Toepassing van een Hall-stroomsensor voor het op afstand bewaken van het continu opladen van een UPS-batterij.
Abstract: Gezien het fenomeen dat de druppellading van de UPS-batterij van een onbemand platform herhaaldelijk te hoog is, wordt de structuur en het werkingsprincipe van een UPS-systeem beschreven. Door de toepassing van een Hall-stroomsensor en een DCS-configuratie wordt bewaking op afstand van de druppellading van de UPS-batterij en alarmmeldingen bij abnormale stroomstoringen mogelijk gemaakt, wat het geautomatiseerde beheerproces van het onbemande platform bevordert.
Trefwoorden: Hall-stroomsensor; UPS; Batterij; DCS
1 Overzicht
Een onbemand offshore olieproductieplatform is uitgerust met een UPS-systeem van 20 kVA. Sinds de ingebruikname van het platform is de druppellading van de UPS-batterij herhaaldelijk te hoog geweest, waardoor de batterij gedurende lange tijd abnormaal hoge temperaturen heeft bereikt. Dit heeft een grote impact op het normale gebruik van de UPS, brengt de stroomvoorzieningsveiligheid van het olieproductieplatform ernstig in gevaar en kan leiden tot schade aan apparatuur of zelfs brand, met zeer grote potentiële veiligheidsrisico's tot gevolg. Om potentiële schade aan apparatuur en veiligheidsrisico's als gevolg van dit probleem te voorkomen, zijn aanzienlijke menselijke en materiële kosten geïnvesteerd, is de inspectiefrequentie van de onbemande platforms verhoogd en wordt de druppellading van de batterij regelmatig gecontroleerd om de werkingsstatus van de batterij te beoordelen. Via technische middelen wordt het signaal van de druppellading van de batterij op afstand naar het DCS-systeem in de centrale controlekamer verzonden, waardoor realtime monitoring van de stroomwaarde en alarmmeldingen bij abnormale stroomstoringen mogelijk is.
2 Structuur en werkingsprincipe van UPS
2.1 Structuur van UPS
Het UPS-systeem op het platform bevindt zich in de noodschakelruimte op de tussenverdieping van het platform en heeft een capaciteit van 20 kV·A. Het bestaat uit twee UPS-kasten, een bypass-stroomkast, een lastverdeelkast en een accupakket met 170 nikkel-cadmiumaccu's. Het accupakket is geïnstalleerd in de accuruimte en de belangrijkste componenten ervan zijn een gelijkrichter, een omvormer, een statische omschakelaar, de accu en andere onderdelen.
1) Gelijkrichter. Dit is een element dat wisselstroom omzet in gelijkstroom. De gelijkrichter wordt aangestuurd door een interne microprocessor om de wisselstroom uit de verdeelkast om te zetten in hoogwaardige gelijkstroom. Deze gelijkstroom wordt gefilterd en vervolgens aan de omvormer geleverd voor het druppelladen van het accupakket.
2) Omvormer. In tegenstelling tot de gelijkrichter zet de omvormer de door de gelijkrichter opgewekte gelijkstroom om in wisselstroom. De stroombron van de omvormer komt van de gelijkrichter of een batterij. De stroom die de omvormer levert, voorziet de belasting van de benodigde hoogwaardige, duurzame en stabiele wisselstroom met sinusgolfvorm.
3) Statische omschakelaar. Deze functie voorkomt kortstondige stroomonderbrekingen en vonkvorming, ontsteking en andere verschijnselen bij het schakelen tussen normale stroom en bypassstroom bij relaiscontacten. Na toepassing van de statische omschakelaar wordt de omschakeltijd aanzienlijk verkort tot minder dan 0,2 ms.
4) Accupakket. Bij uitval van de netvoeding of de gelijkrichter fungeert de accu als back-upvoeding en levert deze via de omvormer stroom aan de belasting.
2.2 Werkingsprincipe van het opladen en ontladen van de batterij van een UPS-systeem
Het laad- en ontlaadproces van de UPS-batterij is tevens een proces van energieomzetting. Wanneer de netspanning normaal is, wordt de elektrische energie omgezet in chemische energie in de batterij. De netvoeding levert stroom aan de aangesloten apparaten en laadt de batterij op. Het laadschema van de UPS-batterij is weergegeven in Figuur 1. Bij een plotselinge stroomuitval wordt de chemische energie van de batterij omgezet in elektrische energie. De ontlading van de batterij levert vervolgens stroom aan belangrijke apparaten om de impact op de productie te minimaliseren. Het ontlaadschema van de UPS-batterij is weergegeven in Figuur 2. Nadat de batterij volledig is opgeladen, is de capaciteit voldoende om alle door de UPS gevoede elektrische apparaten gedurende 30 minuten gelijktijdig van stroom te voorzien.
3. Toepassing van een Hall-stroomsensor in het ontwerp voor bewaking op afstand van de druppellaadstroom van een UPS-batterij
3.1 Werkingsprincipe van de Hall-stroomsensor
De Hall-stroomsensor wordt voornamelijk gebruikt voor het isoleren en omzetten van wisselstroom, gelijkstroom, pulsen en andere complexe signalen. Dankzij het Hall-effectprincipe kunnen de omgezette signalen direct worden opgevangen door diverse acquisitieapparaten zoals DCS, AD, DSP, PLC, secundaire instrumenten, enzovoort. De sensor heeft voordelen zoals een snelle responstijd, een breed stroommeetbereik, hoge nauwkeurigheid, een hoog overbelastingsvermogen, goede lineariteit en een sterke storingsbestendigheid.
3.2 Technische parameters van de Hall-stroomsensor
3.3 Hall-stroomsensor aangesloten op DCS
Een Hall-stroomsensor kan de gemeten stroom van het hoofdcircuit rechtstreeks omzetten in een gelijkstroomsignaal van 4 tot 20 mA, in een lineaire verhouding. Een Hall-stroomsensor is geïnstalleerd bij de onderste aansluiting van de batterijschakelaar in de UPS-verdeelkast in de noodstroomruimte. Deze sensor zet de druppelladingsstroom van de batterij om in een gelijkstroomsignaal van 4 tot 20 mA dat door de analoge DCS-kaart kan worden verwerkt.
Definieer het nieuw toegankelijke 4 ~ 20mA analoge ingangskanaal in de bovenste computer van de centrale controlekamer om het parameterbereik, de alarmwaarde en de historische trend te configureren en wijs dit toe aan de bijbehorende controller. Gebruik de beeldconfiguratiesoftware om de parameters, afbeeldingen en grafieken te configureren en installeer het programma om de functie voor bewaking op afstand van de druppelladingstroom van de UPS-batterij vanuit de centrale controlekamer te realiseren. Ten slotte wordt, door de ter plaatse gemeten druppelladingstroomwaarde van de batterij te vergelijken met de druppelladingstroomwaarde die wordt weergegeven op de DCS-interface, bevestigd dat de door de DCS verzamelde waarde nauwkeurig is.
3.4 toepassingseffect
Door het toevoegen van een Hall-stroomsensor wordt het mogelijk om de druppellaadstroom van de UPS-batterij van het onbemande platform te meten. Hierdoor kan de druppellaadstroom van de batterij op afstand online worden gemonitord door DC's, door bekabeling aan te leggen en een centrale controlekamer in te richten. Dit versterkt het beheer van belangrijke apparatuur van het onbemande platform.
De operationele gegevens van de zweefstroom van de batterij worden op afstand naar het DCS-systeem verzonden, waardoor het personeel in de centrale controlekamer de waarde van de zweefstroom direct kan controleren. Tegelijkertijd wordt, door het instellen van een alarmwaarde, een alarm verzonden wanneer de zweefstroom van de batterij abnormaal is. Zo is er direct informatie beschikbaar en is er voldoende tijd voor noodmaatregelen. Dit project vermindert effectief de inspectiefrequentie van het onbemande platform, verlaagt de personeels- en materiaalkosten voor het beheer ervan, voorkomt schade aan de batterij door een abnormale zweefstroom en zelfs brand op het platform, en bevordert het geautomatiseerde beheerproces van het onbemande platform.
4. Conclusie
De Hall-stroomsensor wordt gebruikt om de druppelladingsstroom van de batterij om te zetten in een stroomsignaal van 4 tot 20 mA dat door de analoge DCS-kaart kan worden ontvangen. Hierdoor kan de druppelladingsstroom van de UPS-batterij op afstand naar de DCS worden verzonden. De operator kan de waarde van de druppelladingsstroom snel en intuïtief aflezen op het bedieningsscherm van de DCS. Het project heeft een sterke theoretische basis en een solide hardwarefundament. Het heeft niet alleen een zeer hoge toepassingswaarde, maar ook een brede promotionele betekenis en biedt praktische referentie-ervaring voor de online monitoring van veldapparatuur in de toekomst.
Geplaatst op: 1 november 2022
