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天然氣管道壓縮機組DCP_UPS電源的安全環保節能改造

文檔作者：劉風明1，呂開鈞2，范文濤3，鄭會4 等文檔來源： 1. 國家管網集團西部管道有限責任公司 2. 國家管網集團西氣東輸分公司 3. 東南亞天然氣管道有限公司 4. 國家管網集團北京管道有限公司 5. 青島創統科技發展有限公司		更新日期： 2026年07月12日	點擊數：
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2023 年第39 卷第4 期
★　石油化工安全環保技術　★
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 30
1　目前天然氣壓氣站供電狀況存在的問題
在我國天然氣管道工程中大量采用國外的
先進壓縮機技術，但由于其采用國外標準和根據
國外供電條件設計，在我國的實際應用中產生很
多問題，供電問題是其中的一種。由于站場設備
運行時間較長，部分元件出現老化；設備主要功
能模塊型號較為陳舊，如整流模塊原配套廠家已
不再生產，給設備的穩定可靠運行和維護帶來不
便，無法保證機組的安全可靠運行，具有極大的
安全隱患。鑒于壓縮機組在站場的地位和DCP/
UPS 設備對于壓縮機組平穩、安全運行的重要
性，需要對壓縮機組DCP 設備進行更新改造，
將原有DCP/UPS 電源柜更新為新的DCP/UPS 電
源設備，柜內設備功能和規格與原有裝置盡量一
致。工程實施后可提高站場壓縮機組重要負荷供
電可靠性，有助于站場安全運行。
目前國內站場（ 特別是西一線） 主要是
Rolls-Royce 機組和GE 機組兩種模式，本次改造
將多種新技術應用到設備中，本文就這兩個機組
節能升級改造進行論述，以具有普遍性的GE 機
組為例詳細論述。
收稿日期：2023-03-14
作者簡介：劉風明，男，2005 年畢業于西安石油大學電
氣工程及其自動化專業，學士，主要從事天然氣石油管道
電氣系統及用電設備運行檢修管理工作，工程師。
天然氣管道壓縮機組DCP/UPS 電源的安全環保
節能改造
劉風明1，呂開鈞2，范文濤3，鄭　會4，李江寧4，隋學禮5，王　巖5，楊新平5
（1. 國家管網集團西部管道有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000 ；
2. 國家管網集團西氣東輸分公司，上海 200122 ；3. 東南亞天然氣管道有限公司，北京 100000 ；
4. 國家管網集團北京管道有限公司，北京100000 ；5. 青島創統科技發展有限公司，山東 青島 266101）
摘　要：我國天然氣管道初期工程中大量采用國外先進壓縮機技術，由于其采用國外標準和根據
國外供電條件設計，在我國的實際應用中產生很多問題，供電問題是其中的一種。文章基于目前天然
氣壓氣站供電狀況存在的問題，提出了采用國產電源替代的節能改造方案。改造前的DCP/UPS 電源采
用相控模式，效率只有70% 左右，改造后效率可提高至92%。DCP/UPS 電源改造已在西氣東輸、西部
管道及陜京線成功改造了50 多套。實踐證明：用國產DCP/UPS 電源替代, 不僅設計合理、運行可靠,
維護方便, 而且備件充足、成本低。
關鍵詞：DCP/UPS　逆變模塊　直流模塊　監控單元　節能
2　目前現場設備改造前情況
2.1　R-R 系統的組成
Rolls-Royce 機組DCP 電源系統由兩部分組
成：主要DCP/UPS 電源系統（MAIN DCP/UPS
SYSTEM）和火災/ 氣體直流電源系統（FIRE/
GAS DUAL DC SYSTEM），配置如下：
1）充電整流器組及配電。其在正常狀態下
給直流回路和逆變器供電并為電池組浮充充電。
整流器組設置6 套，剩余2 組備用空間，整流電
壓為 380 V（ 220 V）AC/24 V DC，單套整流器最
大輸出功率2.4 kW。2 套24 V 直流配電盤。
2）2 套逆變器組及配電。其將24 V 直流變
換為220 V 交流，供交流負載使用。每套逆變器
組含2 臺逆變器，功率為2.2 kW（3 kVA）以及
1 套220 V 交流配電盤。
3）2 套蓄電池組對應2 套機組，總共96 節
★ 劉風明等. 天然氣管道壓縮機組DCP/UPS 電源的安全環保節能改造 ★ 31 2023 年第39 卷第4 期
蓄電池，每套包括48 節蓄電池，為4×12 節配置，
電池單體電壓2 V/ 節，單節電池容量500 Ah。
以上系統模塊均采用三相全控制整流方式，
設計落后，也不利于節能環保。
2.2　GE 系統組成
GE 壓縮機組配套有DCP/UPS 電源柜（如圖
1 所示），輸出交/ 直流回路（AC220 V、DC110
V、DC24 V），為壓縮機廠房礦物潤滑油應急泵、
入口空氣通風系統離心式風扇電機、GT 殼體應
急照明、燃料氣計量閥、輔助電源、液壓啟動撬
及單元控制系統等供電。每臺壓縮機各對應1 臺
DCP/UPS 電源柜。每臺電源柜內主要包括：交流
380 V 輸入；2 組隔離變及整流器，整流輸出至
蓄電池充電及110 V 直流輸出；0.4 kW DC110-
DC24 V 直流變換器，輸出至DC24 V 直流輸出
母線；2 組6.6 kW 逆變器輸出至AC220 V 交流
輸出母線。
圖1　GE 機組系統DCP/UPS 電源柜
1）整流器：采用三相橋式全控整流（Three
Phase Controlled Bridge）方式，在正常狀態下實
現電池自動調節和升壓充電，同時在緊急狀態下
給直流回路供電。
2）1 套110 V 直流配電盤（含2 套電機啟動
裝置，啟動裝置所帶動的電機分別為礦物潤滑油
急停泵馬達（5 kW）和入口空氣- 通風系統離心
風機馬達（9.4 kW）。
3）1 套將110 V 直流變換24 V 的直流電源，
電源系統的功率為0.4 kW 及1 套24 V 直流配
電盤。
4）2 套逆變器，將110 V 直流變換為220 V
交流，每套逆變器的容量為6.6 kW 及1 套220 V
交流配電盤。
5）1 套蓄電池組，包括 54 節VRLA 電池，
電池單體電壓2 V/ 節，電池容量700 Ah。
以上系統模塊均采用三相全控制整流方式，
設計落后，也不利于節能環保。
3　機組DCP/UPS 設備更新升級內容
3.1　R-R 機組的更新
整體拆除原有系統（不包括電池組），整流
器采用高頻開關技術，高頻開關整流器采用N+2
冗余配置。逆變器采用N+1 冗余配置，每個機組
2 套電源互為備用。
設備整體監控數據納入機組控制系統（數據
接口與原設備與壓縮機控制系統接口保持一致），
更新后機組見圖2。
圖2　改造后R-R 機組DCP/UPS 電源柜
3.2　GE 壓縮機組DCP/UPS 設備更新升級內容
更新升級后的系統整體拆除原有系統（不包
括電池組），保持原有系統所有功能、操作方式
不變。保持與壓縮機組控制系統的原有聯鎖邏輯
程序不變，保持礦物潤滑油應急泵、入口空氣通
風系統離心式風扇電機啟停邏輯程序不變。更新
升級后的系統采用模塊化電源，整流器柜、DC/
DC 模塊、充電模塊、逆變器模塊均采用不低于
“N+1”冗余系統。改造后的直流系統電氣配置
上滿足原系統的供電功能及控制回路功能，DC
110 V 母線增加母線和輸出支路絕緣檢測裝置，
并與主監控系統通訊報警，提高系統安全性。
本次更換的DCP/UPS 設備集成蓄電池監控
★　石油化工安全環保技術　★ 32 2023 年第39 卷第4 期
單元，實現對蓄電池組進行監視和管理（如工作
模式管理，均充、浮充、放電、切除等模式之間
切換，蓄電池運行參數監視及報警功能設置等）。
設備整體監控數據納入機組控制系統（數據接口
與原設備和壓縮機控制系統接口保持一致）。系
統方案見圖3，硬件通訊如圖4 所示，改造后的
GE 機組DCP 電源見圖5。
其中充電機利用模塊化產品，減少了系統配
置；220V AC 輸出為單臺套不間斷電源，15 KVA。
圖3　系統方案
4　技術亮點
4.1　熱備份設計
所有3 種類型DCP 電源系統充電器、逆變
器，DC/DC 等電源單元全部采用N+1 備份，充
電模塊采用N+1 到N+4 多個模塊備份。均可熱
插拔更換。
4.2　模塊化設計
將所有功率單元（充電器、逆變器，DCDC、
STS）均設計為多個可獨立工作的電源模塊，可
以自主獨立運行，自身具備監控、報警功能。
4.3　智能化設計
系統采用智能模塊化管理3 級監控模式：1
級監控負責整個DCP 電源系統監控和上傳（上
位機），管理2 級監控；2 級監控負責所在充電電
源系統所有充電管理、系統監控保護告警管理及
3 級監控管理；3 級監控負責交直流參數和開關
故障采集，上傳至1、2 級監控。
4.4　標準化設計
所有單元（功率單元和監控單元）均設計標
圖4　硬件通信
★ 劉風明等. 天然氣管道壓縮機組DCP/UPS 電源的安全環保節能改造 ★ 33 2023 年第39 卷第4 期
4.7.4　告警功能
當系統出現異常時，立即產生聲光告警，并
通過RS485 傳送到系統主監控，同時主監控顯示
自動跳到故障信息顯示畫面，便于機房無人值守
的科學化管理。
4.7.5　歷史紀錄
能將系統運行過程中的一些重要狀態和數
據，根據時間存儲起來備查。
4.7.6　通訊功能
采用標準通訊規約， 監控系統配有標準
RS232 或RS485 串行接口, 通過通訊接口功能，
確保系統在最短的時間內獲取所有的實時數據和
告警信息等，并實現數據上報，滿足DCS的要求。
5　系統的基礎設計
系統的基礎設計包括以下幾方面：
5.1　熱設計
設備發熱量計算如公式（1）所示。
Q=【EK×(1-a)+CK1×(1-b1)+CK2×(1-b2)+
CK3×(1-b3)】×860×4.2 （1）
式中：Q——DCP/UPS 發熱值，kJ/h ；
　　　EK—— DCP/UPS 額定標稱輸出容量，kW，
本次改造取值32 kW ；
　　　a—— DCP/UPS 空載效率，%，本次改造
取值95% ；
　　　Ck1，Ck2 和Ck3—— 充電器、逆變器和DC/
DC 的功率，kW ；
　　　b1—— 充電器的效率，%，均充電效率為
94%，浮充時效率97% ；
　　　b2—— 逆變器的效率，%，本次改造取值
92% ；
　　　b3—— DC/DC 的效率，%，本次改造取值
93%
5.2　電磁兼容性設計
電磁兼容性設計包括對電快速瞬變脈沖群抗
擾度、浪涌（沖擊）抗擾度、靜電放電抗擾度、
脈沖磁場抗擾度、工頻磁場抗擾度、阻尼振蕩磁
場抗擾度、輻射電磁場抗擾度、電壓暫降、短時
中斷和電壓變化抗擾度等指標進行設計驗算。
準可替換性器件，無論硬件還是軟件全部按照標
準尺寸、標準容量、標準接口及標準通訊協議生
產，只需要設定正確地址，同一電壓等級設備均
可自由替換。
4.5　整機節能效果、可靠性、安全性大大提高
由于高頻開關電源技術的應用，使得各電源
模塊體積小，運行效率大大提高，從原有相控電
源模式平均約70% 提高到現在的92% 以上。多
個模塊并聯備份組成系統及整機系統1+1 備份，
大大提高設備可靠性和效率，提高了機組運行安
全性能。
4.6　互換性能及可維修性更優
所有模塊采用標準產品，可隨意熱插拔互
換（只要地址設置一致），維修更換簡單。另外
智能化設計和監控的性能多樣性，器件故障可直
接屏幕查詢，更快確認判定及采取措施，大大提
高了工作效率，降低對維護人員專業技術水平的
要求。
4.7　監控功能大大提高
4.7.1　顯示、監測功能
觸摸屏點觸式操作，全部漢字顯示，可實時
顯示各個下級設備的各種信息。
4.7.2　設置功能
系統的設置分為兩個級別：用戶級和維護
級。用戶級和維護級設置都有密碼保護功能。
4.7.3　控制功能
包括對電池的智能化充放電管理、模塊開關
機和電壓電流控制。
圖5　改造后的GE 機組DCP/UPS 電源柜
★　石油化工安全環保技術　★ 34 2023 年第39 卷第4 期
5.3　可靠性設計
可靠性設計指建立可靠性數學模型滿足成熟
設計要求。采用的新材料、新工藝、新技術，最
大限度地采用通用的組件、零部件。設計從PCB
板、器件選擇、整機（結構、接地、絕緣、漏
電流、安全距離）、操作的安全性、器件安全合
理的分布、電器連接方式和風機等方面進行考
慮， 提高DCP-UPS 系統的可靠性， 從而延長
平均使用壽命。達到平均故障間隔時間要求為：
MTBF ≥ 100 000 h 可靠性指標。
6　結　語
在現有燃驅機組中采用國產DCP/UPS 電源
不僅成本低而且維護方便、備件充足，運行可
靠。改造后的DCP/UPS電源將相控式改為模塊式，
提高了設備可靠性，國產化方便了維護與備件，
供電效率從70% 提高到92% 左右。此外，改造
增加了監控系統，防止蓄電池意外漏液影響環
境，同時還增加了多重監控措施和上位機通訊，
可實現無人值守的同時提高安全性。DCP/UPS 電
源改造已在西氣東輸與西部管道大量應用，是一
種成功的改造案例，希望給廣大使用維護部門提
供一種借鑒。
參考文獻：
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件將處于未完成投稿狀態。
ment for them. This paper elaborated on hazard identification
and risk assessment methods for oil drilling, and
presented qualitative and quantitative risk assessment
techniques. Combining Hazard and Operability Analysis
(HAZOP) with Layers of Protection Analysis (LOPA)
method, the paper analyzed the risk of high pressure in
mud pumps during drilling and provided recommendation
on the need for additional safety measures.
key words: petroleum drilling; hazard identification;
risk assessment; hazard and operability analysis
(HAZOP); layers of protection analysis (LOPA)
Safety Design of Radioactive Source
Storeho uses in Petrochemical Enterprises[
22]
Zhu Mengyuan. (SINOPEC Engineering Incorporation,
Beijing, 100101)
Abstract: Improper storage of radioactive sources poses
a significant risk of accidental exposure, however,
there are currently few standards for the design and
construction of radioactive source storehouses in China.
Taking a planned radioactive source storehouse of a
chemical plant as an example, this paper aims at the design
of radioactive source storage facilities based on the
characteristics of radioactive sources commonly used in
petrochemical enterprises, including the program planning,
process calculation, and other protection design.
This is done to improve the reliability of radioactive
contamination prevention and control in petrochemical
enterprises, and to provide reference for the related design
work of radioactive source storehouses.
key words: radioactive source storehouses; radiological
protection; shielding protection
Calculation and Analysis of Light -
ning Electromagnetic Impulse Protection
in Gas Filling Station [26]
Xing Tianfang1, Tang Yun2, Zheng Wenjia1, Wang Hao3.
(1. Zhejiang Meteorological Safety Technology Centre,
Hangzhou, Zhejiang, 310008; 2. Huai’an Meteorological
Administration, Huai’an, Jiangsu, 223021;
3.Hangzhou Meteorological Safety Technology Centre,
Hangzhou, Zhejiang, 310051)
Abstract: Based on the ADTD data and lightning disaster
data of Zhejiang Province, this paper conducted
mathematical and statistical analysis of the ground lightning
and damages around the gas filling stations affected
by lightning disaster, and made a case calculation analysis.
The results show that most of the ground lightning
intensity around the gas filling station with lightning
disaster from the year 2000 to 2020 were between 15 to
50kA and lightning disaster mainly caused the damage of
electronic and electrical system equipment of gas filling
station. When the ground lightning exceeding 30.55 kA
occurs in the vicinity of 25.47 m of the gas filling station,
or when the ground lightning exceeding 57.1 kA occurs
within 25.47 to 47.60 m of the station, it will cause permanent
damage to the electronic equipment of the gas
filling station. When the gas filling station suffers from
direct lightning stroke, the station building is more prone
to realize the protection of lightning electromagnetic impulse
through its own structure and additional lightning
protection measures than the canopy part. It is suggested
in this paper that the gas filling station should be located
in the area with low lightning incidence; electronic and
electrical equipment should be installed in the place with
low exposure to lightning environment, and the lightning
electromagnetic impulse protection of electronic
and electrical system equipment should be strengthened
through shielding and other measures.
key words: gas filling station; lightning disaster; lightning
electromagnetic impulse (LEMP); protection
Safety, Environmental Protection
and Energy Conservation Revamp of
DCP/UPS Power Supply for Compressor
Unit in Nat ural Gas Pipeline[30]
Liu Fengming1, Lyu Kaijun2, Fan Wentao3, Zheng Hui4,
Li Jiangning4, Sui Xueli5, Wang Yan5, Yang Xinping5. (1.
PipeChina West Pipeline Co., Ltd., Urumqi, Xinjiang,
830000; 2. West-East Gas Transmission Branch of National
Pipe Network Group United Pipeline Co., Ltd.,
Shanghai, 200122; 3. South-East Asia Gas Pipeline
Company Limited, Beijing, 100000; 4. PipeChina Beijing
Pipeline Co., Ltd., Beijing, 100000; 5. Qingdao Gomatech
Development Co., Ltd., Qingdao, Shandong, 266101)
Abstract: A large number of foreign advanced compressor
technologies were adopted in the initial projects of China’s
natural gas pipeline. And because they were designed by
adopting foreign standards and according to foreign power
supply conditions, many problems arose from their practical
application in China, of which the problem of power
supply is one of them. Based on the problems existing in
the current power supply of natural gas compressor stations,
this paper proposed an energy conservation revamp
program using substitution of domestic power supply.
Before the revamp, the DCP/UPS power supply was in
phase-controlled mode with an efficiency of only about
70%, and the efficiency can be increased to 92% after the
revamp. DCP/UPS power supply revamp has been successfully
carried out in more than 50 sets in West-East Gas
Pipeline, Western Pipeline and Shaanxi-Beijing Pipeline.
Practice has proved that with the domestic DCP / UPS
power supply replacement, the design is reasonable; the
operation is reliable and the maintenance is convenient. In
addition, the spare parts are sufficient and the cost is low.
key words: DCP/UPS; inverter module; DC module;
monitoring unit; energy conservation
Research on Hazard Identification
and Control in City Gas Engineering [35]
Jia Lei. (Baoji China Gas City Gas Development Co.,
Ltd., Baoji, Shaanxi, 721004)
Abstract: In order to better control and prevent hazard in
ABSTRACTS PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
Bimonthly. 20 Aug. 2023 Vol. 39 No. 4 ·Ⅱ·

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