大功率双向强制排流电源设备制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率双向强制排流电源设备，包括MCU单片机和分别与MCU单片机相连的小电流输出单元、正极性输出触发单元、负极性输出触发单元、数据采集隔离变换模块、对外通讯接口、键盘及操作开关、液晶显示器及声光报警装置；所述正极性输出触发单元和负极性输出触发单元分别与整流电路的恒电位变流器连接；所述小电流输出单元与整流电路的切换电路连接；所述数据采集隔离变换模块与整流电路的防雷抗直流干扰单元连接。本发明专利技术的积极效果是：排流电源设备功率大幅提高；恒电位控制范围大幅扩大；具备待命监测与自动触发启动功能；输出电压的极性可随管地电位的极性而自动转换；具备智能化功能；抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大功率双向强制排流电源设备。
技术介绍
高压直流输电系统采用单极-大地运行方式时，直流接地极处有高达几千安培的电流入地。如此大的电流，可能会对几十公里甚至上百公里范围内的埋地油气管道及站内设备产生干扰:影响阴极保护系统的正常运行；会在埋地管道上形成流入、流出的杂散电流，在流出部位很短时间内即可发生管道的腐蚀穿孔；在流入部位会大大增加管道的过保护风险，引发防腐层剥离、管材氢脆及氢损伤等安全问题。为避免直流干扰对管道产生腐蚀，抑制管道受到直流输电系统单极大地回流而产生的短时大电流冲击，需对管道大范围的电位偏移进行强制纠偏，确保强直流干扰状态下阴极保护电源设备的正常运行，需使用大功率的双向强制排流电源设备(以下简称“排流电源设备”)。目前油气管道常用的阴极保护恒电位仪，是一种自动控制的整流器，其输出量可以调节，由闭环系统来稳定通电点通电电位的直流供电设备。它主要适用于构筑物/电解质的电位经常波动的地方。恒电位仪的工作原理，是用参比电极来采集一个标准的构筑物/电解质的电位讯号源，将采集到的讯号送进比较放大器，通过比较放大后，调整主回路的输出电流，维持一个恒定的电位。如果将现有的阴极保护恒电位仪用于抑制管道受到直流输电系统单极大地回流而产生的短时大电流冲击，对管道大范围的电位偏移进行强制纠偏，将存在如下不足:1、单台设备功率太小。有案例表明，直流输电系统单极大地回流可产生3000A的入地电流，管道上可产生约高达+200V的电位。常规恒电位仪功率通常在1000W(20A/50V)以内，强干扰区内的管道沿线需布设数十台、甚至上百台的恒电位仪方能实现强制纠偏，这在工程上难以实施。2、恒电位控制范围受限。当碳钢和低合金钢阴极保护采用Cu-CuS04参比电极时，常规恒电位仪的恒电位控制范围为0?-3V。一旦管道受到杂散电流干扰而产生的电位超过此范围，常规恒电位仪将自动转换成恒电流工作方式，难以实现正常稳定的保护。3、不具备待命监测与自动触发启动功能。直流输电系统单极大地回流运行具有发生及持续时间不确定、短时强电流等特点，大部分时间下管道无杂散电流干扰。这就需要阴极保护电源设备长期处于待命监测状态，一旦发生大电流干扰可以自动触发启动。常规恒电位仪不具备该项功能。4、设备抗干扰能力不足。常规恒电位仪具有抗交流50Hz、30V工频持续干扰功能，参比线、零位线之间瞬间能承受4J、1500V过电压。直流输电系统发生单极大地回流的持续时间可达数小时，管道上可产生约高达+200V的电位。常规恒电位仪在这种工况下明显存在抗杂散电流干扰能力不足的问题。5、不具备极性转换能力。直流输电系统发生单极大地回流时，入地电流的极性是随机的，既可能是正极入地，也可能是负极入地。因此，如果要对管道电位偏移进行强制纠偏，阴极保护电源设备输出电流极性应根据干扰源的极性进行转换。常规恒电位仪的恒电位极性为负，不具备极性转换能力。为解决常规阴极保护恒电位仪的上述不足，特研发大功率双向强制排流电源设备，用于实现直流输电系统单极大地回流干扰影响区内的管道阴极保护电位强制纠偏。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提供了一种大功率双向强制排流电源设备。本专利技术所采用的技术方案是:一种大功率双向强制排流电源设备，包括MCU单片机和分别与MCU单片机相连的小电流输出单兀、正极性输出触发单兀、负极性输出触发单元、数据采集隔离变换模块、对外通讯接口、键盘及操作开关、液晶显示器及声光报警装置；所述正极性输出触发单元和负极性输出触发单元分别与整流电路的恒电位变流器连接；所述小电流输出单元与整流电路的切换电路连接；所述数据采集隔离变换模块与整流电路的防雷抗直流干扰单元连接。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是:1、排流电源设备功率大幅提高。常规的阴极保护用恒电位仪功率通常在1000ff(20A/50V)以内。本专利技术创造提出的排流电源设备通过使用可控硅整流电路，采用可控硅整流恒电位变流器作为功率输出器件，变压器采用油冷却方式，实现了最大功率20kW的稳定输出。同时，结合防护等级的提升，满足了户外安装使用的要求。针对直流输电系统单极大地回流而产生的短时大电流冲击，排流电源设备可对管道大范围的电位偏移进行强制纠偏，从而确保强直流干扰状态下阴极保护系统正常运行。2、恒电位控制范围大幅扩大。常规恒电位仪的恒电位控制范围为0?-3V，一旦管道受到杂散电流干扰而产生的电位超过此范围，将自动转换成恒电流工作方式或故障停机。本专利技术创造提出的排流电源设备通过使用可控硅整流电路，将输出电压范围扩大至-200V?+200V，并能连续调节。3、具备待命监测与自动触发启动功能。直流输电系统单极大地回流运行是小概率事件，大部分时间下管道无杂散电流干扰，正常阴极保护所需的电流量仅在数安培的范围内。本专利技术创造提出的排流电源设备设置了可控硅整流和小电流输出两套输出单元。正常情况下，电源设备运行小电流输出单元，单片机芯片设计的数据采集电路将对管/地电位进行检测。当管道受到强直流干扰，排流电源设备多个采样控制点的管/地电位算数平均值正于-0.85V或负于-1.5V时，通过单片机芯片自动切换到可控硅整流输出单元运行模式，进行大电流输出。4、输出电压的极性可随管地电位的极性而自动转换。常规恒电位仪的恒电位控制范围为0?-3V，输出电压的极性恒定为负。直流输电系统发生单极大地回流时，入地电流的极性是随机的。因此，如果要对管道电位偏移进行强制纠偏，排流电源设备输出电流极性应根据干扰源的极性进行转换。本专利技术创造提出的排流电源设备采用桥式整流电路拓扑结构，可根据实际输出电压极性的需要，通过采用单片机芯片进行智能处理，自动切换可控硅器件的触发信号，来实现输出电压的极性改变。5、具备智能化功能。常规恒电位仪多为机械式，不能实现智能化管理操作。本专利技术创造提出的排流电源设备采用单片机(MCU)技术，利用在线式实时控制计算机，实现输出电压极性转换、管/地电位待命监测和自动触发启动、数据采集、远程控制等功能。具有操作人性化、程控能力强、性能可靠、易于拓展等优点。6、抗干扰能力强。相对于常规恒电位仪，本专利技术创造提出的排流电源设备进出线缆均进行了防雷击过电压保护，设置了对应规格的电源电涌保护器。防止强电冲击状态下排流电源设备的意外损坏。【附图说明】本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中:图1为排流电源设备原理方框图；图2为桥式整流电路拓扑结构示意图；图3为交流输入端电涌保护器安装示意图；图4为直流输出端电涌保护器安装示意图。【具体实施方式】—种大功率的双向强制排流电源设备，如图1所示。主体包括:智能控制、信息交换和整流电路三部分，辅助部分包括键盘及操作开关、液晶显示器及声光报警。智能控制部分的核心是MCU单片机(Micro Controller Unit)，还包括小电流输出单元、正极性输出触发单元、负极性输出触发单元三个单元。MCU单片机接收信息交换装置的电子信号，对应地对小电流输出单兀、正极性输出触发单兀、负极性输出触发单兀三个单元发出指令，进而实现对整流电路的元件的控制。信息交换部分包括数据采集隔离变换模块、对外通讯接口。直流电压隔离变送器模块对通过参比电极和电压表采集的直流电压信号按比例转换成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率双向强制排流电源设备，其特征在于：包括MCU单片机和分别与MCU单片机相连的小电流输出单元、正极性输出触发单元、负极性输出触发单元、数据采集隔离变换模块、对外通讯接口、键盘及操作开关、液晶显示器及声光报警装置；所述正极性输出触发单元和负极性输出触发单元分别与整流电路的恒电位变流器连接；所述小电流输出单元与整流电路的切换电路连接；所述数据采集隔离变换模块与整流电路的防雷抗直流干扰单元连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，张平，屠海波，谌贵宇，施岱艳，唐强，李浩，张国虎，程圆晶，杨焜，姚清勇，刘海禄，牙亚萌，
申请(专利权)人：中国石油集团工程设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51