輸氣管道高可靠性安全供電方法
【技術領域】
[0001]本發明有關一種輸氣管道的供電技術，特別是指一種當電驅壓氣站內大功率壓縮機及輔機在遭遇雷電及電力系統故障引起的電壓凹陷時，仍不間斷對輸氣管道安全供電的方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著我國經濟持續高速發展，能源結構調整、優化能源供應的客觀要求更為迫切，尤其天然氣等優質能源需求迅速增長，面對發達地區天然氣缺口巨大，供需矛盾十分尖銳，急待尋求新的氣源以解市場燃眉之急。長距離天然氣外輸管道工程是中國石油及石化天然氣股份有限公司作為主要投資方興建的貫穿我國東西或南北的輸氣大動脈。對于輸氣規模、工程總投資大，管道線路長的一條主干線和數條支線組成的大型管道工程，一般途經全國十幾個省、自治區，沿線路經沙漠、山區或平原，地形復雜、地貌多變、氣候條件差、高鐵交織、電網環境復雜，且大部分站場處于偏遠山區，送電距離長達50?60km，電力系統在運行過程中地區，由于雷電、電網自身原因引發的電壓凹陷和中斷，造成電網瞬間故障，弓丨起電壓較大幅度波動或者短時斷電又恢復的“晃電”現象頻頻發生，以上電網故障會造成壓縮機停機情況，而壓氣站是輸氣管道的心臟，一旦壓縮機停止運行，直接影響輸氣管道電驅壓氣站的供電可靠性，影響輸氣量。因此對輸氣管道電驅壓氣站，尤其是壓縮機驅動變頻裝置、壓縮機潤滑油栗和干氣密封空壓機、循環水栗等輔助用電，其可靠性和連續性提出了很高的要求，供電中斷和電壓大幅波動會給企業帶來巨大的經濟損失。
[0003]圖1是輸氣管道工程電驅壓氣站典型主接線圖，一般大型電驅壓氣站采用IlOkV/10kV/0.38kV電壓等級，IlOkV采用兩路電源，110kV#l進線和110kV#2進線同時向IlOkV I母線和IlOkV II母線供電，母聯開關斷開，IlOkV兩路電源來源于同一個電網的不同變電站，當電網發生故障導致其中一段母線失電時，跳開失電母線的進線開關IDL或2DL，然后快速將母聯開關合上，使失電母線重新受電，以此來提高供電的可靠性。通過2臺110/10kV變壓器給2段1kV母線供電，1kV供電系統也采用單母線分段運行，S卩，1DL、2DL合閘，3DL分閘的供電模式，壓氣站中主要的用電負荷是1kV離心式壓縮機，采用變頻驅動，稱為VSDS系統，均勻的分配在1kV兩段母線上。壓縮機配套的輔機系統均為0.38kV電壓等級，通過兩臺10/
0.4kV變壓器分別為0.38kV的I段、II段母線供電，壓縮機輔機系統由多臺異步電機分別由
0.38kV電壓供電，0.38kV也是單母線分段運行。
[0004]如圖2所示，按照電力系統的η-1準則，為了提高供電可靠性，壓氣站供電系統均采用不少于兩個供電電源設計。
[0005]兩路電源，電源I和電源2同時向I母線和II母線供電，母聯開關ML斷開，兩路電源來源于同一個電網的不同變電站，當電網發生故障導致其中一段母線失電時，跳開失電母線的進線開關IDL或2DL，然后快速將母聯開關ML合上，使失電母線重新受電，以此來提高供電的可靠性。電力系統將用來完成這一系列供電電源切換控制的裝置統稱為備用電源自動投入裝置，簡稱備自投，其在電網的變電站內獲得了廣泛的應用，或者采用圖1方式在1kV側加裝母聯快速切換裝置。
[0006]空壓機在短時停電時而停止工作后，由于空壓機配有兩座IMPa的儲氣罐，在空壓機停機后，儲氣罐能夠維持I Omin。
[0007]傳統的母聯備自投的投切時間不能滿足電驅壓氣站供電可靠性要求，一般是在電驅壓氣站IlOkV變電站的IlOkV側設母聯備自投，IlOkV母聯備自投在IlOkV某段母線掉電情況下的總切換時間為1.8s，其中跳1kV I段進線開關(或1kV II段進線開關)的時間為
1.2s( 1.2s為躲過I1kV線路自動重合閘時間)。為配合I1kV某段母排掉電情況下，I1kV母聯備自投，在投切過程中，1kV及0.4kV母線有1.8s停電時間，在這段時間內變頻器故障電壓設定值在低于額定電壓的11%，設定時間20ms跳開1kV斷路器，一部分低壓負荷也迅速失去電源，從而引發壓縮機停機。
[0008]圖1中1kV快速切換開關在1kVI段或1kV II段母線短時失電后，傳統的快速切換裝置采用快速啟動合閘方式，將母聯開關3DL合閘，由于大功率壓縮機電機通過變頻器直接接入I OkV系統，其壓縮機電機的殘壓被變頻器阻斷，只有0.381^的輔機通過10/0.4kV變壓器反送到1kV母線，由于輔機電機功率只是壓縮機電機的1/15，所以在1kV母線上殘壓衰減很快，這時采用快速切換裝置合3DL開關時，在1kV母線上造成的電流沖擊為額定電流的50倍，造成壓縮機輔機及變頻器跳閘斷電。
[0009]壓縮機采用VSDS驅動系統，其中變頻器對電網要求較高，不允許供電系統出現較大壓降。對于1kV變頻器國內外生產廠商對變頻器正常運行電壓低于正常電壓時均有保護設定，以西門子GM150為例，當電網電壓低于80%時發出報警命令，倒計時2s，如果電壓不恢復正常，則變頻器本體會發出欠壓脫扣命令跳開1kV斷路器，斷開1kV電源，當電網電壓低于正常電壓的11%時，在10?10ms以內變頻器本體會發出故障命令跳開1kV斷路器，斷開1kV電源，從而引起壓縮機停機。國內變頻器則直接設定為當電網電壓低于75%時在10ms以內變頻器本體會發出故障命令跳開1kV斷路器，斷開1kV電源，壓縮機停機。
[0010]影響壓縮機電機可靠性的重要輔助設備是潤滑油栗，一般情況下，潤滑油栗交流接觸器由于雷電引起斷電，在潤滑油總管壓力在Is內從0.25MPa降到0.12MPa，觸發壓縮機停機。一旦潤滑油栗停電，即使工藝采取了備用潤滑油罐，也是在壓縮機停機過程中防止潤滑油中斷而設置，從根本上解決不了潤滑油連續性問題，要解決此問題，唯一的辦法是潤滑油栗不間斷供電，而潤滑油栗一般在20kW左右，3用I備，采用UPS供電會造成UPS容量很大，采用應急發電機也在啟動時間上不滿足潤滑油栗連續不停機的要求，所以不采用這兩種方法保障潤滑油栗不間斷供電。
[0011]變頻器的輔助系統有外循環水栗和內循環水栗，外循環水栗引起變頻器停機，會在變頻器內循環水LOGO面板顯示“Raw Water Flow Low”的故障代碼，一般是外循環水管道水壓不夠，也就是說，有可能循環水栗出力和水管道閥門開度等原因導致外循環水管道水壓偏低。壓縮機電機也會用到外循環水，一般和變頻器統一設置外循環水栗，外循環水栗由站內10/0.4kV低壓配電系統供電(2臺變壓器，單母線分段運行)，所以要求外循環水栗在斷電(因切換電源斷電)的情況下，來電后能夠自啟動即可，運行證明外循環水栗停機不會立即逼停壓縮機，要求斷電后自啟動做到5s以內即可。
[0012]變頻器本體的內循環水栗引起變頻器停機，內循環水栗是由變頻器自帶的MCC低壓開關柜采用UPS供電，變頻器本體的內循環水栗故障，會在變頻器內循環水LOGO面板顯示“Water Flow Low”的故障代碼，同樣，內循環水栗停機不會立即逼停變頻器，所以要求內循環水栗在斷電(因切換電源斷電)的情況下，斷電后自啟動做到5s以內即可，再者，本工程內循環水栗采用的是UPS供電，所以供電可靠性滿足要求。
【發明內容】
[0013]有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種解決變頻器自身抗晃電能力、并能不間斷供電的輸氣管道高可靠性安全供電方法。
[0014]為達到上述目的，本發明提供一種輸氣管道高可靠性安全供電方法，該方法用于輸氣管道工程的電驅壓氣站，該方法包括如下步驟:
步驟一、開發輸氣管道大功率變頻器的低電壓穿越、動能緩沖功能、轉速跟蹤起動功會K;
步驟二、將備自投及快切裝置設置為快速同期合閘裝置，以配合變頻器自身抗晃電能力；
步驟三、對0.38kV控制回路進行改造，將0.38kV壓縮機輔機控制電源由常規市電供電改為不間斷電源供電或加裝防晃電繼電器。
[0015]在所述步驟一中，在低電壓穿越過程中控制系統和功率單元工作正常，不要求有功功率輸出，壓縮機裝置運行不間斷，電網恢復時快速平滑切入正常工作狀態。
[0016]所述動能緩沖功能是:在出現電網短時失電故障時，為保持生產的連續性，電壓型逆變器繼續工作，通過降低電動機轉速，把電機部分動能回饋至電動機的直流貯能電容，維持一個低電壓，使控制電路繼續工作，待電網電壓恢復后電動機重新加速到原轉速。
[0017]所述轉速跟蹤起動功能用于起動正在旋轉中的電動機，在變頻器經過低電壓穿越功能和動能緩沖功能后，如果電網還未恢復供電，或者變頻器的輸出頻率與電動機轉速不匹配，轉差率大，將導致電流沖擊，因此，需根據轉速來設置變頻器的初始頻率，使變頻器能自動檢測電動機的實際轉速，據以設置初始頻率。
[0018]所述步驟二中采用一種以捕捉首次同相點為主要切換方式，以殘壓切換作為后備切換方式的壓縮機雙電源切換的方法，該快速同期合閘裝置是將殘壓切換給捕捉同期算法提供后備，當同期捕捉條件不滿足時，保證原有的技術手段不失靈。
[0019]在所述步驟三中，所述不間斷電源供電或防晃電繼電器能在電源短時失電時，確保交流接觸器線圈不失壓脫口。
[0020]在電網故障導致母線失電的工況下，配合變頻器的抗晃電能力前提下，在500ms以內快速投入備用電源，迅速再受電繼續運轉。
[0021]本發明解決變頻器自身抗晃電能力，解決電力系統電壓瞬時驟降和中斷時利用離心壓縮機同步電機返送給變頻器的能量，維持變頻器直流母線電壓，降低壓縮機電機轉速，在壓縮機不進入喘振區的工況下，變頻器重新捕捉壓縮機電機的轉速，將壓縮機電機重新拉入正常運行狀態，實現不停電功能。并且采用同期快速切換裝置，配合變頻器的二次開發應用，使得電壓凹陷及中斷供電現象得以改善。
【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術中電驅壓氣站典型主接線圖； 圖2為現有技術中輸氣管道電驅壓氣站常見的供電方式；
圖3為本發明中母線殘壓向量軌跡；
圖4為本發明中首次同相點捕捉切換角度示意圖；
圖5為本發明中I母失壓衰減圖；
圖6為本發明中投入瞬間進線II沖擊電流圖；
圖7為本發明中進線II穩定后電流圖；
圖8為本發明輸氣管道高可靠性安全供電方法的步驟圖。
【具體實施方式】
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