變頻器集成SVG 補(bǔ)償功能在天然氣管線壓氣站上的應(yīng)用

林影

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

遼寧省內(nèi)某壓氣站為電驅(qū)壓氣站，其2 路66kV 送電線路架空導(dǎo)線型號(hào)為JL/G1A-240/30（其中出線段采用電纜型號(hào)為ZR-YJLW03-Z-50/66-1×800），送電線路長度均為11.22km(其中出線段采用電纜0.495km)。站內(nèi)安裝兩臺(tái)31500kVA 變壓器，變壓器短路阻抗Uk%=9%，分列運(yùn)行。站內(nèi)主要用電負(fù)荷為兩套10kV 電驅(qū)壓縮機(jī)組，13000kW/套。

該壓氣站于2018 年12 月投產(chǎn)，為保證冬季北京供氣，每年冬天用氣高峰壓縮機(jī)組運(yùn)行，夏季停止運(yùn)行，所以，壓氣站夏季供電系統(tǒng)負(fù)載率過低，不能滿足供電公司功率因數(shù)0.9 的考核指標(biāo)。因此，提高壓氣站的供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，對(duì)降低長輸管道站場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)難度，節(jié)約費(fèi)用，提高運(yùn)行的安全性、可靠性具有非常重要的意義。

1 問題的提出

首先，電驅(qū)壓氣站是指用電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，使天然氣得到加壓輸送的壓氣站。電驅(qū)機(jī)組的用電負(fù)荷一般占整站負(fù)荷的75%～85%，一旦壓縮機(jī)組停機(jī)，站內(nèi)的負(fù)載率將非常低，而外電線路很長，外電容性無功功率非常大。

其次，由于帶動(dòng)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置為大功率異步電機(jī)，在其啟動(dòng)過程中，對(duì)電力系統(tǒng)的電壓和頻率產(chǎn)生巨大的影響，而站內(nèi)電網(wǎng)電壓和頻率的變化又對(duì)其他用電設(shè)備產(chǎn)生了不良影響。大功率異步電機(jī)正常工作時(shí)所需的勵(lì)磁電流分量較大，需由電網(wǎng)提供更多的無功功率，而壓氣站供電系統(tǒng)內(nèi)大量的無功交換不僅降低電能利用率，同時(shí)，影響站內(nèi)其他用電設(shè)備的電能質(zhì)量。在無法滿足無功功率供給平衡時(shí)，會(huì)降低站內(nèi)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，進(jìn)而影響站內(nèi)工藝設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，對(duì)站內(nèi)電網(wǎng)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償具有重要的意義。

以上問題若處理不當(dāng)，不僅會(huì)引起各級(jí)保護(hù)機(jī)構(gòu)的誤操作，危害操作安全，降低系統(tǒng)工作效率，而且會(huì)影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響整個(gè)站場(chǎng)的供氣可靠性及安全性。本文基于以上問題并結(jié)合站場(chǎng)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出變頻啟動(dòng)和無功補(bǔ)償一體化的設(shè)計(jì)方案。考慮到該站地處遼寧省，在胡煥庸線以東，人口密度較大，針對(duì)這些情況，出現(xiàn)下列問題：

1.1 壓氣站占地面積較大

根據(jù)西二線、西三線、輪吐等工程的經(jīng)驗(yàn)，壓氣站用地規(guī)模較大。由于大多數(shù)壓氣站均位于我國西北部地區(qū)，在胡煥庸線以西，地廣人稀，建設(shè)大型壓氣站不受地理?xiàng)l件限制，沒有顯現(xiàn)出壓氣站占地規(guī)模大的缺點(diǎn)。由于遼寧地區(qū)受地理?xiàng)l件制約和人口密度的制約，合理優(yōu)化整個(gè)站場(chǎng)用地規(guī)模成為首要解決的難題。

1.2 環(huán)境噪音污染

由于近年來國家對(duì)環(huán)境污染日益重視，噪音污染也成為環(huán)保部門監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目之一。根據(jù)以往遼寧省內(nèi)輸油站項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，環(huán)保部門對(duì)噪音污染超標(biāo)的站場(chǎng)均要求進(jìn)行降噪處理。壓氣站場(chǎng)整體降噪成為需要解決的問題。

2 針對(duì)供電系統(tǒng)的優(yōu)化

根據(jù)西三線、輪吐等壓氣站工程建設(shè)規(guī)模，SVG 在變電所內(nèi)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的SVG 室，使得變電所整體結(jié)構(gòu)及地面積較大。針對(duì)站內(nèi)用地面積進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，取消SVG 室勢(shì)在必行。

將SVG 集成到變頻器內(nèi)，取消SVG 室對(duì)變電所的設(shè)計(jì)布局結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，縮短變電所整體長度約6 米，對(duì)整體站場(chǎng)布局優(yōu)化調(diào)整提供了便利條件。而對(duì)于變頻裝置室布置，可利用剩余柜位布置SVG 功能的機(jī)柜，充分利用了空間，減小了征地面積。

3 散熱處理

在以往工程中，獨(dú)立的SVG 室需要獨(dú)立的散熱系統(tǒng)，通常為風(fēng)冷系統(tǒng)。而集成在變頻器內(nèi)的SVG 與整體變頻器統(tǒng)一考慮散熱問題，節(jié)省獨(dú)立SVG 散熱器空間以及散熱器本身費(fèi)用等問題，從而降低了項(xiàng)目成本。由于遼寧地區(qū)環(huán)保局對(duì)噪聲污染要求較高，該壓氣站變頻器散熱采用了水冷技術(shù)，有效降低了噪聲污染。

4 站內(nèi)供電系統(tǒng)

由于建成的壓氣站SVG 電源引自10kV 母線，進(jìn)線處設(shè)置隔離開關(guān)。變頻器集成SVG 補(bǔ)償形式與獨(dú)立設(shè)置的SVG 結(jié)構(gòu)形式相同，電源同樣引自10kV 母線。從下圖變頻器集成SVG 的硬件結(jié)構(gòu)配置可以看出，SVG 與變頻器的電源分別引自各自高壓開關(guān)柜，SVG 通過電抗器柜與變頻器的功率單元實(shí)現(xiàn)共用。在變頻器運(yùn)行時(shí)，SVG 通過開關(guān)柜與功率單元為開路狀態(tài)，此時(shí)，SVG 為停機(jī)狀態(tài)。在檢測(cè)到電網(wǎng)無功功率有需求時(shí)，并且變頻器處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，開關(guān)柜閉合，功率單元開始工作，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用功率單元的目的。重復(fù)使用功率單元既提高了設(shè)備的利用率，也降低了設(shè)備的投資，同時(shí)，減少了有色金屬的損耗。

5 結(jié)語

壓氣站供電系統(tǒng)首次將SVG 設(shè)備集成到變頻器中，優(yōu)化了變電所的整體布局和場(chǎng)區(qū)的整體規(guī)劃，做到了同類型設(shè)備進(jìn)行集中管理，方便運(yùn)行維護(hù)，降低了建設(shè)成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)長輸管道壓氣站供電系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，有效降低了管道站場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)難度。

變頻器集成SVG 補(bǔ)償功能解決天然氣管線壓氣站電能質(zhì)量的技術(shù)的同時(shí)，又節(jié)省了建設(shè)成本，已經(jīng)推廣應(yīng)用在同期的三個(gè)長輸管道壓氣站項(xiàng)目，目前，均已建成投產(chǎn)運(yùn)行。為后續(xù)長輸管道工程站場(chǎng)供電系統(tǒng)的無功治理提供了參考依據(jù)。