姜欢笑

（中石化上海工程有限公司）

0 引言

如果将电驱压气站110kV电力系统结构进行调整，进行简化，可以节约占地面积，减少供配电环节，简化供配电流程，提高供电可靠性，减少运行费用，提高管理水平，促进国内设备国产化制造水平的提高具有重要意义。

1 传统大型压气站配电方案

1.1 传统大型压气站配电系统

以某大型天然气压气站为例，压气站设计有4套20MW大型压缩机组，采用三用一备的方式，国内外调速方式均采用变频调速，一般配置有双路110kV电源进线，分别进入两台110/10kV主变，为其配套的110kV变电所采用三个电压等级供电：国内110kV/10kV/0.38kV；国外132kV/11kV/0.45kV一次系统示意图如图1所示。

1.2 传统压气站配电系统结构组成

配电系统主要由2台110/10kV变压器，2台10/0.4kV变压器，110kV GIS 4个，10kV移相变压器、变频器4台组成。

新建110kV变电站主厂房一座，三层楼房结构，110kV主变户外布置，一层为电缆夹层；二层为10kV开关室、SVG室；三层为GIS室、保护室、控制室和电池间等。新建变频器及辅助用房主厂房一座，三层楼房结构，一层为变频器室、隔离变室；隔离变为油浸式变压器，半户内安装；二层为电缆夹层；三层为低压配电室、10kV开关室、UPS室、MCC室、EPS室等。

2 压气站两级电压供配电方案

2.1 新型压气站配电系统

随着科学技术的发展，很多大容量的整流变压器，不经中间变压，而直接接在了110kV电源上，这时整流变压器采用主（变）调（变）合一的结构，即所谓的直降式整流变压器，这种整流变压器在容量较大时具有投资省，效率高，节能效果显著等特点。

本文提出一种新型配电应用方案，由原来三个电压等级供电110kV/10kV/0.4kV模式变为两个电压等级110kV/0.4kV供电模式；两回110kV双电源进线，移相整流变压器直接接在110kV出线间隔，给压缩机变频器提供电源，站内400V低压电源由110kV/0.4kV油浸式变压器提供电源。

依然以上述大型天然气压气站的配置为例，新型两级配电系统方案示意图如图2所示。

2.2 系统组成

新型配电系统主要由2台110/0.4kV变压器，110kV GIS 8个，110kV移相变压器4台组成。与传统压气站配电系统相比，取消压气站10kV/0.4kV变压器及10kV开关柜，增加2台110/0.4kV变压器，110kV GIS 4个，110kV移项变压器4台，将110kV变电所和10kV及以下配电装置楼合一布置。系统方案的核心是110kV移相整流变压器的研发，下面分别从几方面进行阐述。

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2.3 110kV移相整流变压器

图1 110kV/10kV/0.38kV配电系统示意图

图2 110kV/0.4kV配电系统示意图

传统移相整流变压器一般为10kV、6kV居多，110kV电压等级较少，针对本类工程的应用， 通过配置输入110kV油浸式整流移相变压器，变频器可直接输出驱动6～10kV高压电机。新型变频系统方案示意图如图3所示。

图3 变频系统单线图

（1）110kV移相整流变压器输出脉波数

110kV移相整流变压器输出脉波数研究直接影响着用户和电网适应性。采用移相变压器使其输入多重化，系统的输入谐波大幅减少，且输入电流的基波因数增大，进而达到提高系统的输入功率因数的目的。提出了一种基于延边三角形36脉冲移相整流变压器，变压器由6组移相单元组成，单台移相整流变压器输出的脉波数为6×6=36脉波。则二次绕组的相位差为360／36=10°，那么移相角为：+25°、+15°、+5°、 -5°、-15°、-25°；移相整流变压器的二次绕组的相位差是由整流的脉波数决定的，也就是由高压变频器的功率单元的串联数量所决定。各移相单元一次侧采用三角形接法，二次测采用延边三角形的联结方式，输出6组相位相差10°，幅值相等的相电压，每组移相单元后变压器输出接6组晶、闸管整流桥，整流输出的6脉直流电压经平衡电抗器均流后36脉波波动的直流电压。

（2）110kV移相整流变压器调压方式

110kV及以上的整流系统中多采用中性点调压方式，此时变压器宜采用主变高压侧曲折形接线的移相方式。具体来讲，设计时若侧重解决整流机组间的均流问题时，则宜采用主变高压侧为两个同相位曲折形接线、低压侧为Y—D配合使用的移相接线方式；若侧重解决主变低压的大电流强漏磁问题时，则宜采用主变高压侧为左右曲折形接线、低压侧为D—D配合使用的移相接线方式。

在选择110kV直降式移相整流变压器时，在有载调压开关触头满足整流变压器容量需要时，应首选中性点调压方式，并选用结构较为简单、额定绝缘为110kV CV 型的有载调压开关，不仅经济实惠而且故障率低，运行稳定可靠。

（3）110kV移相整流变压器绝缘性能、制造工艺

由于变压器在同一个铁心柱上的二次绕组具有U、V、W三组（相）绕组，这三组绕组间工作电压为变频器的相间电压，而且它们绝缘属于爬电距离，因此，二次绕组对高压及地，以及U、V、W组间的绝缘水平应按6kV选择，工频耐压试验应一组通电耐压，其他两组接地。器身绝缘结构：主变绕组排列从里至外依次为调压、移相、高压和低压绕组；变压器器身的绕组压板由绝缘纸板热压而成，100mm厚，并开有出线槽和孔。纸压板的应用不仅强度达到要求，还能改变端部漏磁场，使结构损耗降低。

110kV移相整流变压器高压线圈采用纠结连续式结构，以改善冲击电压下的电压特性，使能得到较均匀的电压分布。变压器绕组内部有曲折油导向结构，能使绕组内部区域都能得到充分的冷却，降低了绕组的温升和绕组热点温升，延长了绝缘寿命。

（4）110kV移相整流变压器抗短路强度的主要设计

在设计上，按相应电网的短路容量，对变压器各绕组及线圈的各个部位在运行时产生的力和发生最严重突发短路时的各种轴向和辅助电磁力进行计算，确定合理结构。在工艺制造上，采用带压紧和紧靠装置的绕线设备，既能保证线圈径向绕紧实，又能避免轴向压缩而引起径向松动，实现不留装配裕度；采用换位导线，组合导线，高电压产品的线圈采用内屏蔽代替传统的纠接式，减少故障点，提高了工效。采取绝缘件预干燥；线圈，相装配和器身装配后分别进行施加带恒压的预压力，并进行干燥。保证线圈高度一致安匝平衡，保证线圈的抗拉，抗弯曲，抗剪切强度；同时线圈采用硬纸筒，撑条垫块加密处理，保证线圈支撑的稳定性。能保证变压器承受各种标准规定的短路冲击而不损伤。

（5）110kV移相整流变压器抗震、低局放设计

在设计上，按相应电网的短路容量，对变压器各绕组运用特殊设备，预先进行相装配，调整每项各个线圈的电抗高度完全符合设计要求，最大限度地减少端部漏磁，降低杂散损耗和机械力。变压器的抗震，运输受力均经过严密计算，并采取了相应可靠和细致的密封处理，保证变压器在现场可免吊芯，可免维护运行。

变压器绝缘件全部进行倒圆角去毛边处理，并采用优质绝缘材料，保证纸板及其制品无异物无缺陷。引线包扎采用加屏蔽办法，保证电极光滑。引线连接采用焊后去尖角毛刺，油箱接地电极均进行倒圆角钝化处理，到达降低局放的目的。

2.4 国产变频器拓扑结构和元器件升压后技术研究

国产变频器在升压之前的拓扑结构是通过110/10kV降压变压器，直接接在10kV母线上，通过10kV隔离变压器通过移项连接变频器功率单元实现给压缩机电机调速的目的。国产变频器升压之前拓扑结构图如图4所示。

2.5 VSDF系统基于升压后各项技术性能整体提升

以MV7000变频器为例，通过将10kV电压调整到110kV，可以将变频器通过110kV隔离变压器，直接接在110kV母线上，减少了10kV供电环节，110kV隔离变压器通过移项连接变频器功率单元实现给压缩机电机调速的目的，如图5所示。

2.6 经济性

压气站取消110kV变压器及10kV开关柜后，减少变电站设备一次性投资670万元；将110kV变电所和10kV及以下配电装置楼合一布置后，预期减少占地面积33%；取消2×63MVA变压器，增加80MVA移项变压器，增加2×3MVA主变，基本容量费按25元/kVA计算，每年节省变压器容量费960万元；由于省掉了2套10/0.4kV 2MVA大容量变压器，整体减少1%～2%损耗。按照系统整体减少1.5%损耗、同时运行负荷80%、0.65元/kWh电价计算，每年能够节能电费410万元。

3 结束语

随着新技术、新材料的不断涌现，变压器制作工艺和水平进一步提高，本文通过研究两级电压供配电技术，特别是对110kV移相整流变压器的研究，形成电驱压气站高可靠性安全供配电技术，是输气管道供配电技术的创新。此次创新不仅可以减少一次性投资、减少征地、降低运行费用和管理费用、减少由于110kV变压器运行维护，经济效益显著，提高压气站生产的可靠性、连续性。

图4 国产变频器升压之前拓扑结构图

图5 MV7000变频器拓扑结构图