中緬原油管道馬德首站大容量穩壓技術應用研究

劉月東

（中國石油集團中油國際管道中緬油氣管道項目馬德島皎漂管理處，北京 100020）

1 前言

馬德首站是中緬原油管道的起始站，建設位于緬甸西海岸皎漂縣馬德島上，當地氣候為典型的熱帶海洋性氣候。目前已建成投產，且屬于對連續性生產要求很高的輸油站場，站場目前供電方式為外電系統和發電機供電兩種模式，其中外電系統為主，發電機供電為備用。經過1年多來的統計，馬德首站已因供電瞬間波動導致停輸10余次。查詢相關文獻，這種電力系統在運行過程中，由于外部線路受到雷擊、瞬時短路等故障或企業內部電網相鄰線路短路故障、大型電動機起動等原因，會造成電壓瞬間較大幅度波動后恢復，這種現象通常稱為“晃電”。

根據馬德首站現場實際觀察結果來看，首站晃電的表現形式主要為兩種：第一種為瞬間線電壓（用戶端變頻器）低至180V左右，持續超過0.4s，最終導致變頻器停機，但又在極短時間內恢復正常；第二種為電壓波動，在1min中內出現多次電壓降低、升高（且幅度較大）的現象。

一旦發生晃電，馬德首站給油泵機組、輸油主泵機組電機變頻器受保護停機，進而站場停運，最終導致整條輸油管線停輸，給企業造成巨大損失。因此，大容量的穩壓系統對提高生產收益、降低風險成本，具有深遠的意義。

2 系統容量確定

根據現場事件觀察及分析，并僅從保證生產的角度出發，受晃電影響最大的為站場給油泵機組以及輸油主泵機組。兩種設備主要電機均由變頻器進行啟停控制，在受到晃電時，變頻器保護停機。

馬德首站目前主要設置安裝有3臺輸油主泵機組、3臺給油泵機組，查看各設備電機額定功率計算，故馬德首站大容量穩壓系統至少需要滿足950kW。

3 大容量穩壓系統

3.1 VCS電壓穩定控制系統

3.1.1 工作原理

VCS系統主要由旁路開關、SCR靜態開關、隔離變壓器、IGBT逆變器、IGBT直流變換器、儲能元件（電池或超級電容）等組成，該系統通過實時檢測負載側電壓值，當發生電壓暫降時逆變器產生一個合適的補償電壓注入系統，保證輸出端電壓穩定。如圖1所示。

圖1 VCS系統原理圖

3.1.2 工作模式

在市電正常時，該系統工作在旁路狀態，并實時檢測負載側電壓。

當電網電壓發生電壓暫降或系統發生短時中斷，影響負載側電壓時，立即切換為逆變器工作狀態，通過超級電容或電池向系統供給電壓，保證負載側電壓穩定，始終工作在要求的電壓范圍內。

當電網電壓恢復后，負載側電壓重新恢復到旁路狀態，并且對儲能元件進行充電，以備下一次使用。

3.2 DVR電壓穩定控制系統

3.2.1 工作原理

該系統主要由整流器、儲能裝置和逆變器、濾波單元、變壓器等組成，通過在系統與符合之間串聯注入幅值和相位可調的電壓，來保證敏感負荷的電壓受到系統電壓擾動時仍可保持在可接受的范圍。如圖2所示。

圖2 DVR系統原理圖

3.2.2 工作模式

在市電正常時，系統工作在旁路狀態，并實時檢測負載側的電壓，并將輸出電壓與變壓器設定值進行對比，通過儲能單元及變壓器進行電壓補充。

3.3 Delta 轉換在線式UPS系統

3.3.1 工作原理

該型UPS系統主要由靜態旁路開關、DELTA變壓器、DELTA轉換器（AC/DC）、逆變器（DC/AC）、儲能電池等組成，該系統是利用小功率的Delta變換器經過位于主供電通道上的補償變壓器對不穩定的市電電源執行Delta數量級電壓調整的電壓補償型的交流穩壓電源。如圖3所示。

圖3 Delta 轉換在線UPS系統原理圖

3.3.2 工作模式

在正常情況下，主逆變器調節系統輸出電壓，將輸出電壓與電壓基準值比較，根據誤差進行PWM調節，穩定系統輸出電壓。在市電異常時，通過電池，再經過逆變器DC-AC進行補充（類似UPS）。

3.4 UMD工業驅動不間斷電源系統

3.4.1 工作原理

該系統是由變頻器、整流器、逆變器、充電器、直/直變換器、蓄電池、直流快開關、閉鎖二極管、交流檢測器等主要部件組成。利用UMD的直流供電系統將直流電送入變頻器直流端口，保障變頻器直流母線的電壓穩定，從而保證變頻器的正常輸出。

3.4.2 工作模式

在交流電源正常情況下，變頻器由交流接入口輸入，UMD內直/直變換器空載運行，并將電池電壓變換為與變頻器直流端口相匹配的直流供電電壓，送至快速開關二極管的輸入側備用，此時，閉鎖二極管關閉，變頻器不從DPS獲得能量。

當交流電源突然晃電時，DPS內的交流檢測器檢測到輸入交流變化后，快速導通，將直流電送入變頻器直流端口，保障變頻器直流母線的電壓穩定，從而保證了變頻器的正常輸出。當交流電源恢復正常后，UMD蓄電池退出工作，同時，充電器給蓄電池補充充電。

4 四種系統的優缺點比較

根據設備原理及結構，分析上文四種系統的優缺點，如表1。

表1 四種系統優缺點比較

5 結語

目前，隨著電力技術的發展，針對電力系統設備大容量穩壓技術日新月異，本文討論的四種大容量穩壓技術各有特點，分別適用不同的現場情況，均能起到良好的效果。而針對特定的馬德首站現場實際情況來看，考慮當地社會依托、電力質量以及站場設備設施現狀，建議使用VCS電壓穩定控制系統，并選用超級電容的儲能元件。