霍爾電流感測器在UPS電池持續充電遠端監控中的應用

摘要：針對無人平台UPS蓄電池多次浮充過高的現象，介紹了UPS系統的結構與運作原理。透過霍爾電流感測器的應用和DCS配置，實現了UPS電池浮充的遠端監控和異常電流故障警報，推動了無人平台的自動化管理進程。

關鍵字：霍爾電流感測器；不間斷電源； 電池；分散式控制系統

1 概述

某海上石油無人值守生產平台配備一套20KVA UPS裝置。平台投入運作以來，多次出現UPS電池浮動充電流過高，導致電池長期處於異常高溫狀態，對UPS正常使用造成很大影響，嚴重影響採油平台供電安全，並可能造成設備損壞甚至火災，存在非常大的安全隱憂。為了避免該問題帶來的設備和安全隱患，投入了大量的人力物力成本，增加了無人平台的巡檢頻率，定期檢測電池的浮動充電流值來判斷工作狀態電池的。透過技術手段，將蓄電池的浮動充電流訊號遠端傳輸至中央控制室的DCS，方便即時監控電流值及異常電流故障警報。

2 UPS的結構及工作原理

2.1 UPS的結構

平台配備的UPS裝置位於平台夾層甲板緊急開關室，容量為20kV·A，由兩台UPS櫃、一台旁路動力櫃、一台負載配電櫃和一台電池組組成由170節鎳鎘電池組成。電池組安裝在電池室內，其主要部件包括整流器、逆變器、靜態轉換開關、蓄電池等部分。 

1）整流器。它是將交流電轉變為直流電的元件。整流器由其內部微處理器控制，將配電櫃來的交流電整流為優質直流電，經濾波後供給變頻器，將電池組浮充。

2）逆變器。與整流器的功能相反，逆變器將整流器轉換的直流電轉換為交流電，其電源來自整流器或電池。逆變電流為負載提供所需的優質、耐用、穩定的交流正弦波電壓。

3）靜態轉換開關。其作用是防止正常電流與旁路電流切換時所造成的瞬時供電中斷及繼電器觸點拉弧、打火等現象。採用靜態開關後，轉換開關的跳變時間大幅縮短在0.2ms以內。

4）電池組。當主電源或整流器故障時，蓄電池作為備用電源，透過逆變器供電給負載。

2.2 UPS系統電池充放電工作原理

UPS系統電池的充放電過程也是能量轉換的過程。當電網電壓正常運作時，電能轉換為電池的化學能。主電源向負載供電並為電池充電。UPS系統電池充電示意圖如圖1所示；當主電源突然停電時，電池的化學能轉換為電能，電池放電為重要負載提供電力，減少對生產的影響。UPS系統的電池放電圖如圖2所示。電池充滿電後，其容量足以同時為UPS供電的所有用電設備供電30min。