海洋石油平臺UPS蓄電池浮充電流遠程監測方案

于耀宗

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤南作業公司，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]，自平臺投產以來UPS蓄電池多次出現浮充電流過高現象，造成蓄電池長期處于異常高溫狀態，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，同時可能引發設備損壞甚至火災等情況的發生，存在非常大的安全隱患。為避免該問題引發的設備和安全隱患，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。通過技術手段將蓄電池浮充電流信號遠程傳輸至中心控制室DCS[3]，便于電流值實時監控、異常電流故障報警。

1 UPS的結構和工作原理

1.1 UPS的結構

該平臺配備的UPS裝置位于平臺夾層甲板的應急開關間內，其容量為20 kV·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、靜態轉換開關、蓄電池等幾個部分。

1)整流器。是將交流電轉換成為直流電的元件，整流器[4]由其內部的微處理器控制，將從配電柜來的交流電整流成高質量的直流電，經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量、持久穩定的交流正弦波電壓。

3)靜態轉換開關。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生繼電器觸點拉弧、打火等現象，轉換開關采用靜態開關后，其過渡時間大幅減小，在0.2 ms以內。

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。

1.2 UPS系統蓄電池充放電工作原理

UPS系統蓄電池充放電的過程也是能量轉化的過程，在電網電壓工作正常時，由電能轉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系統蓄電池充電示意如圖1所示；當主電源突發停電時，由蓄電池的化學能轉化為電能，蓄電池放電為重要負載提供電源，以降低對生產的影響，UPS系統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30 min。

圖1 UPS系統蓄電池充電示意

2 UPS蓄電池浮充電流遠程監測設計

2.1 霍爾電流變送器的工作原理

當電流通過導線時，產生磁場，磁場的大小與電流成相應的對應關系，利用霍爾效應[5]原理，霍爾電流變送器[6]能夠實現對交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，使之能夠被各種采集裝置直接采集或接受。

圖2 UPS系統蓄電池放電示意

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換成按線性比例輸出的4～20 mA直流電流信號。在應急配電間UPS配電柜，蓄電池斷路器下口，安裝一個霍爾電流變送器，它的作用可以將蓄電池浮充電流轉化為可以被DCS模擬量卡件接受的4～20 mA直流電流信號[7]。

2.3 DCS組態

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行參數量程、報警值以及歷史趨勢組態[8]，并將其分配到相應控制器[9]中；使用畫面組態軟件進行參數HMI畫面圖形組態，下裝程序，實現了UPS蓄電池浮充電流的中心控制室遠程監測[10]功能。最后通過現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采集數值準確。

3 應用效果

該項目化被動為主動，通過增設霍爾電流變送器實現了對無人平臺UPS蓄電池浮充電流的采集，通過鋪設電纜、中心控制室組態等實現了DCS對蓄電池浮充電流的遠程在線監控，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據遠程傳輸至DCS，方便了中心控制室值班人員第一時間監控蓄電池浮充電流值，同時通過設置參數報警值，當蓄電池浮充電流出現異常時，發出報警，便于第一時間得到信息，為應急處理問題留下足夠的時間；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致的蓄電池損傷甚至引發平臺火災等情況的發生，推進了無人平臺的自動化管理進程。

4 結束語

利用霍爾電流變送器將蓄電池浮充電流轉化為可以被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，進一步完善了DCS對生產一線重要設備運行數據的采集及監控，為今后DCS對現場設備的在線監測提供了實踐參考經驗。