關(guān)于供配電技術(shù)的輸氣管道工程論文

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1電源選擇及供配電設(shè)計(jì)分析

進(jìn)行選擇線路RTU截?cái)嚅y室電源。考慮到SCADA、儀表、通信等在閥室中的用電負(fù)荷，通常為0.5kW左右較小的負(fù)荷，但在偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別需要可靠性高的供電，農(nóng)用低壓線路供電的外來電源不能滿足要求。因此，供電方式應(yīng)當(dāng)選擇可靠的自備電源。

2自備電源供電方式

(1)太陽能發(fā)電裝置

太陽能發(fā)電裝置具有不需燃料、無污染、運(yùn)行維護(hù)工作量小、壽命長等特點(diǎn)，但受自然氣候條件影響較大，如連續(xù)陰雨天數(shù)、日照小時(shí)數(shù)、太陽輻射強(qiáng)度等。在正常的日照情況下，通過轉(zhuǎn)換太陽能為設(shè)備和蓄電池供電，備用電源為蓄電池。在夜間，供電通過蓄電池進(jìn)行，系統(tǒng)控制器能夠有效控制系統(tǒng)的供電運(yùn)行狀況。

(2)CCVT密閉循環(huán)渦輪發(fā)電機(jī)

具有較小的維護(hù)工作量，受環(huán)境影響較小，但需要供應(yīng)燃料，將2臺小容量燃?xì)獍l(fā)電裝置設(shè)置在燃?xì)獍l(fā)電區(qū)，工作方式采用1用l備，天然氣減壓裝置并聯(lián)在燃?xì)獍l(fā)電裝置中，相關(guān)直流蓄電池柜和電源控制柜在電源機(jī)房內(nèi)進(jìn)行配套安裝，用電設(shè)備配電通過電源控制柜進(jìn)行，其中，備用電源為1300Ah閥控密封鉛酸蓄電池，能夠滿足不小于48h的后備時(shí)間。

(3)TEG熱電式發(fā)電裝置

該裝置維護(hù)工作量小、結(jié)構(gòu)簡單，除了輸出功率受到環(huán)境溫度的一定影響，其它基本不受到環(huán)境因素影響，但需燃料供應(yīng)，適用于幾十到幾百瓦負(fù)載情況。

3新能源在項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

(1)太陽能發(fā)電裝置

太陽能發(fā)電裝置在某些管道工程部分閥室中采用。其中，在正常日照情況下，供電通過轉(zhuǎn)換太陽能為設(shè)備和蓄電池供電，備用電源為蓄電池，在夜間，供電通過蓄電池進(jìn)行，系統(tǒng)控制器能夠有效控制系統(tǒng)的供電運(yùn)行狀況?？紤]到RTU閥室所在位置的氣象條件的相近性，在選擇太陽能供電方式時(shí)，對于無光照日小于等于11天的平原地區(qū)，還應(yīng)包括相關(guān)的無陽光遮攔進(jìn)行確定。根據(jù)項(xiàng)目要求，太陽能電源在沿路的8座RTU閥室中采用，在閥室屋頂非防爆區(qū)安裝太陽能電池子陣，按雙排進(jìn)行布置，其中，在電源機(jī)房內(nèi)安裝控制器和蓄電池組。

(2)TEG熱電式發(fā)電機(jī)

遠(yuǎn)距離供電電源的熱電式發(fā)電機(jī)(TEG)已在LNG管線中應(yīng)用，特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的供電，該發(fā)電裝置利用熱電偶原理，將燃燒天然氣或丙烷的熱量轉(zhuǎn)換成直流電。由于移動部件不在發(fā)電機(jī)中，因而具有較高的可靠性。此設(shè)備可實(shí)現(xiàn)無人值守一年以上。其發(fā)電范圍為直流12-48V，1-5000W。在管道腐蝕數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控、陰極保護(hù)、通訊供電系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離終端設(shè)備中應(yīng)用熱電偶發(fā)電機(jī)的較多。在綜合考慮RTU閥室的用電負(fù)荷及其他相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，考慮當(dāng)?shù)氐倪B續(xù)陰雨天數(shù)為16天這一因素，然后進(jìn)行相關(guān)的與太陽能供電蓄電池的有效配備工作。經(jīng)綜合考慮，在該項(xiàng)目中，與太陽能發(fā)電方案相比，TEG燃?xì)鉄犭娛桨l(fā)電方案在截?cái)嚅y站中應(yīng)用，其投資節(jié)約較多。

(3)CCVT密閉循環(huán)渦輪發(fā)電機(jī)

CCVT密閉循環(huán)渦輪發(fā)電機(jī)維護(hù)工作較小，已在另一項(xiàng)管道工程的閥室中采用，該設(shè)備基本不受到環(huán)境條件的影響，但需要燃料供應(yīng)，把2臺小容量燃?xì)獍l(fā)電裝置設(shè)置在燃?xì)獍l(fā)電裝置區(qū)戶外，工作方式為1用1備。備用電池為閥控密封鉛酸蓄電池，能夠滿足48h后備時(shí)間要求。

4壓氣站VSDS配電設(shè)計(jì)與分析

(1)VSDS系統(tǒng)探討系統(tǒng)采用變頻驅(qū)動

能夠保證驅(qū)動系統(tǒng)的一致性，這套系統(tǒng)包括通過電動機(jī)、變頻裝置、整流變壓器、諧波濾波及無功補(bǔ)償裝置、變頻裝置、變頻裝置與電動機(jī)間的連接線路以及相關(guān)的輔助配套系統(tǒng)組成。

(2)高壓三電平電壓源型變頻驅(qū)動系統(tǒng)

分析二極管整流在三電平結(jié)構(gòu)的變頻器整流中采用，這樣，整流側(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的12、18、24、30、36脈沖。免維護(hù)金屬薄膜電容在儲能電容中采用，其中，IGBT、IGCT等全控開關(guān)器件則在輸出側(cè)開蓋的控制中采用，利用PWM控制相應(yīng)的輸出側(cè)，功率輸出范圍0~21MW，高壓三電平具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，母線諧波在采用24脈沖情況下，能夠有效控制其低于國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過考慮，項(xiàng)目中的最優(yōu)方案是高壓三電平電壓源型變頻驅(qū)動系統(tǒng)。

(3)啟動電阻問題變頻器采用隔離

變電輸入通過啟動電阻實(shí)現(xiàn)，在低壓脫扣器脫扣條件下，若要有所降低隔離變投入的勵磁涌流，則應(yīng)該采用啟動電阻，對母線電壓進(jìn)行控制。

(4)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)定子的電流

交流電壓都可通過測量得到，利用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，還可計(jì)算相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，并分別進(jìn)行有效控制。其優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)響應(yīng)速度較矢量控制要快，其缺點(diǎn)是電機(jī)端脈動轉(zhuǎn)矩較矢量控制要大。在此項(xiàng)目中，考慮到相關(guān)技術(shù)要求，本方案可以滿足。

(5)電纜配線方面利用電力電纜

在電纜橋架上敷設(shè)VSDS系統(tǒng)配線。(6)設(shè)備安裝在樓內(nèi)二層地面上安裝濾波裝置、變頻裝置、隔離變壓器、阻尼裝置等，要求進(jìn)行下出線，戶外變壓器區(qū)進(jìn)行露天布置，隔離變壓器，安裝通過電纜橋架。綜上所述，在此項(xiàng)目中，系統(tǒng)最優(yōu)方案為高壓三電平，這是從諧波、效率以及可靠性方面綜合考慮的，交流-交流變頻裝置一般不在管道壓縮機(jī)變頻系統(tǒng)中考慮使用，對于多機(jī)并聯(lián)的管道壓縮機(jī)系統(tǒng)，一般采用高性能的轉(zhuǎn)矩控制方式。另外，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件配置過程，還應(yīng)充分考慮逆變側(cè)橋臂貫通保護(hù)、輸出側(cè)波形、電動機(jī)型式選擇、整流變涌流、繼電保護(hù)、主開關(guān)動作時(shí)間等方面的計(jì)算問題。

5結(jié)論

對于輸送距離較長的天然氣輸氣管道，各個(gè)項(xiàng)目工程的氣象條件和地理環(huán)境都相差較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)中，一定要對各種因素的影響進(jìn)行充分的分析和評估，新的問題和難點(diǎn)不斷出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)人員要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善工程設(shè)計(jì)。

作者：楊志 楊席川 高林宏 單位：中國石油管道北京輸油氣分公司