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油田应用领域技术现状分析及组合式恒电位仪的研究设计思路

目前油田在用的阴极保护恒电位仪从技术原理上划分,主要有可控硅整流式逆变式(或者称高频开关式)两种。可控硅式恒电位仪,其主电路由工频变压器和可控硅调压整流电路组成,优点是:可靠性高,故障率极低;缺点是:由于采用工频变压器,使得设备体积大,重量重,损耗大,噪音大;可控硅采用移相控制方式,控制精度低,纹波系数高,其主电路是由一次整流电路、IGBT逆变电路、高频降压变压器、滤波电路、二次整流电路组成,其优点是:高频变压器体积大大降低,整套设备柜体是可控硅式同等功率体积的1/4~1/3,重量轻,损耗小,无噪音;IGBT采用脉宽调制方式,工作效率高、控制精度高、纹波系数低;其缺点是过载能力低,而且受电子元件的寿命限制,故障率高,整体使用寿命低。

 1.组合式恒电位仪的优势

  所谓组合式恒电位仪,就是将可控硅式恒电位仪与逆变式恒电位仪通过单片机组合一起,充分降低柜体空间,同时实现两种技术的优缺点互补,正常工况下运行逆变式恒电位仪,恶劣工况下运行可控硅式恒电位仪,当一台设备故障状态时,可自动切换到另外一台设备运行,以满足金属防腐保护系统连续性供电的要求。

  2.组合式恒电位仪的研制设计思路

   2.1 整体设计思路

  整套装置包括一台可控硅整流方式恒电位和一台开关电源方式恒电位,利用可控硅方式恒电位仪可靠性高,而开关电源方式恒电位效率高的特点,正常工况下开关电源方式恒电位仪工作,故障或特殊工况下切换到可控硅方式恒电位仪工作。

2.2 各部分功能及原理设计

  组合式恒电位仪主体上分为可控硅式恒电位仪、逆变式恒电位仪和联机电路三部分。

  (1)可控硅部分

  可控硅式恒电位仪的主电路采用了带平衡电抗器的双反星形整流电路,该电路可实现恒电位及恒电流两种闭环控制方式。恒电位工作方式下,采集参比电极的电位,与设定电位值相比较,输出0-10V的信号到移相触发器,控制可控硅的开启角度来调节输出电压,使现场保护的电位值发生变化,从而实现系统的闭环控制。恒流工作方式下,采集直流输出侧电流,与设定电流值相比较,输出0-10V信号到移相触发器,控制可控硅的开启角度来控制输出电流,从而实现闭环控制,当参比电极失效时,这种方式可以实现恒电位仪的稳定工作。直流侧输出电压、输出电流和参比极电位的采集均进入单片机,通过单片机实现运行数据的显示、保护及故障报警功能。本机与上位机之间可通过通讯端口实现数据共享。

  (2)逆变部分

  逆变式恒电位仪主电路由一断路器、输入接触器、一次整流电路、IGBT逆变电路、滤波电路、高频降压变压器、二次整流电路、输出接触器组成。

  (3)联机电路

  可控硅式恒电位仪和逆变式恒电位仪的单片机同时采集另一台设备的运行状态、单机/联机运行状态等信息,从而实现故障时的自动切换,保证恒电位仪对被保护物的不间断供电。正常运行时,主设备为逆变式控制器,备用设备为可控硅式控制器,两台设备可单机运行互不影响,亦可联机运行,以实现故障时的自动切换。正常工况下逆变方式恒电位仪工作,故障或特殊工况下切换到可控硅方式恒电位仪工作。切换功能由中央控制板控制继电器设备实现。两套控制设计各自独立的控制操作面板,即主设备控制面板和备用设备控制面板。

 

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