Anwendung des Hall-Stromsensors in der Fernüberwachung vonkontinuierlichaufladeningder USV-Batterie

Zusammenfassung: Angesichts der häufigen Überladung der USV-Batterie unbemannter Plattformen werden Aufbau und Funktionsweise des USV-Systems vorgestellt. Durch den Einsatz eines Hall-Stromsensors und einer DCS-Konfiguration werden die Überladung der USV-Batterie und ein Alarm bei anormalem Stromausfall aus der Ferne überwacht, was die automatische Steuerung unbemannter Plattformen erleichtert.

Schlüsselwörter: Hall-Stromsensor; USV; Batterie; DCS

1 Übersicht

Eine unbemannte Offshore-Ölförderplattform ist mit einer 20-kVA-USV ausgestattet. Seit Inbetriebnahme der Plattform war der Erhaltungsladestrom der USV-Batterie mehrfach zu hoch, wodurch die Batterie über längere Zeit anormal hohe Temperaturen aufwies. Dies beeinträchtigt den normalen Betrieb der USV erheblich und gefährdet die Stromversorgungssicherheit der Ölförderplattform erheblich. Es kann zu Geräteschäden oder sogar Bränden kommen und stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Um die dadurch verursachten Geräte- und Sicherheitsrisiken zu vermeiden, wurden hohe Personal- und Materialkosten investiert, die Inspektionsintervalle der unbemannten Plattformen erhöht und der Erhaltungsladestrom der Batterie regelmäßig gemessen, um deren Betriebszustand zu beurteilen. Mithilfe technischer Mittel wird das Erhaltungsladestromsignal der Batterie per Fernzugriff an das Prozessleitsystem der zentralen Leitwarte übertragen, was eine Echtzeitüberwachung des Stromwerts und eine Alarmierung bei anormalem Strom ermöglicht.

2 Aufbau und Funktionsweise der USV

2.1 Aufbau der USV

Die auf der Plattform installierte USV-Anlage befindet sich im Notschaltraum auf dem Zwischendeck der Plattform und verfügt über eine Kapazität von 20 kV · A. Sie besteht aus zwei USV-Schränken, einem Bypass-Stromschrank, einem Lastverteilerschrank und einem Batteriepaket mit 170 Nickel-Cadmium-Batterien. Das Batteriepaket ist im Batterieraum installiert und besteht aus Gleichrichter, Wechselrichter, statischem Transferschalter, Batterie und weiteren Teilen.

1) Gleichrichter. Es ist ein Element, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Der Gleichrichter wird von seinem internen Mikroprozessor gesteuert, um den Wechselstrom aus dem Verteilerschrank in hochwertigen Gleichstrom umzuwandeln, der gefiltert und dann dem Wechselrichter zugeführt wird und den Akkupack lädt.

2) Wechselrichter. Im Gegensatz zur Funktion des Gleichrichters wandelt der Wechselrichter den vom Gleichrichter umgewandelten Gleichstrom in Wechselstrom um. Seine Stromquelle ist der Gleichrichter oder die Batterie. Der Wechselrichterstrom versorgt die Last mit der erforderlichen hochwertigen, langlebigen und stabilen Wechselstrom-Sinusspannung.

3) Statischer Transferschalter. Die Funktion besteht darin, eine plötzliche Unterbrechung der Stromversorgung sowie Lichtbögen, Zündungen und andere Phänomene des Relaiskontakts zu verhindern, die durch das Umschalten zwischen Normalstrom und Bypass-Strom verursacht werden. Durch den Einsatz des statischen Schalters wird die Übergangszeit des Transferschalters auf 0,2 ms deutlich reduziert.

4) Batteriepack. Bei einem Ausfall der Hauptstromversorgung oder des Gleichrichters fungiert der Akku als Notstromversorgung und versorgt die Last über den Wechselrichter mit Strom.

2.2 Funktionsprinzip des Ladens und Entladens der USV-Systembatterie

Der Lade- und Entladevorgang der USV-Batterie ist gleichzeitig ein Prozess der Energieumwandlung. Bei normaler Netzspannung wird die elektrische Energie in chemische Energie der Batterie umgewandelt. Die Hauptstromversorgung versorgt die Verbraucher mit Strom und lädt die Batterie. Das Ladediagramm der USV-Batterie ist in Abbildung 1 dargestellt. Bei einem plötzlichen Stromausfall der Hauptstromversorgung wird die chemische Energie der Batterie in elektrische Energie umgewandelt. Durch die Entladung der Batterie werden wichtige Verbraucher mit Strom versorgt, um die Auswirkungen auf die Produktion zu reduzieren. Das Batterieentladediagramm der USV ist in Abbildung 2 dargestellt. Nachdem die Batterie vollständig geladen ist, reicht ihre Kapazität aus, um alle von der USV versorgten elektrischen Geräte 30 Minuten lang gleichzeitig mit Strom zu versorgen.