压差式电池充电器在天然气管线中的应用分析.pdf

电气 自动化 2 0 1 6年第 3 8卷 第 1 期 自动控制系统与装置 A u t o ma t ic Co n t r o l S y s t e ms＆ E q u i p mq 压差式 电池 充电器在天然气管线 中的应用分析 陈吉 ，邹志任 1 ． 常州铁道 高等职业技术学校 ， 江苏常州2 1 3 0 1 l ； 2 ．P G I 常州 仪表元器件有 限公司 ， 江苏常州2 1 3 0 0 2 摘要在天然气管线在线检测领域， 压差式电池充电器是传统的太阳能电池系统的有效且可靠的替代产品， 利用输气管道压差发电， 将所产生的电能储存到蓄电池。压差充电系统几乎可以安装在任何工况下 ， 不受阴、 雨、 雪、 冰等气候条件以及表面污染物的 影响， 可以实现2 4小时不间断充电， 保证了供电的稳定性和可靠性。同时可以消除太阳能充电系统中， 因为电池的经常性深 度放 电带来 的电池维护成本 。 关键词压差式电池充电器； 工作原理； 充电系统； 技术参数； 安装方式； 系统监控 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 03 8 8 6 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 3 0 [ 中图分类号]T M 9 1 2 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 6 0 1 0 0 9 4- 0 3 An An a ly s i s o n t h e Ap p l i c a t i o n o f t h e Diff e r e n t ia l Pr e s s u r e T y p e Ba t t e r y Ch a r g e r in Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e s C HE N J i ． Z OU Z h i - r e n 1 ． C h a n g z h o u R a i l w a y H i g h e r V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l S c h o o l ， C h a n g z h o u J i a n g s u 2 1 3 0 1 1 ，C h i n a ； 2 ． P C h a n g z h o u I n s t r u m e n t C o m p o n e n t s C o ． ， L t d ． ，C h a n g z h o u J i a n g s u 2 1 3 0 0 2， C h i n a Abs t r ac t Th e di f f e r e n t i a l p r e s s u r e t y pe b a t t e r y c h a r g e r i s a n e f f i c i e nt a n d r e l i a bl e s u b s t i t u t e p r o d uc t f o r t h e t r a d i t i o n a l s o l a r c e l l s y s t e m i n t he f i e l d o f o n l i n e d e t e c t i o n o f n a t u r a l g a s p i p e l i n e s ．P o w e r i s g e n e r a t e d t h r o u g h t h e d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e o f t h e g a s p i p e l i n e a n d s t o r e d i n t h e a c c u mu l a t o r ．The d i ffe r e n t i a l pr e s s ur e t y p e c h a r g i ng s y s t e m c a n be i n s t a l l e d u nd e r a l mo s t a ny wo r k i n g c o nd i t i o n a n d wi l l n o t be a f f e c t e d b y s u c h c l i ma t i c c o n d i t i o n s a s s h a d e ，r a i n，s n o w a n d i c e ，o r s u r f a c e p o l l u t a n t s -a n d u n i n t e r r u p t e d c h a r g i n g C a n b e r e a l i z e d a r o u n d t h e c l o c k ．T h u s ，s t a b l e a n d r e l i a b l e p o we r s u p p l y i s i n s u r e d，a n d b a t t e r y ma i n t e n a n c e c o s t c a u s e d b y f r e q u e n t d e e p d i s c h a r g e i n t h e s o l a r c h arg i n g s y s t e m c a n be s a v e d ． Ke ywo r ds d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e t y pe ba t t e r y c h arg e r；o p e r a t i ng pr i n c i pl e；c ha r g i n g s y s t e m ；t e c h ni c a l p a r a me t e r ；i n s t a l l a t i o n me t ho d；s y s t e m mo n i t o r i ng O 引 言 传统天然气管线的在线检测多采用太阳能电源系统 ， 将太阳 能电池板产生的电除去杂波及稳压， 并控制其电流 ， 电压充人电 池储存起来⋯。太阳能电源系统由于盗贼、 野生动物、 天气 、 各种 破坏行为导致了供电电源系统的不安全或者供电不充分。美国 P G I 公司针对太阳能充电系统的缺陷联合中国常州分公司一起 研发了太阳能电池充电器的替代产品 一压差式电池充电器， 有效 地解决了上述问题， 压差式电池充电器利用输气管道压差发电， 将所产生 的电能储存到蓄 电池 。压差式充电系统不受 阳光 、 雨雪 等复杂气象条件以及表面污染物的影响， 可以实现 2 4小时不问 断充电， 保证了供电的稳定性和可靠性。同时可以消除太阳能充 电系统 中 ， 因为电池 的经常性深度放电带来 的电池 维护成本 。压 差式电池充电器环境友好 ， 不消耗气体， 气体最终流回主管路， 没 有非正常排放。坚固紧凑型设计可以防止盗贼和故意破坏者的 注意。安装容易 ， 免维护。在6 5 p s i g 压差下可持续产生 l 0 w 的 供电， 在 8 5 p s i g 压差下可持续产生 2 0 w 的供电， 在 1 2 5 p s i g压 差下可持续产生5 0 w 的供电， 产生的电用于蓄电池的充电， 储存 在蓄电池中， 提供于蓄电池的接口为 1 2 V或 2 4 V电压。 定稿 日期 2 0 1 5 0 5 2 5 9 4 El e c t r ic aI Au t o ma t io n 1 基本 工作原 理 压差式电池充电器安装在天然气管路的旁路上， 发电过程 中， 马达控制阀控制少量的气体流经压差控制系统 。系统装备 了超小型的管道叶轮发电机构， 通过旁通管线中气体， 利用气体 压差的动力驱动叶轮， 叶轮带动发电机， 发电机利用线圈切割磁 力线产生电能 ， 将所产生的电能储存蓄电池。压差式电池充电 器可 以进行无 人 照 管操 作 ， 连 续 不断 地监 测 电池 的状 态 ， 当 电 压低于下 限 ， 开 始充 电， 当电压 高 于上 限 ， 停 止 充 电 如 图 1所 示 。 图 1 压差式 电池充电器外形图及基本工作原理框 图 自动控制系统与装置 皇 皇 竺 竺 兰兰 Au t o ma t i c Co n t r o I S y s t e ms＆ E q u i p me n t s 2 压 差式电池充 电器 系统 主 电路 图 2 ． 1 系统主要部件 电路连接 图 压差式电池充电器主要有三大部件 ， 发电机、 控制器和蓄电 池接口模块， 发电机通常安装在管线附近， 而控制器和蓄电池接 口安装在 蓄电池附近 的安全 区域 。图 2显示 了发 电机 、 控制 器和 蓄电池接13模块的系统接线图 J 。 控制 器 少， 发电机转速下降， 输出电压下降； 反之， 当电压低于规定数值 时， 微处理器给出信号， 电机驱动电路驱动阀门电机增大开度， 从 而使流过马达控制阀的气体增加， 发电机转速上升 ， 输出电压上 升， 使输出电压稳定在额定值 。艘 两端连接到电流检测电路 上 ， 检测充电电流大小 。 3 产 品特性及技术参数 压差式电池充电器配备了具有功能强大的微处理器， 启动及 图2 三大核心部件内部电路连接图 发电机电路板是发电机电能输出的接口， 同时是电机控制阀 的控制信号输入接口； 控制器负责检测信号的处理， 控制充电器 充电状态以及指示信号等； 蓄电池接 口板提供 1 2 ／ 2 4 V充 电接 口， 实现蓄电池与发电机以及控制器的连接。发电机电路和控制 器电路分别有一个微处理器 J 。由于使用单独的处理器 ， 发电机 电路可以实现 自身监控、 与控制器通信， 并在必要时使用发电机 的电能关闭控制阀。发电机电路将会监控转速， 充电电流， 控制 阀位置以及输出电压。所有的其他参数 蓄电池电压， 蓄电池温 度 ， E S D输入， 警报输出， 工作状态 L E D 由控制部分的微处理器监 控和管理。压差式电池充电器可以在不拆除发电机防护罩的情况 下实现监控。蓄电池温度传感器， 电池接口螺丝端子， 以及过流保 护集成在蓄电池接口模块， 尽可能地安装在靠近电池的位置。 2 ． 2充电电路图 系统充电部分电路图如图3所示 ， 发电机发出的电能经 B R 1 整流后 ， 经过熔断器 F 1 ， 再由电容 c 1 ， c 2滤波后 ， 得到稳定的直 流电， 经电阻 后充到蓄电池中。电阻 连接测压电路， 检测 发电机输出电压， 微处理器根据电机输出电压 ， 控制进 口调节阀 的动作 。当电压超过规定数值时， 微处理器给出信号 ， 电机驱 动电路驱动阀门电机减小开度， 从而使流过马达控制阀的气体减 发 电 机 诊断方便快捷， 集成充 电的温度补偿功 能 J ， 充电状态远程监控警告。产品符合 C l a s s l ，D i v i s i o n 1 ，G r o u p D A r e a s防爆 要 求 ， 并取得 了 C S A证书。该系统发 电可用 的最大天然气压差为 1 4 4 0 p s i ， 可直接安 装在管线上或用 2 支撑杆安装。 技术参数 充 电电压 1 2 ／ 2 4 V 带 温 度补 偿 用 于胶体铅酸电池 输出功率 环境温度 6 8 OF 2 0℃充 电时提供 1 0 w、 2 0 w或 5 0 w输出 电池远程温度传感器 硅二极管 报警状态及注意事项 L E D和 N P N最大电压3 O V， 最大电流 2 0 0 mA 瞬态保护 双向T V S 1 5 0 0 W峰值脉冲功率 电池短路保护 1 0 A P T C过电流保护 进 口供气 压力 最大 1 4 4 0 P S I 电气连接 1 ／ 2 N F 管 防爆 充电循环气体流量 3 0 S C FM 1 0 W 4 0 S C FM 2 0 W 6 5 S C FM 5 0 W 供气连接 进口 3 ／ 8 ” 外径不锈钢管， 出口 3 ／ 4 ” F N P T 工作温度范 围 一 4 0℃ 一 4 0下到 6 0 o C 1 4 0 o F 重量 6 ． 8 k g 4 压差式电池充电器的现场安装方式 如图4 、 图5 所示 V 0 0 l ≥ D { 7 鼍 ， D ≈ o2 一 I s 兰 9 I I I I I [ 1 ， 上 L ￡ ● 1 图 3充电电路 图 蔫 电 池 图 4 压 差式 电池 充电器现场安装方式示意图 E le c t r i c a I Au t o ma t i o n 9 5