劉月東

（中國石油集團(tuán)中油國際管道中緬油氣管道項(xiàng)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(shè)位于緬甸西海岸皎漂縣馬德島上，當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)榈湫偷臒釒ШＱ笮詺夂?。目前已建成投產(chǎn)，且屬于對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)要求很高的輸油站場，站場目前供電方式為外電系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)供電兩種模式，其中外電系統(tǒng)為主，發(fā)電機(jī)供電為備用。經(jīng)過1年多來的統(tǒng)計(jì)，馬德首站已因供電瞬間波動(dòng)導(dǎo)致停輸10余次。查詢相關(guān)文獻(xiàn)，這種電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于外部線路受到雷擊、瞬時(shí)短路等故障或企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)相鄰線路短路故障、大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)等原因，會(huì)造成電壓瞬間較大幅度波動(dòng)后恢復(fù)，這種現(xiàn)象通常稱為“晃電”。

根據(jù)馬德首站現(xiàn)場實(shí)際觀察結(jié)果來看，首站晃電的表現(xiàn)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(xù)超過0.4s，最終導(dǎo)致變頻器停機(jī)，但又在極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常；第二種為電壓波動(dòng)，在1min中內(nèi)出現(xiàn)多次電壓降低、升高（且幅度較大）的現(xiàn)象。

一旦發(fā)生晃電，馬德首站給油泵機(jī)組、輸油主泵機(jī)組電機(jī)變頻器受保護(hù)停機(jī)，進(jìn)而站場停運(yùn)，最終導(dǎo)致整條輸油管線停輸，給企業(yè)造成巨大損失。因此，大容量的穩(wěn)壓系統(tǒng)對(duì)提高生產(chǎn)收益、降低風(fēng)險(xiǎn)成本，具有深遠(yuǎn)的意義。

2 系統(tǒng)容量確定

根據(jù)現(xiàn)場事件觀察及分析，并僅從保證生產(chǎn)的角度出發(fā)，受晃電影響最大的為站場給油泵機(jī)組以及輸油主泵機(jī)組。兩種設(shè)備主要電機(jī)均由變頻器進(jìn)行啟停控制，在受到晃電時(shí)，變頻器保護(hù)停機(jī)。

馬德首站目前主要設(shè)置安裝有3臺(tái)輸油主泵機(jī)組、3臺(tái)給油泵機(jī)組，查看各設(shè)備電機(jī)額定功率計(jì)算，故馬德首站大容量穩(wěn)壓系統(tǒng)至少需要滿足950kW。

3 大容量穩(wěn)壓系統(tǒng)

3.1 VCS電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.1.1 工作原理

VCS系統(tǒng)主要由旁路開關(guān)、SCR靜態(tài)開關(guān)、隔離變壓器、IGBT逆變器、IGBT直流變換器、儲(chǔ)能元件（電池或超級(jí)電容）等組成，該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載側(cè)電壓值，當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)逆變器產(chǎn)生一個(gè)合適的補(bǔ)償電壓注入系統(tǒng)，保證輸出端電壓穩(wěn)定。如圖1所示。

圖1 VCS系統(tǒng)原理圖

3.1.2 工作模式

在市電正常時(shí)，該系統(tǒng)工作在旁路狀態(tài)，并實(shí)時(shí)檢測負(fù)載側(cè)電壓。

當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生電壓暫降或系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)中斷，影響負(fù)載側(cè)電壓時(shí)，立即切換為逆變器工作狀態(tài)，通過超級(jí)電容或電池向系統(tǒng)供給電壓，保證負(fù)載側(cè)電壓穩(wěn)定，始終工作在要求的電壓范圍內(nèi)。

當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，負(fù)載側(cè)電壓重新恢復(fù)到旁路狀態(tài)，并且對(duì)儲(chǔ)能元件進(jìn)行充電，以備下一次使用。

3.2 DVR電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)

3.2.1 工作原理

該系統(tǒng)主要由整流器、儲(chǔ)能裝置和逆變器、濾波單元、變壓器等組成，通過在系統(tǒng)與符合之間串聯(lián)注入幅值和相位可調(diào)的電壓，來保證敏感負(fù)荷的電壓受到系統(tǒng)電壓擾動(dòng)時(shí)仍可保持在可接受的范圍。如圖2所示。

圖2 DVR系統(tǒng)原理圖

3.2.2 工作模式

在市電正常時(shí)，系統(tǒng)工作在旁路狀態(tài)，并實(shí)時(shí)檢測負(fù)載側(cè)的電壓，并將輸出電壓與變壓器設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，通過儲(chǔ)能單元及變壓器進(jìn)行電壓補(bǔ)充。

3.3 Delta 轉(zhuǎn)換在線式UPS系統(tǒng)

3.3.1 工作原理

該型UPS系統(tǒng)主要由靜態(tài)旁路開關(guān)、DELTA變壓器、DELTA轉(zhuǎn)換器（AC/DC）、逆變器（DC/AC）、儲(chǔ)能電池等組成，該系統(tǒng)是利用小功率的Delta變換器經(jīng)過位于主供電通道上的補(bǔ)償變壓器對(duì)不穩(wěn)定的市電電源執(zhí)行Delta數(shù)量級(jí)電壓調(diào)整的電壓補(bǔ)償型的交流穩(wěn)壓電源。如圖3所示。

圖3 Delta 轉(zhuǎn)換在線UPS系統(tǒng)原理圖

3.3.2 工作模式

在正常情況下，主逆變器調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓，將輸出電壓與電壓基準(zhǔn)值比較，根據(jù)誤差進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，穩(wěn)定系統(tǒng)輸出電壓。在市電異常時(shí)，通過電池，再經(jīng)過逆變器DC-AC進(jìn)行補(bǔ)充（類似UPS）。

3.4 UMD工業(yè)驅(qū)動(dòng)不間斷電源系統(tǒng)

3.4.1 工作原理

該系統(tǒng)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(guān)、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(tǒng)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(wěn)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(nèi)直/直變換器空載運(yùn)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(guān)二極管的輸入側(cè)備用，此時(shí)，閉鎖二極管關(guān)閉，變頻器不從DPS獲得能量。

當(dāng)交流電源突然晃電時(shí)，DPS內(nèi)的交流檢測器檢測到輸入交流變化后，快速導(dǎo)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(wěn)定，從而保證了變頻器的正常輸出。當(dāng)交流電源恢復(fù)正常后，UMD蓄電池退出工作，同時(shí)，充電器給蓄電池補(bǔ)充充電。

4 四種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

根據(jù)設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)，分析上文四種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1。

表1 四種系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較

5 結(jié)語

目前，隨著電力技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備大容量穩(wěn)壓技術(shù)日新月異，本文討論的四種大容量穩(wěn)壓技術(shù)各有特點(diǎn)，分別適用不同的現(xiàn)場情況，均能起到良好的效果。而針對(duì)特定的馬德首站現(xiàn)場實(shí)際情況來看，考慮當(dāng)?shù)厣鐣?huì)依托、電力質(zhì)量以及站場設(shè)備設(shè)施現(xiàn)狀，建議使用VCS電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)，并選用超級(jí)電容的儲(chǔ)能元件。