄電池浮充電流檢測裝置

霍爾電流變送器也稱作一體化電流變送器，是集電流互感器、電流變送器于一體的新一代電流變送器，它可以直接將被測主回路電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的4～20 mA直流電流信號。在應(yīng)急配電間UPS配電柜，蓄電池斷路器下口，安裝一個霍爾電流變送器，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4～20 mA直流電流信號[7]。

2.3 DCS組態(tài)

在中心控制室上位機DeltaV瀏覽器“DeltaV Explore”軟件中定義新接入的AI通道，并新建浮充電流功能模塊，對新增模擬量輸入信號進(jìn)行參數(shù)量程、報警值以及歷史趨勢組態(tài)[8]，并將其分配到相應(yīng)控制器[9]中；使用畫面組態(tài)軟件進(jìn)行參數(shù)HMI畫面圖形組態(tài)，下裝程序，實現(xiàn)了UPS蓄電池浮充電流的中心控制室遠(yuǎn)程監(jiān)測[10]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(rèn)DCS采集數(shù)值準(zhǔn)確。

3 應(yīng)用效果

該項目化被動為主動，通過增設(shè)霍爾電流變送器實現(xiàn)了對無人平臺UPS蓄電池浮充電流的采集，通過鋪設(shè)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(yuǎn)程在線監(jiān)控，加強了對無人平臺重要設(shè)備的管理；蓄電池浮充電流運行數(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間監(jiān)控蓄電池浮充電流值，同時通過設(shè)置參數(shù)報警值，當(dāng)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(yīng)急處理問題留下足夠的時間；通過該項目有效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(dǎo)致的蓄電池?fù)p傷甚至引發(fā)平臺火災(zāi)等情況的發(fā)生，推進(jìn)了無人平臺的自動化管理進(jìn)程。

4 結(jié)束語

利用霍爾電流變送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4～20 mA電流信號，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，該項目有較強的理論依據(jù)以及硬件條件基礎(chǔ)，不僅具有非常高的應(yīng)用價值，而且推廣意義廣闊，進(jìn)一步完善了DCS對生產(chǎn)一線重要設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控，為今后DCS對現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)測提供了實踐參考經(jīng)驗。