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摘要： 天然气长输管道是我国重要的一项基础设施和功能设备，对于我国国民经济增长以及社会稳定发展起到关键性作用。而电驱压缩机又是长输管道的核心设备，当一台处于运行状态的电驱压缩机发生故障时，对所在压气站、上下游站场、分输用户均会造成严重的后果。因此，尽可能减少电驱压缩机故障率显得尤为重要。本文将从保障电驱压缩机组安全、平稳运行的角度出发，分析西部管道公司电驱压缩机隔离变压器继电保护的配置、保护范围、保护定值、保护的可靠性以及运行期间存在的问题进行详细的阐述，全面论证现有保护配置存在的缺陷和优化改进建议。为压缩机组运行管理提供指导。
关键词：天然气长输管道;电驱压缩机;隔离变压器;继电保护;零序保护
0引言
我国天然气工业正处在加速发展阶段，它在未来能源中将起到举足轻重的作用。为了减少对环境污染较为严重的煤炭的利用，以促使能源经济的多样化，中国正鼓励建设更多的天然气管网设施。长距离输送管道的建设，将有助于能源短缺地区经济的高速发展。西气东输工程是具有国家战略意义的国家重点工程，有利于促进我国能源机构和产业结构调整，带动东部、中部和西部地区经济的共同发展，改善管道沿线地区人民的生活质量，有效治理大气污染。
天然气在长输管道运输过程中，由于各种原因势必会造成压力损失，而为了提高流量必须要求高压输送，这就要求管线上每隔一段距离设置一个压气站为天然气增压，压气站的核心设备就是压缩机。压缩机按照驱动方式，分为燃气轮机驱动型和电动机驱动型，由于电驱压缩机整体结构简洁，可靠性高，功率因数高，是今后大容量压缩机驱动的发展趋势。随着西气东输二线、三线的建设，大大增加了电驱压缩机的使用台数。本文以西气东输二线工程中应用的GE压缩机配套的电动驱动设备TMEIC隔离变压器的继电保护进行分析探讨。
1电驱压缩机工作原理
驱压缩机是指由变频电机直接驱动离心式压缩机的机组，中间不需要齿轮传动，具有体积小、维护简单、使用效率高、无污染等优点，电机的维护费用仅为燃气轮机维护费的四分之一，噪声能减少20分贝以上，且无污染物排放，负荷近代环保要求，是目前天然气加压输送的核心设备。在天然气长输管道上，用变频系统控制的电驱压缩机为天然气增压，以增加管道输送能力。
2移相隔离变压器
本系统移相隔离变压器采用户外安装油浸式变压器，移相隔离变压器原边绕组通过10kV高压电缆与10kV高压开关柜进行连接，副边有18个二次绕组，采用延边三角形连接方式，共分为6个不同的相位组，每两个相邻绕组间相位差10度，同时实现电源的隔离和36脉波移相，可以消除35次以下的谐波，组成同一相位组的每四个二次绕组给一个功率单元供电。即使在电动机电流出现不平衡的情况下，也能保证每个相位组的电流基本相同，达到抵消谐波的效果。变压器的副边绕组相互独立，使每个功率单元的主回路相对独立，具有极高的安全性和可靠性。
3变压器保护配置原则
根据GB 14285—1993《繼电保护和安全自动装置技术规程》规定，选择配电变压器的保护开关设备时，当容量等于或大于800 kVA，应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定，可以理解为基于以下两方面的需要：合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。现代生产的变压器，虽然在设计和材料方面有所改进，结构上比较可靠，相对于输电线路和发电机来说，变压器故障机会也比较少，但在实际运行中，仍有可能发生备种类型的故障和异常运行情况，这会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。
（1）配电变压器容量达到800 kVA及以上时，过去多数使用油浸变压器，并配备有瓦斯继电器，使用断路器可与瓦斯继电器相配合，从而对变压器进行有效地保护。
（2）对于装置容量大于800 kVA的用户，因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，不至于引起主变电站的馈线断路器动作，影响其他用户的正常供电。
此外，标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到800 kVA时，亦要符合此要求。
4隔离变压器现有保护分析
目前，无论是日本TMEIC公司生产的20MVA大功率高转速电压源变频器还是国产的荣信电力电子股份有限公司生产的特大功率高压变频器配套的隔离变压器的保护只有速断、过流、过负荷保护。相对于隔离变压器内部保护来说，无论是匝间短路、绝缘油击穿、或者后端过负荷、短路均能起到很好的保护。但是由于变压器容量较大，TMEIC公司配套的隔离变压器容量为20100kVA，国产荣信变频器配套的隔离变压器为25000kVA，速断保护电流定值为4.5A，CT变比为2000/1，也就是10kV断路器后端电流达到9000A时，电流速断保护才能动作，过电流定值为0.8A，也就是10kV断路器后端电流达到1600A时，延时0.7秒后过流保护才能动作，过负荷保护定值为0.65，也就是10kV断路器后端电流达到1300A时，延时9秒后过负荷保护才能动作。
5典型故障分析
2021年上半年，分公司组织运维队伍对生产区电缆沟内电缆进行了梳理绑扎，电缆沟整理后，在月度盘车测试时，西二线2#压缩机启动后（空载），110kV变电所Ⅱ段母线B相电压由5.8kV下降至3.2kV，对站内其他设备造成严重的影响，经排查发现，2#压缩机10kV断路器至隔离变压器之间的电缆B相第2根电缆外护套损伤，造成10kV电缆对地进线放电，导致Ⅱ段母线B相电压降低，而2#压缩机10kV断路器保护均未动作，原因是压缩机轻载时通过电缆的电流相对叫较小，而电缆外护套损伤后接地电流较小，电缆中的故障电流未达到保护装置的动作电流，因此，10kV短路器未保护跳闸。
6优化建议
根据电力变压器保护配置原则，结合现场实际运行情况及典型故障分析，建议投用电驱压缩机10kV侧短路器的零序电流保护功能，零序电流互感器变比较小，保护相对灵敏，无论是压缩机空载、轻载时，还是压缩机在满负荷运行时由于各种原因造成的三相电流不平衡，均会通过零序电流反应出来，当零序电流达到保护定值时，保护装置动作，使10kV断路器跳闸。从而消除隔离变压器高压引线单相接地对电网造成的影响，增强电网保护的选择性，提高非故障机组的供电可靠性。
参考文献
[1]110kV中石油南郊压气变电站保护定值.
[2]TMEIC公司中压交流大功率大功率变频调速驱动系统技术规格书.
[3]荣信集团SuperHVC特大功率变频驱动系统技术规格书.
[4]GB/T50062-2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》.
[5]GB/T50063-2017《电力装置的电测量一表装置设计规范》.
[6]GB 14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》.
[7]隔离变压器执行标准：IEC60076.1～5，IEC61378.1.
关键词：天然气长输管道;电驱压缩机;隔离变压器;继电保护;零序保护
0引言
我国天然气工业正处在加速发展阶段，它在未来能源中将起到举足轻重的作用。为了减少对环境污染较为严重的煤炭的利用，以促使能源经济的多样化，中国正鼓励建设更多的天然气管网设施。长距离输送管道的建设，将有助于能源短缺地区经济的高速发展。西气东输工程是具有国家战略意义的国家重点工程，有利于促进我国能源机构和产业结构调整，带动东部、中部和西部地区经济的共同发展，改善管道沿线地区人民的生活质量，有效治理大气污染。
天然气在长输管道运输过程中，由于各种原因势必会造成压力损失，而为了提高流量必须要求高压输送，这就要求管线上每隔一段距离设置一个压气站为天然气增压，压气站的核心设备就是压缩机。压缩机按照驱动方式，分为燃气轮机驱动型和电动机驱动型，由于电驱压缩机整体结构简洁，可靠性高，功率因数高，是今后大容量压缩机驱动的发展趋势。随着西气东输二线、三线的建设，大大增加了电驱压缩机的使用台数。本文以西气东输二线工程中应用的GE压缩机配套的电动驱动设备TMEIC隔离变压器的继电保护进行分析探讨。
1电驱压缩机工作原理
驱压缩机是指由变频电机直接驱动离心式压缩机的机组，中间不需要齿轮传动，具有体积小、维护简单、使用效率高、无污染等优点，电机的维护费用仅为燃气轮机维护费的四分之一，噪声能减少20分贝以上，且无污染物排放，负荷近代环保要求，是目前天然气加压输送的核心设备。在天然气长输管道上，用变频系统控制的电驱压缩机为天然气增压，以增加管道输送能力。
2移相隔离变压器
本系统移相隔离变压器采用户外安装油浸式变压器，移相隔离变压器原边绕组通过10kV高压电缆与10kV高压开关柜进行连接，副边有18个二次绕组，采用延边三角形连接方式，共分为6个不同的相位组，每两个相邻绕组间相位差10度，同时实现电源的隔离和36脉波移相，可以消除35次以下的谐波，组成同一相位组的每四个二次绕组给一个功率单元供电。即使在电动机电流出现不平衡的情况下，也能保证每个相位组的电流基本相同，达到抵消谐波的效果。变压器的副边绕组相互独立，使每个功率单元的主回路相对独立，具有极高的安全性和可靠性。
3变压器保护配置原则
根据GB 14285—1993《繼电保护和安全自动装置技术规程》规定，选择配电变压器的保护开关设备时，当容量等于或大于800 kVA，应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定，可以理解为基于以下两方面的需要：合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。现代生产的变压器，虽然在设计和材料方面有所改进，结构上比较可靠，相对于输电线路和发电机来说，变压器故障机会也比较少，但在实际运行中，仍有可能发生备种类型的故障和异常运行情况，这会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。
（1）配电变压器容量达到800 kVA及以上时，过去多数使用油浸变压器，并配备有瓦斯继电器，使用断路器可与瓦斯继电器相配合，从而对变压器进行有效地保护。
（2）对于装置容量大于800 kVA的用户，因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，不至于引起主变电站的馈线断路器动作，影响其他用户的正常供电。
此外，标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到800 kVA时，亦要符合此要求。
4隔离变压器现有保护分析
目前，无论是日本TMEIC公司生产的20MVA大功率高转速电压源变频器还是国产的荣信电力电子股份有限公司生产的特大功率高压变频器配套的隔离变压器的保护只有速断、过流、过负荷保护。相对于隔离变压器内部保护来说，无论是匝间短路、绝缘油击穿、或者后端过负荷、短路均能起到很好的保护。但是由于变压器容量较大，TMEIC公司配套的隔离变压器容量为20100kVA，国产荣信变频器配套的隔离变压器为25000kVA，速断保护电流定值为4.5A，CT变比为2000/1，也就是10kV断路器后端电流达到9000A时，电流速断保护才能动作，过电流定值为0.8A，也就是10kV断路器后端电流达到1600A时，延时0.7秒后过流保护才能动作，过负荷保护定值为0.65，也就是10kV断路器后端电流达到1300A时，延时9秒后过负荷保护才能动作。
5典型故障分析
2021年上半年，分公司组织运维队伍对生产区电缆沟内电缆进行了梳理绑扎，电缆沟整理后，在月度盘车测试时，西二线2#压缩机启动后（空载），110kV变电所Ⅱ段母线B相电压由5.8kV下降至3.2kV，对站内其他设备造成严重的影响，经排查发现，2#压缩机10kV断路器至隔离变压器之间的电缆B相第2根电缆外护套损伤，造成10kV电缆对地进线放电，导致Ⅱ段母线B相电压降低，而2#压缩机10kV断路器保护均未动作，原因是压缩机轻载时通过电缆的电流相对叫较小，而电缆外护套损伤后接地电流较小，电缆中的故障电流未达到保护装置的动作电流，因此，10kV短路器未保护跳闸。
6优化建议
根据电力变压器保护配置原则，结合现场实际运行情况及典型故障分析，建议投用电驱压缩机10kV侧短路器的零序电流保护功能，零序电流互感器变比较小，保护相对灵敏，无论是压缩机空载、轻载时，还是压缩机在满负荷运行时由于各种原因造成的三相电流不平衡，均会通过零序电流反应出来，当零序电流达到保护定值时，保护装置动作，使10kV断路器跳闸。从而消除隔离变压器高压引线单相接地对电网造成的影响，增强电网保护的选择性，提高非故障机组的供电可靠性。
参考文献
[1]110kV中石油南郊压气变电站保护定值.
[2]TMEIC公司中压交流大功率大功率变频调速驱动系统技术规格书.
[3]荣信集团SuperHVC特大功率变频驱动系统技术规格书.
[4]GB/T50062-2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》.
[5]GB/T50063-2017《电力装置的电测量一表装置设计规范》.
[6]GB 14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》.
[7]隔离变压器执行标准：IEC60076.1～5，IEC61378.1.