淺析西門子變頻器在國內天然氣壓氣站的應用

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天然氣壓氣站的應用

李長煒 中石化川氣東送天然氣管道有限公司

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西門子公司是世界上最大的電氣產品生產商之一，其生產的電氣產品、機械元件等被輸送到了各個國家中，并得到廣泛應用。西門子電氣公司的業務范圍非常廣，當前由西門子公司生產的變頻器產品成為了世界上最先進的變頻器產品之一，我國國內天然氣壓氣站中已經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用問題。

西門子變頻器；國內；天然氣壓站

引言

當今社會，各個行業為了提升能源的利用效率，調整企業的運作模式，都廣泛的引入了變頻器并將其投入到工業生產活動之中。利用變頻器實現設備的節能和高效率工作，可以最大程度的提高企業的生產效率，降低生產成本，采用這種高科技產品大大增強了企業的競爭力，為企業的發展和工業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之一，其生產的變頻器產品占據了非常大的市場份額，由西門子公司研發研制的變頻器覆蓋了不同電壓等級和功率范圍，這些變頻器的應用范圍十分廣泛，眾多的行業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始終是位于領先水平，其在我國的應用率也保持在了很高數值范圍，并且促進了我國各個領域的生產和發展[1]。

2.國內天然氣壓氣站工藝

當前國內天然氣壓站中也應用了西門子變頻器，并發揮了作用。我國在進行“西氣東輸”、“川氣東送”等工程中，都應用到了西門子變頻器，最重要的作用是使用變頻電機驅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 電驅機組的構成

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系統作為工程主要應用的電驅機組，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,電機的轉速可以達到非常快的水平，正常的轉速是在3120～4800r/min，當有需要時轉速最快可以到達5040r/min，能夠直接的聯系壓縮機驅動，完成目標。

2.2 變頻器的構成

當前，電力電子技術的發展速度已經有了巨大的提高，變頻器的研發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具有的有點是在應用中不會產生諧波，但是這種電壓源型中壓變頻器出現的時間比較晚，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-加拿大管線的電驅壓縮機經驗，最終決定可以利用電流源型負載換相變頻器LCL[2]。

3.在壓氣站中應用時的設計要點

3.1 LCL功率系統及特點

LCL變頻器的變頻方式是交-直-交，變頻器受兩路6脈沖的晶閘管并聯構成主要的結構。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速一致。LCL變頻器采用矢量控制方式，其具備多個技術性的特點，能夠對西氣東輸工程中的壓氣站工作起到作用。首先，LCL變頻器是通過網側變流器來達到管控電流的效果，令負載側變流器改變頻率。其次，LCL變頻器是通過輸出功率與電動機轉速基本同步的操控發揮功能作用，在工作過程中幾乎不會出現振蕩現象，也不會造成失步。再次，當起始時電動機的轉速較低時，LCL變頻器會轉變方法，采用電流斷續換相法。最后，能夠發現，LCL變頻器的整體結構還是相對簡單的，其構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]。當然與這項技術優點相對的是，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，影響了工作質量；而且LCL變頻器的轉矩過載能力并不是很強大，會受到限制。

3.2 諧波濾波裝置

為了應對LCL變頻器存在的缺陷問題，國內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生做出改變，減少諧波電流的產生。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變頻器諧波大量產生和功率因數較低的影響，使得壓氣站的工作效率大大降低，所以要根據氣壓站電網和諧波的具體情況來進行調整和整治。國內的壓氣站研究團隊主要是根據壓氣站運行過程中出現的具體數據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次諧波進行了預處理，在測試過程中獲得的數據一次是補償1.023Mvar,1.023Mvar,3×2.4Mvar，這次測試之中為了避免諧振出現，使用的頻率分別為245HZ,345HZ,575HZ,數據完整記錄。數據與國際標準要求相符，并且在反復的實驗過之后，使得系統功率因數能夠達到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柜內，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

變頻器使用過程中應該伴隨著采暖系統，因為在變頻器中采用了去離子冷卻技術，如果溫度過低，會令變頻器周圍水珠結成冰，損壞變頻器。所以在天然氣壓氣站中要想發揮變頻器的功能和作用，需要設計安裝供暖措施，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定運行，還應該設置額外電源，防止突然停電造成設備損壞。

結束語：變頻器是控制電機運行，實現精確控制電機運動的有效產品。目前我國在“西氣東輸”、“川氣東送”等工程中運用的變頻調速電驅機組是國內常輸管線中使用的數據值最高的電驅機組，并且能夠促進天然氣壓氣站正常平穩的工作，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用十分成功，未來擁有廣闊的發展前景。

[1]竺偉,王永紅,陳應敏. 國產化高壓變頻器在天然氣長輸管線高陵壓氣站的應用[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].中國地質大學（北京）,2014.

[3]呂開鈞. 變頻高速電機驅動壓縮機在西氣東輸的運用[J]. 電氣傳動,2010,05:67-71.