電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠性措施探討

1、    電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠性措施探討    夏平羅榮馨摘 要：電驅(qū)壓氣站主要是為提高天然氣長輸管道的輸氣量，為保證壓氣站的安全平穩(wěn)運(yùn)行，必須對壓氣站配電系統(tǒng)進(jìn)行安全可靠性設(shè)計(jì)，避免三相電壓不平衡度超標(biāo)，同時(shí)要滿足天然氣管網(wǎng)增輸?shù)墓δ?。對電?qū)壓氣站供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠性措施進(jìn)行了探討，提出了安全可靠性設(shè)計(jì)的原則，研究了將靜止無功發(fā)生器svg補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到治理電源三相電壓不平衡的可行性方案，同時(shí)針對站場變壓器常規(guī)設(shè)計(jì)已無法滿足用電負(fù)荷的情況提出了經(jīng)濟(jì)可行的解決措施。關(guān)鍵詞：電驅(qū)；供配電；經(jīng)濟(jì)；可靠性；措施：te974 ：a通常天然氣管道壓氣站的功能是

2、提高輸氣的壓力，維持管道所要求的輸氣流量，主要設(shè)備是結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行效率高的離心式壓縮機(jī)組。離心式壓縮機(jī)組為速度型壓縮機(jī)，只有在高速運(yùn)行的情況下才能有效工作，按其驅(qū)動方式分為變頻電機(jī)驅(qū)動和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動，使用相應(yīng)驅(qū)動設(shè)備的壓氣站稱為電驅(qū)壓氣站和燃驅(qū)壓氣站。大型變頻電動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)和維修費(fèi)用低、速度調(diào)節(jié)精度高、輸出效率高和環(huán)境污染小等優(yōu)勢，并且隨著我國電網(wǎng)架構(gòu)的完善和供電能力的提高，已經(jīng)逐步替代了故障率高和維修費(fèi)用高的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動方式，成為壓縮機(jī)組主流的驅(qū)動方式，特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。以西氣東輸二線東段為例，已建成的11個(gè)壓氣站中有7座電驅(qū)壓氣站，每站1臺壓縮機(jī)組啟用，1臺

3、備用。隨著我國天然氣需求量逐年增加，在不增大管徑的基礎(chǔ)上，要提高管道的輸送量，必須要控制壓氣站壓縮機(jī)組的停機(jī)次數(shù)，保證機(jī)組的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。通過對西氣東輸二線電驅(qū)壓縮機(jī)停機(jī)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，供配電系統(tǒng)故障在電驅(qū)壓氣站壓縮機(jī)組停機(jī)中占46%以上，嚴(yán)重制約了電驅(qū)壓氣站的生產(chǎn)工作。為此，提高電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)安全可靠性，保證站場運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對于天然氣長輸管道的平穩(wěn)運(yùn)行和節(jié)能降耗具有重要意義。本文以西氣東輸二線某電驅(qū)壓氣站為例，在分析負(fù)荷特點(diǎn)及運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，對電驅(qū)壓氣站的供配電系統(tǒng)存在的問題提出了安全可靠性措施，對變壓器的運(yùn)行提出了優(yōu)化配置方案。1.電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)某電驅(qū)壓氣站屬于西氣東輸二線，主

4、要任務(wù)為接收上游的來氣，經(jīng)過過濾分離和壓縮機(jī)組增壓后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)輸。電驅(qū)壓氣站的負(fù)荷等級為一級，主要負(fù)荷來自于3臺壓縮機(jī)（2用1備），特別是壓縮機(jī)電功率比較大，配套電壓應(yīng)該在10kv等級。按照可靠性的要求，常規(guī)設(shè)計(jì)采用雙重110kv電源供電，在壓氣站內(nèi)設(shè)置變電站。變電站的作用主要是作為電驅(qū)壓氣站的供電樞紐，為離心式壓縮機(jī)組變頻系統(tǒng)提供高壓電能，為站場的scada控制系統(tǒng)和esd緊急切斷放空系統(tǒng)提供低壓電能，同時(shí)為站場用的泵機(jī)、空壓機(jī)和風(fēng)機(jī)提供動力支持。變電站設(shè)計(jì)電壓為110kv，供電方式為雙回路供電。110kv、10kv及0.4kv母線均采用單母分段接線方式。3臺壓縮機(jī)組分配在兩段l0kv母線上（1

5、0kv兩進(jìn)線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)處配置有一臺深圳國立智能公司sid快切裝置）。3臺壓縮機(jī)組均采用vsds（變頻調(diào)速系統(tǒng)），主要配套設(shè)備為10kv高壓開關(guān)柜、三相油浸隔離變壓器、水冷變頻器、三相異步電動機(jī)。2.電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)安全可靠性設(shè)計(jì)措施2.1 供配電方式設(shè)計(jì)電驅(qū)壓氣站負(fù)荷等級為l級，按照相關(guān)規(guī)定，一級負(fù)荷用戶應(yīng)具備2路電源供電，2路電源應(yīng)來自不同的變電站，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源能保證獨(dú)立正常供電。該電驅(qū)壓氣站有兩臺離心壓縮機(jī)，每臺離心式壓縮機(jī)組都獨(dú)立配套驅(qū)動電機(jī)、變頻器、空冷器和馬達(dá)控制中心等，兩臺壓縮機(jī)的公用輔助設(shè)備包括空壓機(jī)、冷卻水塔和ups。以前的設(shè)計(jì)供配電設(shè)計(jì)方式是離心式

6、壓縮機(jī)掛在10kv母線上，輔助設(shè)備分配在兩端400v母線上，造成任何一段母線失電或者故障都會造成兩臺壓縮機(jī)無法正常運(yùn)行，也無法完成輸氣任務(wù)。合理的供配電方案應(yīng)該是各壓縮機(jī)組配套的主設(shè)備和輔助設(shè)備都應(yīng)該按照電壓等級的不同垂直掛接在同一段母線上，壓縮機(jī)主設(shè)備掛在10kv母線上，其獨(dú)立配套的輔助設(shè)備掛在400v母線上。輔助設(shè)備在選型時(shí)盡可能選購偶數(shù)臺設(shè)備，并且平均分配在兩段400v母線上。該電驅(qū)壓氣站設(shè)計(jì)除要遵循國家和電力行業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)運(yùn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)外，需要考慮電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)和維檢修的需求，并保證壓氣站電力系統(tǒng)，特別是壓縮機(jī)組電驅(qū)系統(tǒng)抗“晃電”的能力。在預(yù)防性試驗(yàn)要求上，電驅(qū)壓氣站變電站設(shè)計(jì)過程中

7、要考慮變壓器、母線、絕緣子等設(shè)備系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求，確保試驗(yàn)過程中能提供足夠的操作空間，能保證壓縮機(jī)組能進(jìn)行切換作業(yè)實(shí)現(xiàn)斷路器、母線和繼電保護(hù)裝置的停用，同時(shí)能保證壓氣站輸氣工作的正常。在壓縮機(jī)變頻系統(tǒng)“晃電”影響上，可以采取在低壓部分設(shè)置工業(yè)ups設(shè)備或者防止晃電的繼電器來保證避免晃電導(dǎo)致壓縮機(jī)停機(jī)，同時(shí)在高壓部分可以利用快切裝置與高壓變頻器相結(jié)合配置的手段來避免晃電的危害。2.2 采用svg系統(tǒng)治理三相電壓不平衡由于該電驅(qū)壓氣站變電站上級電源110kv側(cè)母線上有鐵路部門牽引變電所負(fù)載，負(fù)載為非線性和沖擊性，會向電網(wǎng)注入大量的負(fù)序電流，導(dǎo)致其進(jìn)線電源質(zhì)量比較差，主要表現(xiàn)在間歇性的三相電壓不

8、平衡度超標(biāo)，現(xiàn)場測試的結(jié)果表明電源的三相電壓不平衡度最大值為3.45%，已經(jīng)超過了國標(biāo)限值2%的要求。電網(wǎng)三相電壓不平衡導(dǎo)致壓氣站變頻電動機(jī)進(jìn)線電流存在較大的負(fù)序分量，最終使變電站保護(hù)動作、壓縮機(jī)電機(jī)軸承振動和站內(nèi)停電。由此可見，外電的電能質(zhì)量在一定程度上影響著壓氣站平穩(wěn)運(yùn)行的安全可靠性。電能質(zhì)量的治理可以在污染的源頭，就是對鐵路牽引變電站進(jìn)行治理，但目前受供電部門的限制，只能在電驅(qū)壓氣站進(jìn)行治理。根據(jù)我國電能質(zhì)量設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r，選擇靜態(tài)無功發(fā)生器svg進(jìn)行治理。svg主要由儲能裝置、電抗器、逆變器和無源濾波器組成，可以等效為可控電壓源，通過檢測和輸出負(fù)序電流來改變電網(wǎng)電壓，抵消由于背景電網(wǎng)引

9、起的三相電壓不平衡。計(jì)劃投用的思源公司svg主要是控制輸出負(fù)序電流來改變電網(wǎng)電壓，從而抵消上游電網(wǎng)引起的三相電壓不平衡，接線框圖如圖1所示，同時(shí)考慮到壓縮機(jī)組全部投用和當(dāng)?shù)仉姎饣F路和企業(yè)的發(fā)展，容量定為6mvar。電驅(qū)壓氣站至svg設(shè)備投用以來，較好的補(bǔ)償了供電系統(tǒng)中的負(fù)序電流、諧波電流和無功電流，三相電壓的不平衡度控制在1.4%以內(nèi)，系統(tǒng)的功率因素穩(wěn)定在0.98，不平衡度控制在1.4%以內(nèi)（如圖2所示），徹底解決了由于電能質(zhì)量問題導(dǎo)致的電機(jī)振動甚至停機(jī)的問題，保證了供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 該電驅(qū)壓氣站110kv變電站兩回路供電線路全長約為24km，在壓氣站3臺壓縮機(jī)停用期間線路基本上就是在空

10、載運(yùn)行，因而產(chǎn)生了大量的無功功率，按照與供電部門簽訂的用電合同，功率因素低于0.9時(shí)會對該壓氣站進(jìn)行罰款。采用svg補(bǔ)償技術(shù)后，提高了壓縮機(jī)停機(jī)期間功率因素。3.優(yōu)化電驅(qū)壓氣站供配電系統(tǒng)配置由于西氣東輸電驅(qū)壓氣站的主要負(fù)荷是壓縮機(jī)組，負(fù)荷等級為一級，按照可靠性的要求，通常是采用110kv的電源供電，同時(shí)考慮到發(fā)展的預(yù)留，通常會配置2臺63000kva的110/10kv變壓器，變壓器采用分列式運(yùn)行方式，均互為熱備用，就是一臺故障時(shí)候，另外一臺變壓器全負(fù)荷運(yùn)行。但隨著市場對天然氣的需求增加，x80鋼管的應(yīng)用，需要進(jìn)一步提交壓縮機(jī)組的壓縮比，這就增加了用電負(fù)荷，需要采用新的配電方案來應(yīng)對負(fù)荷的增加。

11、通過對某電驅(qū)壓氣站用電負(fù)荷的預(yù)測，在2025年該站機(jī)組的配置將采用3用1備，用電負(fù)荷最大將超過常規(guī)電驅(qū)壓氣站的變壓器容量63000kva，將達(dá)到75117kva，這要求設(shè)計(jì)新的配電方案，即在原來變壓器配置上增加變壓器臺數(shù)或者增加變壓器的容量，同時(shí)需要對這兩種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。通過對變壓器設(shè)備參數(shù)的了解，對變壓器初始費(fèi)用、電度費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對壓縮機(jī)組要求變壓器初始負(fù)載、功率因數(shù)、年帶電小時(shí)數(shù)等運(yùn)行參數(shù)的選擇，依據(jù)配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)導(dǎo)則中綜合能效費(fèi)用法對變壓器使用期間的費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，認(rèn)為增加1臺變壓器的綜合能效費(fèi)用要低于增加2臺變壓器容量的方案。在選擇配電方案的基礎(chǔ)上，同時(shí)

12、考慮了3臺變壓器的運(yùn)行方式，在2016年至2019年該站運(yùn)行期間，可以采用2臺變壓器互為熱備的需要，1臺停用，就是在1臺變壓器出現(xiàn)故障時(shí)候，另外1臺變壓器能迅速投入使用。從不改變變壓器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺的基礎(chǔ)上，可以從優(yōu)化變壓器配置出發(fā)，考慮將站用的10kv變壓器和10kv隔離變壓器與兩臺110kv變壓器進(jìn)行整合配置，調(diào)整隔離變壓器匹配壓縮機(jī)組工況，這樣有利于電驅(qū)壓氣站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要進(jìn)一步對壓縮機(jī)運(yùn)行、變壓器配置和變壓器產(chǎn)品開展系統(tǒng)分析，確認(rèn)3臺變壓器運(yùn)行模式的經(jīng)濟(jì)性，控制綜合功率損耗，為后續(xù)的電驅(qū)壓氣站節(jié)能降耗提供寶貴的意見。結(jié)論隨著電驅(qū)壓氣站在天然氣管道上的應(yīng)用，其供配電系統(tǒng)對天然氣管道的平穩(wěn)運(yùn)行越來越重要，特別是電網(wǎng)污染越來越嚴(yán)重，天然氣發(fā)電越來越普及，對電驅(qū)壓氣站配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠性運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目的實(shí)施，特別是svg補(bǔ)償技術(shù)在治理三相電壓不平衡的應(yīng)用和采用多臺變壓器來應(yīng)對用電負(fù)荷增加的方案，為今后電驅(qū)壓氣站外電質(zhì)量的治理工作提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒，為電驅(qū)壓氣站變壓器擴(kuò)容提供了可行性的經(jīng)濟(jì)方案，在國家節(jié)能減排政策實(shí)施的條件下，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1張?jiān)录t，李光，潘習(xí)文.輸氣管道電驅(qū)壓氣站外電