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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??紤]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(zhǎng)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(tái)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?jī)?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(jiǎn)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。考慮到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(duì)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?jī)?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(dòng)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(tái)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(dòng)
能夠保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一致性,這套系統(tǒng)包括通過電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)。
(3)啟動(dòng)電阻問題變頻器采用隔離
變電輸入通過啟動(dòng)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(lì)磁涌流,則應(yīng)該采用啟動(dòng)電阻,對(duì)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)型式選擇、整流變涌流、繼電保護(hù)、主開關(guān)動(dòng)作時(shí)間等方面的計(jì)算問題。
5結(jié)論
對(duì)于輸送距離較長(zhǎng)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(duì)各種因素的影響進(jìn)行充分的分析和評(píng)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