中壓變頻器在成品油管道增輸工程中的應用

汪華

（中石油西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 成都 610000）

中壓變頻技術的運用能夠在維持既有成品油管道輸送運行的基礎上，提升輸送流量范圍，有效調節管道流量，實現成品油管道增輸的計量與設計要求。但隨著當前成品油輸送規模的不斷擴大，部分成品油管道與煉廠的配置已經不能滿足實際需求，因此需要對管道增輸技術進行有效的研究。

1 輸油管道中壓變頻器

1.1 輸油管道中壓變頻器

輸油管道運行過程中在使用傳統手動調節流量控制時，不僅需要頻繁操作，同時精確度較低，容易導致節流損失，過多消耗電力，而且電機設備溫度較高、噪音大。這種手動調節模式，缺乏對于輸油管道運行過程中的參數動態化追蹤，不能根據管道運行特征采取實時化的控制，往往會因參數適配問題出現抽空、堵塞或外溢等問題。隨著自動化技術應用水平的不斷提升，通過在輸油管道中安裝變頻調節控制設備，借助變頻器控制電動機輸油壓力供給，實現輸油泵的調節就成為了較為理想的工作方式。

當前應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為3kV、6kV、10kV。

關于中壓變頻的基本技術原理可通過以下公式表達：

在上述公式中，異步電動機在磁極對數和轉差率固定的條件下，可以通過調節供電頻率進行無級變頻調速。同時為了維持速度調節的穩定性，需要在頻率調節過程中同步調節電壓。

從輸油管道壓力調節實際應用出發，為了有效控制大功率交流電機在中壓水平的工作表現，設計人員提出了眾多拓撲結構，其中很多結構通過了實驗與應用的檢驗收獲了理想的效果。現階段，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勢，在大功率中壓變頻領域成為了主流電子器件。

1.2 變頻器的結構

現以SIMOVERT MV 電壓源型變頻器介紹變頻器結構。

電壓源型變頻器由以下幾部分構成，主要包括主電路、保護電路、控制回路、數字顯示及故障診斷電路、數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成分，其中整流器負責將電源的三相交流電轉換直流電，而后通過逆變器將直流電轉換為調頻三相交流電。圖2 為SIMOVERT MV 電壓源型變頻器整流單元。

（2）保護電路。實現變頻器工作過程中的保護功能，主要由電子和電壓分流器、溫度傳感器、壓力傳感器對設備運行狀況監測，提供保護支持。主要包括過壓保護、過流保護、過載保護、過熱保護等。

（3）控制回路。系統閉環控制，借助內置的控制模塊實現控制動作，操控逆變器動作與監控直流母線電壓、輸出電流和輸出電壓等。

（4）顯示及故障診斷電路。將設備運行狀態顯示在面板上，主要包括頻率、電壓電流以及故障信息等，同時提供故障狀態分析、歷史運行數據查詢等功能。

（5）輸入輸出電路。通過接口上行下達信號，并將SIMOVERT MV 連接到上一級自動化系統中。

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用

2.1 安裝與調試

（1）安裝。①功率部件門的手動釋放。成品油管道增輸中壓變頻器通常配備電機門鎖，此門鎖在接地開關完成后方可打開，因此設備安裝初期需要受到開啟釋放。②連接柜機導軌，連接DC 總線，連接接口端子。③連接功率電纜。在中壓變頻柜機斷電保護，開啟電纜緊固通道，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功率電纜至電機和電網的連接。核查電纜連接是否符合導線保護要求，開啟柜機，移除蓋板。選擇帶有接地標志的預設點位置進行施工，將饋電電纜連接至電網導軌，對電機電纜各相位進行安裝緊固。⑤接地連接。

（2）調試。成品油管道增輸中壓變頻器調試前，應首先確認設備安裝完成后的現場條件，具體如下：①設備接線有效，電源穩定供給，并在調試前全部斷開。②設備真空開關配備“欠壓脫扣器”線圈。③調試參數信息及相關資料齊備。④設備主回路輸入、輸出電纜絕緣測試結果達標。⑤設備接入控制電壓，可隨時通電。⑥高壓開關柜測試就位。⑦輸入變壓器至變頻裝置與變頻裝置到電機的電纜連接符合要求。⑧電機和變壓器絕緣測試結果達標。⑨設備運行環境符合要求。

在完成上述調試確認工作后，開始進行成品油管道增輸中壓變頻器空載測試，主要測試內容包括：①動力電纜的相序校正和絕緣測試。②變頻器柜內元器件的上電測試。③中壓開關柜性能測試。④變頻器與上位控制系統接口信號測試。⑤變頻器參數設定。⑥變頻器空載測試。⑦電機帶載測試。⑧電機性能參數優化。

2.2 應用環節控制要點分析

（1）變頻器工作環境溫度控制。成品油管道增輸中壓變頻器運行溫度水平是重要的控制內容，其內部溫度檢測元件安裝在鐵心內部，在檢測溫度水平達到130℃時設備將報警，而當檢測溫度水平達到150℃同時出現30s 延遲時將會發出故障，上級高壓開關跳開。

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元件，在散熱器檢測溫度水平達到80℃時，功率單元將報警，而達到88℃時功率單元將發出故障，未配備旁路系統的條件下，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條件下，環境溫度應當維持在0～40℃，最佳溫度為25℃。由于設備功率升高將帶來熱量的指數級增長，因此需要采取更為高效的散熱措施，需要將設備安裝室內外安裝通風系統散熱，或加裝空調降溫。而對于通風條件不理想的情況，變頻器散熱不利極易形成升溫問題，在環境溫度未超過40℃上限時，也會存在超溫危險，因此采取有效通風措施是維持良好溫度水平的關鍵手段。

（2）變頻器工作環境粉塵濃度控制。成品油管道增設中壓變頻器運行過程中的室內外通風調節使得環境中存在一定的粉塵，這些粉塵進入設備內部后，將積累形成導電層，容易致使設備線路板出現短路故障。同時，這些粉塵的積累也將限制設備散熱，導致過熱故障的發生。變頻器工作環境粉塵濃度控制要求為顆粒＜100 微米、@6.5 毫克/ 立方英尺，同時應限制碳粉、金屬顆粒、硫化物等導電性、腐蝕性粉塵進入設備室。

（3）變頻器工作環境濕度控制。濕氣進入變頻器后將會附著在設備元件表面，導致設備絕緣性的降低。而其與變頻器內部粉塵混合形成結塊后，同樣將使設備線路板出現短路故障，限制設備散熱性能。變頻器工作環境濕度控制要求為運行時最大95%，無冷凝(貯存時小于70%)。

（4）變頻器工作環境空氣循環控制。成品油管道增輸中壓變頻器工作環境空氣循環主要分為內循環和外循環兩種，其中內循環指的是變頻室環境空氣進入設備內部帶走工作生熱。外循環則指的是變頻室與外界的空氣流通，通過室外空氣與變頻器室中的空氣進行熱交換，吸收變頻器傳導的熱量。在建設過程中，應合理設置空氣循環通風孔，維持變頻室內的孔醫壓力，保證進風量與出風量的匹配度，維持風機的穩定運行。

3 結語

綜上所述，我國成品油管道大多分為多種類別的次序來輸送，管道當中添加使用了中壓變頻器，相關部門對低壓變頻機器組成的交流及調速方面做出了不斷的改革創新，使其更好的完善系統，并且在相關電氣的傳動領域進行挑戰直流的調試速度系統，已被大規模應用到了實踐中。