Ứng dụng cảm biến dòng điện Hall trong giám sát từ xa quá trình sạc liên tục của pin UPS.

Tóm tắt: Trước hiện tượng sạc nổi pin UPS của nền tảng không người lái thường xuyên vượt quá mức cho phép, bài báo này giới thiệu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống UPS. Thông qua việc ứng dụng cảm biến dòng điện Hall và cấu hình DCS, việc giám sát từ xa quá trình sạc nổi pin UPS và cảnh báo lỗi dòng điện bất thường được thực hiện, góp phần thúc đẩy quá trình quản lý tự động của nền tảng không người lái.

Từ khóa: Cảm biến dòng điện Hall; UPS; Pin; DCS

1. Tổng quan

Một giàn khoan dầu ngoài khơi không người lái được trang bị một bộ thiết bị UPS 20KVA. Kể từ khi giàn khoan đi vào hoạt động, dòng điện sạc nổi của pin UPS đã nhiều lần vượt quá mức cho phép, khiến pin ở trạng thái nhiệt độ cao bất thường trong thời gian dài, ảnh hưởng lớn đến hoạt động bình thường của UPS, tác động nghiêm trọng đến an toàn cung cấp điện cho giàn khoan dầu, có thể gây hư hỏng thiết bị hoặc thậm chí cháy nổ, tiềm ẩn nguy cơ an toàn rất lớn. Để tránh những nguy cơ về thiết bị và an toàn do vấn đề này gây ra, đã đầu tư một lượng lớn chi phí nhân lực và vật lực, tăng tần suất kiểm tra giàn khoan không người lái, và thường xuyên kiểm tra giá trị dòng điện sạc nổi của pin để đánh giá tình trạng hoạt động của pin. Thông qua các biện pháp kỹ thuật, tín hiệu dòng điện sạc nổi của pin được truyền từ xa đến hệ thống DCS của phòng điều khiển trung tâm, thuận tiện cho việc giám sát giá trị dòng điện theo thời gian thực và cảnh báo lỗi dòng điện bất thường.

2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của UPS

2.1 Cấu trúc của UPS

Thiết bị UPS được trang bị trên giàn khoan nằm trong phòng chuyển mạch khẩn cấp trên tầng lửng của giàn, với công suất 20kV·A. Nó bao gồm hai tủ UPS, một tủ nguồn bypass, một tủ phân phối tải và một bộ pin gồm 170 pin niken cadmi. Bộ pin được lắp đặt trong phòng chứa pin, và các thành phần chính của nó bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ biến tần, công tắc chuyển mạch tĩnh, pin và các bộ phận khác. 

1) Bộ chỉnh lưu. Đây là một linh kiện chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu được điều khiển bởi bộ vi xử lý bên trong để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều từ tủ phân phối thành dòng điện một chiều chất lượng cao, sau đó được lọc và cung cấp cho bộ biến tần để sạc duy trì cho bộ pin.

2) Biến tần. Trái ngược với chức năng của bộ chỉnh lưu, biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) do bộ chỉnh lưu tạo ra thành dòng điện xoay chiều (AC), và nguồn điện của nó đến từ bộ chỉnh lưu hoặc pin. Dòng điện của biến tần cung cấp cho tải điện áp xoay chiều hình sin chất lượng cao, bền bỉ và ổn định theo yêu cầu.

3) Công tắc chuyển mạch tĩnh. Chức năng của nó là ngăn ngừa sự gián đoạn nguồn điện tức thời và hiện tượng phóng điện hồ quang, cháy nổ tiếp điểm rơle và các hiện tượng khác do việc chuyển đổi giữa dòng điện bình thường và dòng điện bypass gây ra. Sau khi sử dụng công tắc tĩnh, thời gian chuyển đổi của công tắc chuyển mạch được giảm đáng kể xuống còn 0,2ms.

4) Bộ pin. Trong trường hợp nguồn điện chính hoặc bộ chỉnh lưu bị hỏng, pin lưu trữ sẽ hoạt động như một nguồn điện dự phòng và cung cấp điện cho tải thông qua bộ biến tần.

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống UPS sạc và xả pin

Quá trình sạc và xả pin của hệ thống UPS cũng là quá trình chuyển đổi năng lượng. Khi điện áp lưới hoạt động bình thường, năng lượng điện được chuyển hóa thành năng lượng hóa học trong pin. Nguồn điện chính cung cấp điện cho tải và sạc pin. Sơ đồ sạc pin của hệ thống UPS được thể hiện trong Hình 1; Trong trường hợp mất điện đột ngột của nguồn điện chính, năng lượng hóa học trong pin được chuyển hóa thành năng lượng điện, và quá trình xả pin cung cấp điện cho các tải quan trọng để giảm thiểu tác động đến sản xuất. Sơ đồ xả pin của hệ thống UPS được thể hiện trong Hình 2. Sau khi pin được sạc đầy, dung lượng của nó đủ để cung cấp điện cho tất cả các thiết bị điện được cấp nguồn bởi UPS trong 30 phút cùng một lúc.