李長煒 中石化川氣東送天然氣管道有限公司

舒 晨 重慶萬州外國語學校

淺析西門子變頻器在國內(nèi)天然氣壓氣站的應(yīng)用

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西門子公司是世界上最大的電氣產(chǎn)品生產(chǎn)商之一，其生產(chǎn)的電氣產(chǎn)品、機械元件等被輸送到了各個國家中，并得到廣泛應(yīng)用。西門子電氣公司的業(yè)務(wù)范圍非常廣，當前由西門子公司生產(chǎn)的變頻器產(chǎn)品成為了世界上最先進的變頻器產(chǎn)品之一，我國國內(nèi)天然氣壓氣站中已經(jīng)開始引進西門子變頻器，本文主要闡述了西門子變頻器在天然氣壓氣站中的應(yīng)用問題。

西門子變頻器；國內(nèi)；天然氣壓站

引言

當今社會，各個行業(yè)為了提升能源的利用效率，調(diào)整企業(yè)的運作模式，都廣泛的引入了變頻器并將其投入到工業(yè)生產(chǎn)活動之中。利用變頻器實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能和高效率工作，可以最大程度的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，采用這種高科技產(chǎn)品大大增強了企業(yè)的競爭力，為企業(yè)的發(fā)展和工業(yè)化進程提供了動力和條件。

1.西門子變頻器

西門子公司作為世界上最大的電氣企業(yè)之一，其生產(chǎn)的變頻器產(chǎn)品占據(jù)了非常大的市場份額，由西門子公司研發(fā)研制的變頻器覆蓋了不同電壓等級和功率范圍，這些變頻器的應(yīng)用范圍十分廣泛，眾多的行業(yè)之中都會引入西門子公司研制的變頻器。西門子變頻器的生產(chǎn)始終是位于領(lǐng)先水平，其在我國的應(yīng)用率也保持在了很高數(shù)值范圍，并且促進了我國各個領(lǐng)域的生產(chǎn)和發(fā)展[1]。

2.國內(nèi)天然氣壓氣站工藝

當前國內(nèi)天然氣壓站中也應(yīng)用了西門子變頻器，并發(fā)揮了作用。我國在進行“西氣東輸”、“川氣東送”等工程中，都應(yīng)用到了西門子變頻器，最重要的作用是使用變頻電機驅(qū)動壓縮機在天然氣管線上增壓，使得“西氣東輸”、“川氣東送”等工程能夠更加順利的實施。

2.1 電驅(qū)機組的構(gòu)成

以“西氣東輸”工程為例，我國西氣東輸工程主干線西至新疆南輪，東達上海，在這趟沿線上一共有22座氣壓站，西氣東輸工程中的氣壓站采用德國SIEMENS系統(tǒng)作為工程主要應(yīng)用的電驅(qū)機組，采用的中壓變頻器LCL以及2極防爆型中壓無刷勵磁高速同步電機。使用電機的功率是22MW,額定電壓4.8KV,電機的轉(zhuǎn)速可以達到非?？斓乃?，正常的轉(zhuǎn)速是在3120～4800r/min，當有需要時轉(zhuǎn)速最快可以到達5040r/min，能夠直接的聯(lián)系壓縮機驅(qū)動，完成目標。

2.2 變頻器的構(gòu)成

當前，電力電子技術(shù)的發(fā)展速度已經(jīng)有了巨大的提高，變頻器的研發(fā)和制造工藝都日漸成熟，西門子公司研制的最大功率中壓變頻器有兩種，一種是電流源型CSI，一種是電壓源型VSI，這兩種中壓變頻器都可以在電力工程中發(fā)揮作用，促進工程的順利展開。電壓源型VSI具有的有點是在應(yīng)用中不會產(chǎn)生諧波，但是這種電壓源型中壓變頻器出現(xiàn)的時間比較晚，目前也沒有22MW及以上的工程使用其獲得的成就。所以在具體的選用過程中，人們通過比對相似的工程項目，借鑒了泛-加拿大管線的電驅(qū)壓縮機經(jīng)驗，最終決定可以利用電流源型負載換相變頻器LCL[2]。

3.在壓氣站中應(yīng)用時的設(shè)計要點

3.1 LCL功率系統(tǒng)及特點

LCL變頻器的變頻方式是交-直-交，變頻器受兩路6脈沖的晶閘管并聯(lián)構(gòu)成主要的結(jié)構(gòu)。LCL變頻器的原理是能夠充分的采用同步電動機中定子交流反電勢，來達成變頻器晶閘管換相的目的，最后使得輸出頻率和使用的電動機的轉(zhuǎn)速一致。LCL變頻器采用矢量控制方式，其具備多個技術(shù)性的特點，能夠?qū)ξ鳉鈻|輸工程中的壓氣站工作起到作用。首先，LCL變頻器是通過網(wǎng)側(cè)變流器來達到管控電流的效果，令負載側(cè)變流器改變頻率。其次，LCL變頻器是通過輸出功率與電動機轉(zhuǎn)速基本同步的操控發(fā)揮功能作用，在工作過程中幾乎不會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，也不會造成失步。再次，當起始時電動機的轉(zhuǎn)速較低時，LCL變頻器會轉(zhuǎn)變方法，采用電流斷續(xù)換相法。最后，能夠發(fā)現(xiàn)，LCL變頻器的整體結(jié)構(gòu)還是相對簡單的，其構(gòu)成之中采用的無強迫換相電路，可以極大的促進工作效率[3]。當然與這項技術(shù)優(yōu)點相對的是，LCL變頻器也存在著問題，在天然氣壓氣站工作中應(yīng)用了LCL變頻器，會使得管道輸入和輸出時伴隨較大的諧波電流，影響了工作質(zhì)量；而且LCL變頻器的轉(zhuǎn)矩過載能力并不是很強大，會受到限制。

3.2 諧波濾波裝置

為了應(yīng)對LCL變頻器存在的缺陷問題，國內(nèi)的研究團隊采取了一定的措施，對壓氣站中的變頻器諧波產(chǎn)生做出改變，減少諧波電流的產(chǎn)生。針對此主要采取的是安裝諧波濾波裝置，由于壓氣站運行過程中受到LCL變頻器諧波大量產(chǎn)生和功率因數(shù)較低的影響，使得壓氣站的工作效率大大降低，所以要根據(jù)氣壓站電網(wǎng)和諧波的具體情況來進行調(diào)整和整治。國內(nèi)的壓氣站研究團隊主要是根據(jù)壓氣站運行過程中出現(xiàn)的具體數(shù)據(jù)來安裝能夠解決問題的諧波濾波裝置，重點在于治理諧波和對較低的功率因數(shù)進行補償。

具體的測試過程中，研究團隊主要對5次、7次、11次諧波進行了預(yù)處理，在測試過程中獲得的數(shù)據(jù)一次是補償1.023Mvar,1.023Mvar,3×2.4Mvar，這次測試之中為了避免諧振出現(xiàn)，使用的頻率分別為245HZ,345HZ,575HZ,數(shù)據(jù)完整記錄。數(shù)據(jù)與國際標準要求相符，并且在反復的實驗過之后，使得系統(tǒng)功率因數(shù)能夠達到0.95以上，促進了天然氣壓氣站的正常運行。我國西氣東輸工程沿線上的壓氣站設(shè)計特點要求在安裝諧波濾波裝置時要將其安裝在封閉式開關(guān)柜內(nèi)，并且還需要利用強排通風進行空氣冷卻。

3.3 采暖、通風系統(tǒng)

變頻器使用過程中應(yīng)該伴隨著采暖系統(tǒng)，因為在變頻器中采用了去離子冷卻技術(shù)，如果溫度過低，會令變頻器周圍水珠結(jié)成冰，損壞變頻器。所以在天然氣壓氣站中要想發(fā)揮變頻器的功能和作用，需要設(shè)計安裝供暖措施，保證變頻器所處溫度保持在5℃及以上。此外，為了保證變頻器能夠穩(wěn)定運行，還應(yīng)該設(shè)置額外電源，防止突然停電造成設(shè)備損壞。

結(jié)束語：變頻器是控制電機運行，實現(xiàn)精確控制電機運動的有效產(chǎn)品。目前我國在“西氣東輸”、“川氣東送”等工程中運用的變頻調(diào)速電驅(qū)機組是國內(nèi)常輸管線中使用的數(shù)據(jù)值最高的電驅(qū)機組，并且能夠促進天然氣壓氣站正常平穩(wěn)的工作，而且管道運輸效果良好。由此可見，LCL變頻器在我國天然氣壓氣站的應(yīng)用十分成功，未來擁有廣闊的發(fā)展前景。

[1]竺偉,王永紅,陳應(yīng)敏. 國產(chǎn)化高壓變頻器在天然氣長輸管線高陵壓氣站的應(yīng)用[J]. 電氣傳動,2014,08:3-6.

[2]王云鵬. 西門子變頻器在華營銷策略研究[D].中國地質(zhì)大學（北京）,2014.

[3]呂開鈞. 變頻高速電機驅(qū)動壓縮機在西氣東輸?shù)倪\用[J]. 電氣傳動,2010,05:67-71.