摘要：随着每年输气产量的不断提升，压缩机组运行负荷也在不断提高。阳曲站二线变频电机驱动压缩机组11次滤波及无功补偿装置因电网电压正常波动导致机组停机已严重影响安全输气生产，且现有的无功补偿装置已经不能满足无功就地补偿的需求，所以开展滤波无功补偿系统优化研究迫在眉睫。文章重点就阳曲站变频电机驱动压缩机组滤波无功补偿系统优化措施进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：变频电机；驱动压缩机；无功补偿；系统优化
引言
现阶段，由于陕京二线和陕京三线为两期工程，在陕京二线阳曲站增输时，阳曲压气站的上游变电站上安站初建，当时上安站接入的三相不对称负荷较少，二线滤波器按照2009年的电网参数设计。当陕京三线建站后上安站也进行了扩建，下游用户也变得复杂，不对称负荷接入较多，导致电网参数变化较大，所以三线滤波器按照2011年的电网参数设计，其保护定值也做了相应调整。但因为两期项目的建设单位不同，项目管理人员的关注点也不同，导致二线滤波器保护定值不适应电网波动新形势。
1变频电机驱动压缩机组滤波无功补偿系统优化的意义
阳曲站二线变频电机驱动压缩机组高负荷运行时母线电压为90％左右，期间系统稍有波动时（夏季汛期打雷时较为明显）就会造成11次滤波无功补偿装置三相电流不平衡Ilub＞trip保护动作停机。滤波无功补偿装置三相电流不平衡保护计算与供电电源电压不平衡相关联。据统计，2013年至2015年期间，2013年因电网波动导致滤波保护停机次数为3次，2014年为4次，2015年电网因人员操作因素引发电源波动滤波保护停机次数为4次，电网因人员倒闸操作因素引发电源波动滤波保护停机次数为3次。2016年6月12日，因电网波动导致阳曲站二线两台压缩机组滤波同时保护停机高达3次。因电网正常范围内波动导致机组停机频次高，呈上升趋势，严重影响安全输气生产，降低了输气生产量。
2变频电机驱动压缩机组滤波无功补偿系统的影响因素
2.1电压偏差
电压偏差是指实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，根据GB/T12325-2008相关规定，20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％。而阳曲压气站运行数据显示，机组高负荷运行，10kV母线电压会降为90％NU，电压偏差大于国标值7％。因为电容补偿功率2BUQ，电压下降会使无功补偿装置的输出功率按照电压平方下降，造成无功补偿严重不足。电压降低说明无功不足，此时希望得到电容补偿，而电容因为电压低，造成输出功率不足，所以单从提高电容利用率的角度考虑，也应该将电压维持在合理范围之内。
2.2电压波动和闪变
闪变是电压波动在一段时间内的累计效果，它通过灯光照度不稳定造成视感来反映。电压波动是指电压有效值曲线上相邻两个极值电压之差占标称电压的百分数，有些电压波动尽管在正常的电压变化限度以内，但可能产生10Hz左右照明闪烁、干扰计算机等电压敏感型电子设备和仪器的正常运行。电压波动和闪变大多产生于配电系统，并通过配电变压器传递到低压侧的用户电源端。产生电压波动和闪变的主要原因是工业用电负荷，如电弧炉、电焊机的运行和电容器投切等，都可能产生快速的电压变化。
2.3三相电压不平衡
2015年阳曲压气站二线机组出现过多次运行机组因滤波器故障同时停机，且发生在夏季。2016年6月12日，阳曲压气站又出现同样故障，而且一天内发生多次，结合三相不平衡的持续时间大于两秒，由此判断三相不平衡可能是由雷雨天气引发的三相感应电压不平衡或者系统发生临时性接地故障引起。如果上级电源发生了相间短路、断线或者永久性接地故障，定会触发除三相不平衡之外的其他保护。
3变频电机驱动压缩机组滤波无功补偿系统优化措施
3.1保护设定原则
在无功补偿装置运行期间，因三相电流不平衡发生电容器组跳闸现象，主要原因是由于三相电压不平衡造成。而电网电压不平衡是阳曲站无法控制和避免的，只能通过自适应满足运行要求。后续我们会分析无功补偿装置从设计制造，就充分考虑了电压波动的影响。此外，并联电容器的不平衡我们通常会认为是由电容器组电容量三相不平衡引起的，即电容器内部三相参数因故障损坏发生变化，比如断路器三相不同期、放电线圈绕组直流电阻三相不平衡、电抗器三相电抗值不平衡、三相绝缘老化程度不同等，这都会引起三相电压不平衡，使电容器组跳闸，所以并联电容组的三相不平衡保护是针对内部故障时的保护。我们分别对三种滤波无功补偿电容的电容量、绝缘，开关特性、直阻、电抗器电感、电缆绝缘进行测量，结果显示正常。
3.2保护定值对比分析
阳曲站将二线机组DY402与三线机组DY3401变更由10kV母线III段供电，二线DY401机组由10kV母线I段供电。当晚DY402和DY401机组同时因为11次滤波无功补偿装置三相不平衡保护动作联锁停机，综保装置显示线路不平衡电流大于3.1％，持续时间2.12S，5次和7次滤波无功补偿装置无异常。由于两台机组同时停机，考虑到两台机组同时发生相同元器件损坏的可能性极低，排除机组故障的可能性。我们分别检查了5次、7次和11次滤波器的电气原理图，从二线，三线机组配套的5次，7次滤波无功补偿装置参数上分析，二线与三线所用的滤波器一次元件与布局完全相同，系统参数几乎一致。换而言之，二线和三线的滤波器在电气性能上完全一致，但是二线的线路不平衡电流按照5％设置，三线相应参数按照15％设置。三线的线路不平衡保护动作值是二线保护动作值的3倍左右，与一次图纸中的不平衡电流设计基本吻合。而且三线的报警值比二线的停机值还高。Ilub为三相电流互感器二次电流矢量和，实际上反映的是三相电压不平衡，当其值大于Ilub＞ln设定值时，触发报警信号，如果报警信号存在时间超过延时设定值，触发停机。当不平衡电流远大于设定值时，保护经过短延时动作跳闸，Ilub工作逻辑原理如下。
图1工作原理图
结束语
综上所述，通过比较5、7和11次滤波装置的特点，分析电网电压不平衡的原因以及电压波动特点，并对二线压缩机组实际功率因数进行计算，统计分析背景高次谐波含量，对CPR04保护继电器相关定值进行重新计算和整定。
参考文献：
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[2]卢祥林.白鹤加压站压缩机采用变频电机驱动方式的可行性研究[J].城市公用事业，2006（03）：26-29+45.
论文作者:常平亮,么子云,史宁岗,郑会,钱迪,王会乾,刘明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
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