仪器仪表用户INSTRUMENTATION 第29卷 第04期2022年04月Vol.292022 No.04
唐 怡，陈 鑫，冯可梁，杜银昌，张天仪
（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）
摘 要：
UPS 不间断电源系统和导航系统是海洋石油平台重要的电气设备，而蓄电池又是UPS 系统及导航系统的重要组成元件，在海洋石油平台持续供电中起到了至关重要的作用。为了避免因电池故障导致事故发生，并提升电池使用效能，阐述了海上石油平台采用电池在线检测系统，对单体电池的电压、内阻及充放电电流等各项运行参数进行实时在线监测，通过上位机液晶显示器监测电池健康状态，对电池进行远程控制、检测、自我诊断、及时维修，延长电池使用寿命，并按需更换，从而大大提高了UPS 和导航系统的供电可靠性。关键词：UPS ；导航；蓄电池；电池在线监测系统中图分类号：TP303 文献标志码：A Application of Battery On-Line Detection System on
Offshore Oil Platform
Tang Yi ，Chen Xin ，Feng Keliang ，Du Yinchang ，Zhang Tianyi
（Offshore Oil Engineering Co., Ltd.,Tianjin,300451,China ）
Abstract：UPS uninterruptible power supply system and navigation system are important electrical equipment of offshore oil platform, and battery is an important component of UPS system and navigation system, which plays a vital role in the con -tinuous power supply of offshore oil platform. In order to avoid accidents caused by battery failure and improve the service efficiency of the battery, this paper expounds that the offshore oil platform adopts the battery on-line detection system to carry out real-time on-line monitoring of various operating parameters such as the voltage, internal resistance and charge discharge current of the single battery, monitoring the health state of the battery through the LCD of the upper computer, and carry out remote control, telemetering, self- diagnostic and timely maintenance ，to prolong the service life of the battery and replace it as needed, which greatly improves the power supply reliability of ups and navigation system.Key words：UPS ；navigation ；battery ；battery on-line monitoring system
收稿日期：2022-03-11
型采
作者简介：唐怡（1988-），女，天津人，硕士，电气工程师，从事海洋平台电力系统设计工作。
0 引言
网络化、数字化、智能化是时代大潮，海上平台自动化、数字化、智能化将会改变人们的生产操作方式，是未来的发展趋势[1]
。UPS 系统作为整个海洋平台中央控制系统的供电电源[2]，能够在主电源断电或电网故障时持续供电，主要负责给平台通讯系统、中控系统等核心设备供电，是最重要的供电系统。在平台发生断电或者故障情况下，
需要30min 的应急电源，保证整个平台的安全；导航系统，主要负责给平台的导航灯、障碍灯以及雾笛系统供电[3]。在平台主电源断电的情况下，需要96h 的应急电源，保证整个平台的信号可视；当UPS 失电，中控系统的历史数据将全部丢失，造成平台出现严重的经济损失，并使通讯系统瘫痪，存在人员无法及时逃避的安全隐患；同时，导航系统失电，存在飞机及船只撞平台的风险[4]。所以UPS 系
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2022.04.011文章编号：1671-1041(2022)04-0045-04
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统及导航系统的后备电池的好坏，对平台的生产及安全关
系重大。
由于镍铬电池性能稳定、自放电少、密封、经济等优
点，在海上平台上迅速代替其他类型电池[5]。厂家承诺电
池至少有10年使用寿命，然而平台上很少使用寿命超过8
年的电池。这主要是蓄电池长期浮充运行后，出现因电池
失水、负极板硫酸化、热失控、正极板腐蚀等原因导致容
量衰退[6]。蓄电池采用串联成组方式运行，某一只电池的
条桶损坏将造成全电池组的失效，同时某只电池的故障会加速
整组电池组中其他电池的老化。因此，准确识别蓄电池组
中的失效电池并将其剔除出电池组，加强日常维护和监测
管理非常必要[7]。
目前，海上平台上对蓄电池组的管理主要采用定期维
发布任务护的方式[8]。电池的海上运维有月检、年检两种，每月的
月检检查每节电池外形状态，包括连接片清理除锈、单节
电压、整体电池组电压检查、电解液位检查等，部分电池
的容量下降等问题通过月检无法发现问题；两年一次的外
委年检，通过年检UPS系统和导航系统，断开电池检查各项电压内阻指标判断是否需要更换，又因为两年的检查间隔较长，不能及时发现问题。这种维护方式主要存在如下缺点[9]：
1）维护工作量大，导致维护人员工作量很大。
2）无法及时掌握蓄电池组运行真实数据，并且数据无法进行系统地分析。
3）维护风险较高。
为了实时在线监测蓄电池的运行状态及各项运行参数，对电池进行自我诊断，延长电池寿命，对蓄电池的单体电压、组压、单体内阻、电池内部温度等重要参数进行在线监测，一旦发现某个参数有异常
或其变化趋势有异常时立即告警，使管理维护人员及时发现问题或潜在的隐患，及时进行处理，保证UPS系统及导航系统的可靠性与安全性。因此，电池在线监测系统的应用势在必行，提高了关键系统的安全性[10]。
电池在线检测系统的优势在于相对于以往平台的电池的管理，体现了以下几方面的优势：
a）提前预警即将失效的蓄电池，排除潜在的隐患，确保UPS系统和导航系统安全。
b）无需进行定期的内阻、电压手工测量，减少人工时产生效益。
c）即时发现充电故障，延长蓄电池组寿命。
1 监测系统
电池在线检测系统，监测内容包括电池的单体电压、单体内阻、组压、环境温度及充放电电流，并配置监测软件，远程读取并显示数据，同时数据可接入到第三方监控系统中。
蓄电池组在线监测由主模块与扩展模块组成，每个模块采集每节电池的电压与内阻，通过电流互感器采集电池组充放电电流，主模块读取这些数据后进行分析处理并保存。通过主模块查询实时数据与告警记录，也可设置所有运行参数。主模块有多种通信接口，支持各种通讯协议，第三方监测系统可通过发送命令读取实时与历史数据。电池检测系统的拓扑结构如图1所示。 1.1 监测内容
单体电压、单体内阻、组压、充放电电流、环境温度，电池内部温度，连接条电阻。
1.2 设备固定
主模块与扩展模块可以被安装在标准的网络柜内，也可安装在电池架上。
1.3 设备与电池间接线
电压采集线与内阻采集线已在工厂预制好，施工时需通过采集线将电池连接到模块上，每根采集线在电池端都带有短路保护装置。
1.4 模块间接线
电池监测系统的主模块与其扩展模块可通过通信线缆连接，实现电源供给与数据传输。
1.5 显示
电池监测系统的主模块上带液晶显示，可以显示并查询所有实时数据及告警记录，可以对任意时刻的运行参数进行设置。
电池监测系统配置专用的WINDOWS的监测软件，可以访问主模块来读取所有监测信号和数据，也可以接入到第三方监测设备中，在统一的监测平台上集中显示。
1.6 告警
当监测到蓄电池某个参数超过限定值时，主模块的屏
图1 电池检测系统拓扑图
Fig.1 Topological diagram of battery detection system
唐 怡·电池在线检测系统在海上石油平台上的应用第04期47
幕上会显示告警内容，蜂鸣器响，进行保护及报警动作，使其对应干节点动作，并将干接点接到第三方监测系统上，实现统一平台告警。
2 项目应用
渤海某海油平台应用电池检测系统，电池房间与UPS 设备间距离为25m。由于海上平台电池间空间狭小且电池数量多，H 2密度高，被划分为危险区域，故放在电池间的设备需满足此区域的防爆要求。
2.1 主模块与拓展模块的安装
为了避免防爆设备的增加，将主模块放置在距离电池间25m 的UPS 设备间（非防爆区域），安装在独立网络柜内，同时主模块设置液晶显示器对每块电池的健康状态进行实时监测。主模块主要集中了采集、控制、显示与上传等功能。
与主模块相比，拓展模块没有显示、控制及上传功能，一个拓展模块只能监测一组电池，拓展模块不能独立工作，受控于主模块。以本项目UPS 系统电池为例，一套电池176块，需要一个主模块，8块电池为一组，拓展模块为22个。
2.2 电流互感器安装
电流互感器应串在每两块电池间的连接电缆上，电流互感器上标示的方向应与蓄电池充电电流方向一致，电流互感器设计安装在安全区域，所以无需防爆要求。
2.3 电压及内阻采样线
在连接蓄电池到主模块或扩展模块时，需先给电池编号及安装采样端子。内阻采集端子上有两个引脚，一个用来连接电压采集线，另一个连接内阻测试线。连接电压采集线的端子头上串接了一个电阻，连接内阻测试线的端子头上串接了一个保险丝。保险丝在线路发生故障时会产生
电火花，如果要放置在电池间需满足防爆要求，所以将检
图2 本项目电池检测方案
Fig.2 The battery detection scheme of this project
测电压及内阻的电压及保险丝放置在非防爆区域的主机侧，同时监测精度满足设备要求。
为了避免将测试原件放在防爆区域，连接其设备的线缆需要特制。对于电压采集线处于电池间的部分，出厂时端子与线芯焊接并延长安全区后再焊接测试元件电阻，第二段线为主机与测试元件电阻的连接线；内阻采集线与电压采集线类似。环境温度线从电池间引出，串联安全栅后再接到主机，主机放在安全区UPS 设备间。因此，目前基于本项目特点的电池在线检测系统方案如图2所示。
2.4 环境温度传感器接线
环境温度传感器接口连接主模块上。温度探头最好在蓄电池上方固定，确保更准确的测量环境温度，将测温模块串联安全栅，成为本质安全电路，将电压电流限制在一定安全范围内。
目前电池在线检测系统已经投入使用，系统可实现如
下功能：
1）对电池进行实时状态监测，可以防止因电池故障导致的任何计划外的断电，并可适当地进行预知性的电池维修，最大限度地延长电池的寿命。
2）预知性的维修可以让维护人员有预先计划的工作，可以配合整体检修计划，降低电池断电对平台的影响。
3）电池在线监测系统可以协助平台了解电池的实时健康状况，保证蓄电池在关键时刻能够正常运行，并发挥其作用。
4）后台系统可以显示所有监测数据，可通过数据表格、曲线及柱状图的方式体现，至少可以保存两年的完整数据。
5）电池在线监测系统的应用降低了月检运维时对电池检查的工作量，减少人工成本，为今后的智能化无人平台提供设计借鉴。
3 结论
为了降低海洋石油平台因电池故障导致的停电、停机、着火等安全事故概率，并结合本项目UPS 及导航系统后备电池的特性进行分析研究，在国内首次海上平台设计中对每块电池进行电压及内阻的在线检测。此系统需具备总体控制功能、电压探测、电流探测、电解液比重探测、单电池内阻探测、温度
探测、信息汇总分析功能、故障预警功能、信息传递等功能。本次电池在线检测系统的应用相对于以往平台的电池的管理，进行了实时、智能、全面、精准的监测。
实时：通过实时性（在线）监测，区别于以往项目通过充放电管理电池的健康状态，本项目实现了及时发现故障电池。
智能：通过各项参数记录分析电池趋势，判断故障电池并发出预警，预留仪表报警点输出。并且通过不同数量硬件，实现了满足可以监控单块电池级别或者到几块电池
车位管理系统第29卷48仪器仪表用户INSTRUMENTATION
的不同运维需求。
全面：增加的模块收集每块电池内阻、每块电池端电压、电池组总电压、电池组总电流和电池温度，保证了有效分析电池状态，有着比以往平台月检项目更多的数据支持。
精准：通过全面的状态收集以及智能分析，及时出故障电池。
作为海洋平台电力系统的重要组成部分，蓄电池的实时在线监测系统对保证平台设施、人员安全有着至关重要的作用。
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