摘要：石油开采中的集输，以往采取三管伴热流程，随着技术的进步，环保节能的要求，现中频加热伴热输送成为油田主要集输伴热方式。中频感应加热是利用涡流的热效应进行加热的技术感应加热范围，中频加热技术加热面积均匀、速度快、温度高、控温精准，适用于高含蜡井，稠油井生产，并对降低管线回压、管线解堵有明显效果。本文以江苏油田采油二厂油区为例，江苏油田采油二厂油区的区块小，地处偏远，油井分散，属小断块油田。这些油井的流程，大都采用了中频感应加热技术的单管黄夹克原油集输工艺，管线的保温依靠中频感应加热来进行。本文主要介绍了：管道中频加热系统工作原理及系统构成，管道中频加热系统故障分析，管道中频加热系统常见故障处理和管道中频加热柜改造四个部分，为了保证管道中频加热系统的正常使用，防止故障的发生，针对中频感应加热系统的常见故障进行一般总结，并对主要故障的故障原因、故障处理及中频加热柜使用中结合生产情况的改造工作进行探讨。
关键词：中频加热系统；故障分析；处理；加热柜改造
一、中频感应加热系统的工作原理及系统构成
1、中频感应加热系统的工作原理
中频感应加热技术采用一根黄夹克管作为原油集输管线，在黄夹克管外表面缠绕特制的中频电缆，电缆构成的回路接至中频感应加热电源。缠绕在黄夹克保温层外的中频电缆主要是用于建立中频交变磁场，这种中频交变磁场将会在黄夹克管内部引起感应电流—涡流，铁磁性物质就会感应发热，而输油钢管正是铁磁性物质，因而中频感应加热单管集输工艺的主发热体是输油钢管自身，而不是电缆。输油钢管发出的热量可以直接传递给管内介质。因此采用中频感应加热技术的单管黄夹克原油集输流程具有很高的电热效应。
2、中频感应加热系统的系统构成
中频感应加热系统的构成主要包括：变压器、中频加热电源、中频变压器、温度传感器及温控仪、集肤加热电缆五部分组成。
①变压器：提供380Ｖ交流电源。
②中频加热电源：是一种采用中频感应加热技术提高加热效率的电源设备。该设备可提供250~2500HZ的频率，实现了输出电压、电流的连续可调，以达到输出功率连续可调的目的，提高加热效果。
③中频变压器：采用环形中频变压器，为非晶钛材料，导磁率高，工作频率高，用于隔离输入输出电压，防止由于直流偏磁或过励磁产生的饱和问题，同时可起到串联谐振的作用。
④温度传感器及温控仪：检测输出液体的温度，给变频电源提供反馈信号，实现闭环控制。
⑤集肤加热电缆：导体截面积30 mm2;额定电压300V;工作频率50～4000Hz;工作温度１２０℃。在中频电流的作用下，产生交变磁场，将电能转变为热能。
图中频感应加热单管集输工艺示意图
二、管道中频加热系统故障分析
1、加热电缆故障
产生原因：
（1）管线敷设过浅，车辆碾压造成电缆损坏
（2）管线敷设过浅，车辆碾压造成电缆损坏
（3）破土作业，机械损伤造成电缆损坏
（4）未按标准施工，造成电缆损坏
（5）电缆老化，绝缘下降造成电缆损坏
综上所述，加热电缆故障的主要原因是人为因素。其一，在一些油厂，尤其是老油区，特别是老油厂管道线经过多年的维修改造、造成地下管网复杂，近期施工的管线往往叠加在老管线上，造成管线敷设过浅，经车辆碾压后易发生电缆损伤故障。其二，动土作业时，施工人员对地下管网走向不熟，盲目施工，易造成电缆机械损伤。其三，施工人员在缠绕加热电缆施工过程中，工不规范，没有严格按照工艺要求施工，造成电缆局部打扭，损伤电缆。以上问题，只要各施工单位和采管道理区加强现场管理，大多数也可以避免。
2、中频电源故障
（1）三相整流桥损坏
（2）滤波电容损坏，交流接触器损坏，IGBT损坏
3、散热风机故障
（1）风机腐蚀、锈蚀
（2）风机被杂草缠绕、堵转
（3）风机绕组受潮，绝缘下降
三、管道中频加热系统常见故障处理
1、中频加热柜故障显示及显示故障处理
故障指示灯可出现6种故障状态，具体包括：过载、断路、短路、过压、过流和过热，可通过故障指示初步判别故障状态。
2、IGBT极性判别，好坏判断
对IGBT进行检测时，应选用指针式万用表。首先将万用表拨到R×1KΩ档，用万用表测量各极之间的阻值，若某一极与其它两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大，则此极为栅极（G）。再用万用表测量其余两极之间的阻值，若测得阻值为无穷大，调换表笔后阻值较小，当测量阻值较小时，红表笔接触的为集电极（C），黑表笔接触的为发射极（E）。
判断IGBT好坏时必须选用指针式万用表（电子式万用表内部电池电压太低），也可以使用9V电池代替。首先将万用表拨到R×10KΩ档（R×1KΩ档时，内部电压过低，不足以使IGBT导通），用黑表笔接IGBT的集电极（C）,红表笔接IGBT的发射极（E），此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极（G）和集电极（C），这时IGBT被触发导通，万用表的指针明显摆动并指向阻值较小的方向并能维持在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E），这时IGBT被阻断，万用表的指针回零。在检测中以上现象均符合，可以判定IGBT是好的，否则该IGBT存在问题。
IGBT触发板原理图
四、管道中频加热柜改造
1、中频加热柜加装时间控制
采油二厂油区的区块小，地处偏远，油井分散，启停中频加热柜工作量很大，中频加热柜长时间连续运行造成电能的大量浪费。对中频加热柜运行时间进行分段控制，大大减少了人力及电能资源的浪费。
（1）中频加热柜启、停控制原理
按下启动按钮，按下同时按钮控制板上施加一个5v启动信号，1号继电器工作，控制交流接触器启动，三相整流桥工作，系统自检通过后IGBT导通中频加热柜运行。
按下停止按钮，按下同时按钮控制板上施加一个5v停止信号，2号继电器工作，控制交流接触器断开，系统停止运行。
（2）改造方案
方案一：
采用多功能继电器模块，提供触发信号，实现中频柜的启停及时间控制。优点：体积小，成本低。缺点：安装不便，改造费费时费力，维护不便。
图中为频加热柜主电路控制板
方案二：
采用时控开关控制和时间继电器模拟触发信号，实现中频加热柜的启停，由时控开关完成时间控制。其工作原理是设定启动时间到达后，时控开关启动，时间继电器得电工作，延时5秒接通启动回路，中频加热柜启动，设定停止时间到达后，时控开关关闭，时间继电器断电，瞬时断开触电复位接通停止回路，中频加热柜停止运行，时控开关可设置16个开关动作，控制灵活，成本低廉，安装简便。
结构：1-面板；2-接线端子；3-Menu键，界面、参数切换；4-▲键，子界面切换，参数修改；5-回车键，执行、确认；6-Rset键，故障保护后手动复位；7-指示灯；8-参数显示窗口
性能：
（1）测量功能-—sys-1
三相相电压、三相线电压、零序电压、电压不平衡度 三相电流、零序电流、电流不平衡度 无功功率、有功功率 正反双向有功、无功电能、频率（A相） 、功率因数
（2）其他功能—sys-2
1路 RS-485通讯接口（Modbus RTU通讯协议）。
2路开关量状态输入（装置内部提供 DC24V直流电源）。
2路继电器控制输出。
1路可编程电能脉冲输出。
LED数码显示
（3）保护功能——sys-3
过流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、不平衡保护、零序过流保护、零序电压保护。
多功能电表采集的电参数据，通过DTU无线传输至RTU，再由RTU通过光缆传输至采管道理区指挥中心，实现电力参数远传及远程控制。
结语
通过对中频感应加热系统的常见故障进行分析，并对主要故障的故障原因、故障处理及中频加热柜使用中对中频加热系统的改造，保证了管道中频加热系统的正常使用，从而减少故障的发生。
论文作者:黄文胜,袁勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：中频论文; 电缆论文; 感应论文; 故障论文; 系统论文; 万用表论文; 阻值论文; 《电力设备》2019年第3期论文;