中壓變頻器在成品油管道增輸工程中的應(yīng)用

汪華

（中石油西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 成都 610000）

中壓變頻技術(shù)的運(yùn)用能夠在維持既有成品油管道輸送運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提升輸送流量范圍，有效調(diào)節(jié)管道流量，實(shí)現(xiàn)成品油管道增輸?shù)挠?jì)量與設(shè)計(jì)要求。但隨著當(dāng)前成品油輸送規(guī)模的不斷擴(kuò)大，部分成品油管道與煉廠的配置已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，因此需要對(duì)管道增輸技術(shù)進(jìn)行有效的研究。

1 輸油管道中壓變頻器

1.1 輸油管道中壓變頻器

輸油管道運(yùn)行過(guò)程中在使用傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)節(jié)流量控制時(shí)，不僅需要頻繁操作，同時(shí)精確度較低，容易導(dǎo)致節(jié)流損失，過(guò)多消耗電力，而且電機(jī)設(shè)備溫度較高、噪音大。這種手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，缺乏對(duì)于輸油管道運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)動(dòng)態(tài)化追蹤，不能根據(jù)管道運(yùn)行特征采取實(shí)時(shí)化的控制，往往會(huì)因參數(shù)適配問(wèn)題出現(xiàn)抽空、堵塞或外溢等問(wèn)題。隨著自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提升，通過(guò)在輸油管道中安裝變頻調(diào)節(jié)控制設(shè)備，借助變頻器控制電動(dòng)機(jī)輸油壓力供給，實(shí)現(xiàn)輸油泵的調(diào)節(jié)就成為了較為理想的工作方式。

當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的是輸油管道中壓變頻器，其中中壓變頻的電壓等級(jí)為3kV、6kV、10kV。

關(guān)于中壓變頻的基本技術(shù)原理可通過(guò)以下公式表達(dá)：

在上述公式中，異步電動(dòng)機(jī)在磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率固定的條件下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)供電頻率進(jìn)行無(wú)級(jí)變頻調(diào)速。同時(shí)為了維持速度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，需要在頻率調(diào)節(jié)過(guò)程中同步調(diào)節(jié)電壓。

從輸油管道壓力調(diào)節(jié)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，為了有效控制大功率交流電機(jī)在中壓水平的工作表現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員提出了眾多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中很多結(jié)構(gòu)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用的檢驗(yàn)收獲了理想的效果?，F(xiàn)階段，主要的中壓變頻主要包括GTO，IGCT, IGBT,IEGT 等形式，各形式之間存在著不同的特征與優(yōu)勢(shì)，在大功率中壓變頻領(lǐng)域成為了主流電子器件。

1.2 變頻器的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)以SIMOVERT MV 電壓源型變頻器介紹變頻器結(jié)構(gòu)。

電壓源型變頻器由以下幾部分構(gòu)成，主要包括主電路、保護(hù)電路、控制回路、數(shù)字顯示及故障診斷電路、數(shù)字與模擬輸入輸出電路等。圖1 為SIMOVERT MV電壓源型變頻器主回路圖。

圖1 SIMOVERT MV 電壓源型變頻器主回路圖

（1）主電路。SIMOVERT MV 電壓源型變頻器的主電路由整流器和逆變器構(gòu)成分，其中整流器負(fù)責(zé)將電源的三相交流電轉(zhuǎn)換直流電，而后通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為調(diào)頻三相交流電。圖2 為SIMOVERT MV 電壓源型變頻器整流單元。

（2）保護(hù)電路。實(shí)現(xiàn)變頻器工作過(guò)程中的保護(hù)功能，主要由電子和電壓分流器、溫度傳感器、壓力傳感器對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)，提供保護(hù)支持。主要包括過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。

（3）控制回路。系統(tǒng)閉環(huán)控制，借助內(nèi)置的控制模塊實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，操控逆變器動(dòng)作與監(jiān)控直流母線電壓、輸出電流和輸出電壓等。

（4）顯示及故障診斷電路。將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示在面板上，主要包括頻率、電壓電流以及故障信息等，同時(shí)提供故障狀態(tài)分析、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。

（5）輸入輸出電路。通過(guò)接口上行下達(dá)信號(hào)，并將SIMOVERT MV 連接到上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)中。

圖2 SIMOVERT MV 電壓源型變頻器整流單元

2 中壓變頻器在成品油管道增輸工程中的應(yīng)用

2.1 安裝與調(diào)試

（1）安裝。①功率部件門(mén)的手動(dòng)釋放。成品油管道增輸中壓變頻器通常配備電機(jī)門(mén)鎖，此門(mén)鎖在接地開(kāi)關(guān)完成后方可打開(kāi)，因此設(shè)備安裝初期需要受到開(kāi)啟釋放。②連接柜機(jī)導(dǎo)軌，連接DC 總線，連接接口端子。③連接功率電纜。在中壓變頻柜機(jī)斷電保護(hù)，開(kāi)啟電纜緊固通道，放入固定螺栓，接入電纜終端，放入螺母緊固。使用電纜夾記性固定。④功率電纜至電機(jī)和電網(wǎng)的連接。核查電纜連接是否符合導(dǎo)線保護(hù)要求，開(kāi)啟柜機(jī)，移除蓋板。選擇帶有接地標(biāo)志的預(yù)設(shè)點(diǎn)位置進(jìn)行施工，將饋電電纜連接至電網(wǎng)導(dǎo)軌，對(duì)電機(jī)電纜各相位進(jìn)行安裝緊固。⑤接地連接。

（2）調(diào)試。成品油管道增輸中壓變頻器調(diào)試前，應(yīng)首先確認(rèn)設(shè)備安裝完成后的現(xiàn)場(chǎng)條件，具體如下：①設(shè)備接線有效，電源穩(wěn)定供給，并在調(diào)試前全部斷開(kāi)。②設(shè)備真空開(kāi)關(guān)配備“欠壓脫扣器”線圈。③調(diào)試參數(shù)信息及相關(guān)資料齊備。④設(shè)備主回路輸入、輸出電纜絕緣測(cè)試結(jié)果達(dá)標(biāo)。⑤設(shè)備接入控制電壓，可隨時(shí)通電。⑥高壓開(kāi)關(guān)柜測(cè)試就位。⑦輸入變壓器至變頻裝置與變頻裝置到電機(jī)的電纜連接符合要求。⑧電機(jī)和變壓器絕緣測(cè)試結(jié)果達(dá)標(biāo)。⑨設(shè)備運(yùn)行環(huán)境符合要求。

在完成上述調(diào)試確認(rèn)工作后，開(kāi)始進(jìn)行成品油管道增輸中壓變頻器空載測(cè)試，主要測(cè)試內(nèi)容包括：①動(dòng)力電纜的相序校正和絕緣測(cè)試。②變頻器柜內(nèi)元器件的上電測(cè)試。③中壓開(kāi)關(guān)柜性能測(cè)試。④變頻器與上位控制系統(tǒng)接口信號(hào)測(cè)試。⑤變頻器參數(shù)設(shè)定。⑥變頻器空載測(cè)試。⑦電機(jī)帶載測(cè)試。⑧電機(jī)性能參數(shù)優(yōu)化。

2.2 應(yīng)用環(huán)節(jié)控制要點(diǎn)分析

（1）變頻器工作環(huán)境溫度控制。成品油管道增輸中壓變頻器運(yùn)行溫度水平是重要的控制內(nèi)容，其內(nèi)部溫度檢測(cè)元件安裝在鐵心內(nèi)部，在檢測(cè)溫度水平達(dá)到130℃時(shí)設(shè)備將報(bào)警，而當(dāng)檢測(cè)溫度水平達(dá)到150℃同時(shí)出現(xiàn)30s 延遲時(shí)將會(huì)發(fā)出故障，上級(jí)高壓開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。

成品油管道增輸中壓變頻器各功率單元的散熱器位置同樣安裝溫度檢測(cè)元件，在散熱器檢測(cè)溫度水平達(dá)到80℃時(shí)，功率單元將報(bào)警，而達(dá)到88℃時(shí)功率單元將發(fā)出故障，未配備旁路系統(tǒng)的條件下，變頻器將停止工作。

成品油管道增輸中壓變頻器在理想通風(fēng)條件下，環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)維持在0～40℃，最佳溫度為25℃。由于設(shè)備功率升高將帶來(lái)熱量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，因此需要采取更為高效的散熱措施，需要將設(shè)備安裝室內(nèi)外安裝通風(fēng)系統(tǒng)散熱，或加裝空調(diào)降溫。而對(duì)于通風(fēng)條件不理想的情況，變頻器散熱不利極易形成升溫問(wèn)題，在環(huán)境溫度未超過(guò)40℃上限時(shí)，也會(huì)存在超溫危險(xiǎn)，因此采取有效通風(fēng)措施是維持良好溫度水平的關(guān)鍵手段。

（2）變頻器工作環(huán)境粉塵濃度控制。成品油管道增設(shè)中壓變頻器運(yùn)行過(guò)程中的室內(nèi)外通風(fēng)調(diào)節(jié)使得環(huán)境中存在一定的粉塵，這些粉塵進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后，將積累形成導(dǎo)電層，容易致使設(shè)備線路板出現(xiàn)短路故障。同時(shí)，這些粉塵的積累也將限制設(shè)備散熱，導(dǎo)致過(guò)熱故障的發(fā)生。變頻器工作環(huán)境粉塵濃度控制要求為顆粒＜100 微米、@6.5 毫克/ 立方英尺，同時(shí)應(yīng)限制碳粉、金屬顆粒、硫化物等導(dǎo)電性、腐蝕性粉塵進(jìn)入設(shè)備室。

（3）變頻器工作環(huán)境濕度控制。濕氣進(jìn)入變頻器后將會(huì)附著在設(shè)備元件表面，導(dǎo)致設(shè)備絕緣性的降低。而其與變頻器內(nèi)部粉塵混合形成結(jié)塊后，同樣將使設(shè)備線路板出現(xiàn)短路故障，限制設(shè)備散熱性能。變頻器工作環(huán)境濕度控制要求為運(yùn)行時(shí)最大95%，無(wú)冷凝(貯存時(shí)小于70%)。

（4）變頻器工作環(huán)境空氣循環(huán)控制。成品油管道增輸中壓變頻器工作環(huán)境空氣循環(huán)主要分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，其中內(nèi)循環(huán)指的是變頻室環(huán)境空氣進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部帶走工作生熱。外循環(huán)則指的是變頻室與外界的空氣流通，通過(guò)室外空氣與變頻器室中的空氣進(jìn)行熱交換，吸收變頻器傳導(dǎo)的熱量。在建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)合理設(shè)置空氣循環(huán)通風(fēng)孔，維持變頻室內(nèi)的孔醫(yī)壓力，保證進(jìn)風(fēng)量與出風(fēng)量的匹配度，維持風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)成品油管道大多分為多種類(lèi)別的次序來(lái)輸送，管道當(dāng)中添加使用了中壓變頻器，相關(guān)部門(mén)對(duì)低壓變頻機(jī)器組成的交流及調(diào)速方面做出了不斷的改革創(chuàng)新，使其更好的完善系統(tǒng)，并且在相關(guān)電氣的傳動(dòng)領(lǐng)域進(jìn)行挑戰(zhàn)直流的調(diào)試速度系統(tǒng)，已被大規(guī)模應(yīng)用到了實(shí)踐中。