CN204391893U - 用于电驱压气站的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电驱压气站的供电系统，包括第一电源母线和第二电源母线；所述第一电源母线经过第一变压器形成第三电源母线；第二电源母线经过第二变压器形成第三电源母线；所述第三电源母线与第一变压器之间设有第一开关，第三电源母线与第二变压器之间设有第二开关；第三电源母线通过第三开关分成第三电源左母线和第三电源右母线；双电源快速切换装置，其包括三个端口，第一端口与第一开关相连，第二端口与第二开关相连，第三端口与第三开关相连；变频调速驱动系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线分别相连；压缩机及压缩机辅机系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线降压后的电源相连。

Description

用于电驱压气站的供电系统

技术领域

本实用新型涉及天然气输气管道工程领域，尤其是涉及一种用于电驱压气站的供电系统。

背景技术

长距离大口径的天然气输气管道工程是中国石油及中国石化作为主要投资方兴建的贯穿我国东西或南北的输气大动脉。大型输气管道工程，一般途经全国十几座省、自治区，沿线路径沙漠、山区或平原，地形复杂，压气站为输气管道工程的“心脏”，一旦由于任何非计划停电，会造成天然气大量放空，造成国家重大经济损失，根据GB50052-2009《供配电系统设计规范》第3.01条“中断供电将在经济上造成重大损失时”为一级负荷，应有“双电源供电”，同时要求“当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏”。

但国内电网结构复杂，电网管理自动化程度较低，尤其输气管道工程输送距离长达8000多公里，所经地域自然条件恶劣，给压气站供电的双路电源可靠性难以保障，在现有条件下，研究如何保证压气站不停电，是“输气管道工程电驱压气站不停电技术”产生的国内背景。

国外输气管道工程，工艺专业考虑了双管道运行模式，对电力可靠性要求不高，所以“输气管道工程电驱压气站不停电技术”在国外输气管道工程没有类似可借鉴的经验。

以往建设的输气管道工程现有技术方案是采用双电源供电，在110kV母联(进线)采用备自投装置解决不停电问题。备自投是备用电源自动投入使用装置的简称，其按照电网变电站的备自投装置工作原理进行设计。输气管道工程中使用大量的变频器及电机类设备，由于其反馈电压的存在，母线失压后电动机惰行，反馈电压下降较慢，为了避免备用电源合上时由于反相或相位差大造成大的冲击电流，所以从失电到失压进而无压，备自投完成动作的过程持续时间长达1-2秒，这段时间足以让高压变频器启动低电压保护，而对400V系统而言，低电压将造成接触器脱扣，变频器停止工作，从而引发电驱压气站供电可靠性降低，导致压缩机及辅机等重要负荷，备自投的使用效果并不理想。实际上并没有真正起到保障供电连续性的作用。

综上所述，按照公知技术不能有效的解决输气管道工程中电驱压气站供电可靠性，保证压缩机及辅机等重要负荷连续供电。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于电驱压气站的供电系统。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于电驱压气站的供电系统，包括：第一电源母线和第二电源母线；所述第一电源母线经过第一变压器形成第三电源母线；第二电源母线经过第二变压器形成第三电源母线；所述第三电源母线与第一变压器之间设有第一开关，第三电源母线与第二变压器之间设有第二开关；第三电源母线通过第三开关分成第三电源左母线和第三电源右母线；

双电源快速切换装置，其包括三个端口，第一端口与第一开关相连，第二端口与第二开关相连，第三端口与第三开关相连；

变频调速驱动系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线分别相连；

压缩机及压缩机辅机系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线降压后的电源相连。

所述第一电源母线和第二电源母线分别为110kV电压母线。

所述第三电源母线为10kV电压母线。

所述第一开关、第二开关和第三开关均为断路器。

所述双电源快速切换装置，包括电压感应器，其分别连接至第一电源母线、第二电源母线和第三电源母线，用来检测第一电源母线、第二电源母线和第三电源母线的工作状态；控制单元，其接收电压感应器所检测的电源母线工作状态信号，输出控制信号分别传输至第一开关、第二开关和第三开关。

所述双电源快速切换装置，还包括信号处理单元，其设于控制单元与电压感应器之间，用于滤除电压感应器所检测的电源母线工作状态信号的噪声和放大处理。

所述电压感应器为交流电压感应器。

所述变频调速驱动系统，包括高压开关柜；高压隔离变压器，其与所述高压开关柜相连；变频器，其连接至所述高压隔离变压器的输出端；电机，其连接至变频器的输出端。

压缩机及压缩机辅机系统，包括干气密封空压机，以及与干气密封空压机分别相连的润滑油泵和循环水泵。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的用于电驱压气站的供电系统中采用的双电源快速切换装置，解决重要负荷在遭遇雷电引起的晃电、线路重合和瞬时接地故障等引起的短时停电问题，能够实现快速切换，保障供电系统的安全运行。

附图说明

图1为本实用新型的电驱压气站供电系统结构示意图；

图2为实施例电驱压气站供电系统实施例接线示意图；

图3为单母分段方式下运行状态转换；

图4为过流一段保护逻辑图；

图5为后加速保护逻辑图。

其中，1第一电源母线；2第二电源母线；3第一变压器；4第二变压器；5第一开关；6第二开关；7双电源快速切换装置；8第三电源左母线；9第三电源右母线；10第三开关；11变频调速驱动系统；12压缩机及压缩机辅机系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种用于电驱压气站的供电系统，包括：第一电源母线1和第二电源母线2；所述第一电源母线1经过第一变压器3形成第三电源母线；第二电源母线2经过第二变压器4形成第三电源母线；所述第三电源母线与第一变压器3之间设有第一开关5，第三电源母线与第二变压器4之间设有第二开关6；第三电源母线通过第三开关10分成第三电源左母线8和第三电源右母线9；双电源快速切换装置7，其包括三个端口，第一端口与第一开关5相连，第二端口与第二开关6相连，第三端口与第三开关10相连；变频调速驱动系统11，其与第三电源左母线8和第三电源右母线9分别相连；压缩机及压缩机辅机系统12，其与第三电源左母线8和第三电源右母线9降压后的电源相连。

如图2所示，在对天然气输气管道工程的电驱压气站设备进行双电源切换时，以中石化潜江压气站为例，电驱压气站中10kV压缩机及压缩机辅机系统，如润滑油泵和干气密封空压机、循环水泵等用电，均为一级负荷，对供电可靠性要求高，压气站变电所电压等级为110/10kV，110kV及10kV母线均采用单母线分段，压缩机电机平均分配到两段10kV母线上，压缩机辅机系统平均分配到0.4kV母线上。采用变频调速驱动系统(VSDS)，VSDS驱动系统主要由10kV高压开关柜、高压隔离变压器、变频器、电机组成。

如图2所示，为保障VSDS系统及压缩机电机辅机系统可靠性，保证供电连续性，在110/10kV变电站的10kV母联设双电源快速切换装置，系统正常运行时，母线1由进线1供电，母线2由进线2供电。即进线开关1DL、2DL闭合，母联开关3DL断开。当任意一路进线电源失去时，快切装置均能投入另一侧进线电源。10kV 1DL或2DL突然失电或故障跳闸，通过双电源快速切换装置将3DL在250ms以内快速投入的装置。

快速切换装置可提供手动起动、保护起动、误跳起动、失压起动、无流起动及逆功率起动方式：

(1)手动起动

手动起动方式多用于进线检修或故障后进线恢复时使用，由人工通过开入量起动装置的切换功能。快切装置的手动起动功能非常灵活，对单母分段运行方式，手动起动可以实现1DL到3DL之间的互相切换，也可以实现2DL和3DL之间的互相切换。对单母方式，手动起动能够实现1DL和2DL之间的互相切换。

(2)保护起动

将线路/线变组/主变等电源侧设备的快速主保护接点引入到快切装置中，系统正常运行时，一旦检测到电源侧主保护动作，快切装置立即起动切换，断开故障线路，投入备用电源。

(3)误跳起动

当系统正常运行时，若本处于合位的开关跳开且进线无流，则装置起动切换，合上另一侧电源以保证母线供电。

(4)失压起动

当检测到母线三相电压均低于失压起动整定值且进线无流，经整定延时装置起动切换功能。此起动方式可通过定值中控制字投退。

(5)无流起动

当装置检测到进线电流从有流(大于无流起动整定值)到无流(小于无流起动整定值)，且母线频率小于无流起动频率定值时，装置经整定延时起动切换功能。无流起动方式主要用于进线本侧保护无法接入到装置的情形。当进线发生故障且被其它保护(可能是对侧的保护)跳开时，进线电流必然呈下降趋势，同时频率也会下降。此起动方式可通过控制字投退。

(6)逆功率起动

当无进线快速保护接点起动装置切换时，用此起动判据可实现故障情况下的快速切换。装置在起动后，会按照一定的顺序操作工作电源开关和备用电源开关。快切装置提供的切换方式包括：并联、串联和同时方式。以下以单母分段运行方式为例，对各种切换方式简单说明。

(a)并联切换

并联切换只能以手动起动方式触发。如图3所示，以从1DL并联切换到3DL为例。手动起动后，若并联条件满足(条件为：开关两侧的频差、相差、压差分别小于定值并联切换频差、并联切换相差、并联切换压差)装置先合上3DL开关，此时进线1、进线2两个电源短时并列，经整定延时(并联跳闸延时)后装置再跳开1DL。如在这段延时内，刚合上的3DL被跳开(如保护动作跳开3DL)，则切换结束，装置不再跳开1DL，以免停电范围扩大。若1DL拒跳，则装置会去跳开3DL开关，以避免两个电源长时间并列。若手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁并进入等待复归状态。并联切换方式适用于正常情况下同频系统的两个电源之间的切换，可用于进线检修时的人工倒闸或故障后手动恢复。

(b)串联切换

如图3所示，以从1DL切换到3DL为例。装置起动后，先跳开1DL开关，在确认1DL跳开后，再根据合闸条件发出合母联开关3DL命令。若1DL拒跳，则切换过程结束，装置不再合3DL。串联切换多用于事故情况下自动切换。串联切换可以有以下几种合闸方式(亦称实现方式)：快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换。当快速切换条件不满足时可自动转入同期捕捉、残压、长延时等切换条件的判别。

(c)同时切换

如图3所示，以从1DL切换到3DL为例。装置起动后，先发出跳1DL开关命令，然后经一整定的同时切换合闸延时，再根据合闸条件发出合3DL的命令。若最终1DL拒跳，则装置会去跳开3DL开关，以避免两个电源长时间并列。同时切换与串联切换相比，不需要确认1DL已跳开再判断3DL合闸条件，只要经过一个延时，即去判断3DL合闸条件，目的是使得母线断电时间尽量缩短。

无论采用哪种切换方式，装置起动后按照预定的切换方式进行跳工作开关和合备用开关，通过实时监测两段母线的电压、频率参数，保障变频调速驱动系统正常运行的安全性，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为：母线和待并侧电源压差|du|<“并联切换压差”，且频差|df|<“并联切换频差”，且相差|dq|<“并联切换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为：母线和待并侧电源频差|df|<“快速切换频差”且相差|dq|<“快速切换相差”。快速切换是速度最快的合闸方式。当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。同期捕捉切换的原理是实时跟踪线电压和备用电压的频差和角差变化，以同相点作为合闸目标点。

在进行输气管道工程电驱压气站双电源切换时，快速投切装置提供母联保护功能，两段经低压闭锁的过流保护和后加速保护。

图4中Igl1、Tgl1、Udy分别表示过流一段电流定值、延时定值和低电压闭锁定值。Ima、Imb、Imc为母联电流。为防止电源切换后合闸于故障线路，装置提供了后加速保护功能。切换过程中，在母联开关闭合后，后加速保护投入5秒钟。保护原理如图5中所示：Ihjs、Thjs分别表示后加速保护电流定值、延时定值。Ima、Imb、Imc为母联电流。

采用快速切换同期捕捉方式下，二段母线开关2DL断开，装置通过对二段母线电压、相位角度进行采样计算，快速切换同期捕捉控制方式下发出合闸指令，起动后合备用开始时间为87ms,和备用结束158ms，分段开关合上，双电源切换过程高压变频调速驱动系统及低压辅助设备运行正常。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，包括：第一电源母线和第二电源母线；所述第一电源母线经过第一变压器形成第三电源母线；第二电源母线经过第二变压器形成第三电源母线；所述第三电源母线与第一变压器之间设有第一开关，第三电源母线与第二变压器之间设有第二开关；第三电源母线通过第三开关分成第三电源左母线和第三电源右母线；

双电源快速切换装置，其包括三个端口，第一端口与第一开关相连，第二端口与第二开关相连，第三端口与第三开关相连；

变频调速驱动系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线分别相连；

压缩机及压缩机辅机系统，其与第三电源左母线和第三电源右母线降压后的电源相连。

2.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述第一电源母线为110kV电压母线。

3.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述第二电源母线为110kV电压母线。

4.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述第三电源母线为10kV电压母线。

5.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述第一开关、第二开关和第三开关均为断路器。

6.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述双电源快速切换装置，包括电压感应器，其分别连接至第一电源母线、第二电源母线和第三电源母线，用来检测第一电源母线、第二电源母线和第三电源母线的工作状态；控制单元，其接收电压感应器所检测的电源母线工作状态信号，输出控制信号分别传输至第一开关、第二开关和第三开关。

7.如权利要求6所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述双电源快速切换装置，还包括信号处理单元，其设于控制单元与电压感应器之间，用于滤除电压感应器所检测的电源母线工作状态信号的噪声和放大处理。

8.如权利要求6所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述电压感应器为交流电压感应器。

9.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，所述变频调速驱动系统，包括高压开关柜；高压隔离变压器，其与所述高压开关柜相连；变频器，其连接至所述高压隔离变压器的输出端；电机，其连接至变频器的输出端。

10.如权利要求1所述的一种用于电驱压气站的供电系统，其特征在于，压缩机及压缩机辅机系统，包括干气密封空压机，以及与干气密封空压机分别相连的润滑油泵和循环水泵。