浅析西气东输一线电驱压缩机的应用

孟金涛陈鹏

中国石油西气东输管道公司河南郑州450008

摘要：天然气在长输管道的运输过程中由于各种原因势必会造成压力的损失，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。压缩机又分为由燃气轮机驱动的压缩机和电驱压缩机，本文重点就变频电机驱动压缩机的结构组成、启动停机、维护保养等方面进行了分析。

关键词：西气东输一线；电驱压缩机；组成；功能；作用

一、西一线电驱压缩机系统特点及组成

1.西一线电驱压缩机特点

西气东输一线电驱机组的变频驱动系统（简称PDS）主要由德国SIEMENS系统集成，采用的电流源型负载换相式（LCI）中压变频器和2极防爆型中压无刷励磁高速同步电机，电机功率22MW，额定电压4800V，电机本体正压通风防爆，转速范围3120～4800r/min，最高转速5040r/min，与压缩机使用联轴器直联驱动。西一线电驱压缩机主要特点是功率大，转速高，调速范围宽，适宜连续运行。

2.西一线电驱压缩机系统构成

西一线电驱压缩机系统主要由110KV变电所、西门子变频调速电机系统、压缩机、机组控制系统及机组配套辅助系统构成。

110KV变电所主要包括：两条外线架空线路、GIS（GasInsulatedSwitchgear）气体绝缘金属封闭开关、主变压器、10KV中压配电柜。

西门子变频调速电机系统（PDS系统）主要包括：阻尼柜、隔离变压器、LCI电流源型中压变频器、谐波滤波装置、SIEMENS22MV电机。PDS系统系统图：

高压配电图：

机组控制系统主要包括：MCC（MotorControlCenter）压缩机电机控制中心、UCP（UnitControlPanel）机组监控控制系统。其通讯图如下所示：

机组配套辅助系统主要包括：空压机系统（两台机组，一用一备）、循环水冷却系统、屋顶风机及厂房进风机系统、火灾及天然气预警系统、消防水系统等。

二、西一线电驱压缩机系统各部分作用

1.110KV变电所

西气东输电驱站变电所一般由两条110KV外电供电线路，一用一备，保证电驱压缩机在任何时候都能供电正常，保障压缩机可以正常运行。

GIS（GasInsulatedSwitchgear）气体绝缘金属封闭开关一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。高压开关（GIS）的作用是全站电路的总开关，停电或送电，通过改变GIS室高压开关的工艺状态来进行外线倒闸作业。

2.西门子变频调速电机系统

2.1阻尼柜

阻尼柜由阻尼电阻和真空断路器及控制系统构成。其作用是：在压缩机启机时接通变频变压器的初始瞬间，由于变压器的冲磁，会产生短时的浪涌尖峰电流，导致10kV母线电压降低，可能会导致欠压报警以及对母线上其他用户产生影响，在任何运行情况下，都可能产生故障。为了避免这种巨大的浪涌效应，在接通变频调速变压器时，需要一个起阻尼作用的浪涌电阻柜。在接通1-3S后冲磁效应会消除，这时会接通真空断路器，将起阻尼作用的大电阻旁路掉。

2.2隔离变压器

隔离变压器主要实现一次侧、二次侧线电压的相位偏移以消除谐波；变换得到需要的二次侧电压值（将中压配电室过来的10KV降压为5.57KV）；实现整流器与电网间的电气隔离；当发生故障时，由于它的阻抗作用，输给变频器的电流受到限制。

2.3LCI电流源型中压变频器

LCI电流源型中压变频器主要通过调节整流侧晶闸管的触发角来调节输入电流，从而间接调节直流电压。通过调节输出晶闸管的触发脉冲频率来实现电机电压变频来调节电机转速的。实现V-F协调控制需要协调触发输入侧和输出侧的晶闸管触发角和频率。

交-直-交变频方式，由两路6脉冲的全控晶闸管桥并联组成12脉冲整流器、逆变器，中间直流储能元件为电感，其额定电压是：整流进线侧为5.57kV，逆变出线侧为4.8kV。

2.4SIEMENS22MV电机

SIEMENS22MV电机是高压无刷同步电机，隐极式转子，正压防爆，密闭空水冷却。励磁电流由SYMADYND系统控制，在电机转速小于额定转速4800rm时不管主机的定子电流与转速如何，主机中的磁通保持恒定，因此电压与频率（转速）成正比，为恒磁通控制；在电机转速高于额定转速4800rm时，是恒功率控制，电机的电压和功率基本保持不变。

3.控制系统

3.1机组控制系统

西一线机组监控控制系统主要有GEPLC和ABPLC两种系统，主要功能：按预定程序自动完成压缩机组启动、加载、卸载和停车等操作；在所有工况下完成对压缩机组的保护；在系统故障或误操作的情况下避免不安全的因素产生；显示各种参数，如SIEMENS22MV电机及压缩机轴承震动情况、润滑油流量及温度、配套天然气管线压力及温度、各种配套设备的运行情况等运行参数，检测其运行状态是否达到报警值或停机值并发出报警；与SCADA系统交换信息。

3.2压缩机电机控制中心

压缩机电机控制中心MCC主要由SIEMENS的全数字化SIMADYND微机控制系统的控制柜、S7-300PLC系统组成的接口盘柜和配电柜组成，主要控制SIEMENS22MV电机及其配套高低压设备的运行。

SIMADYND微机控制系统具有速度设定输入、斜坡功能发生器、自动再启动控制、断路器控制、滤波装置控制、频率开窗、电机极限转矩设定、内部保护和监视、过流检测、绝缘监视和超速、停机、晶闸管保护等完善功能，与压缩机网络接口采用SIMATICS7-300系统，可实现以太网通信和远程系统维护，采用矢量控制方式，能完全满足系统控制的需要。SIMADYND微机控制系统控制原理图如下：

4.机组配套辅助系统

机组配套辅助系统主要站控SCADA系统控制，主要是为压缩机设备提供动力、冷却及监控保护作用。空压机系统主要是为压缩机设备提供动力的仪表风系统和为22MV电机线圈降温的正压通气系统以及干气密封系统提供水露点合格的洁净空气。循环水冷却系统为22MV电机本体和LCI电流源型变频器提供热交换的外部冷却水。由于电驱压缩机组本体不自带天然气检测装置，需要外置火灾及天然气预警系统，一旦发现危险紧急停车，防止险情扩大。屋顶风机及厂房进风机系统对压缩机厂房进行通风，防止天然气泄漏堆积在室内引发危险。消防水系统为突发火灾灭火提供有足够压力和储量的水源。

三、总结：

根据公司压缩机处数据统计，致使压缩机故障停机原因辅助系统故障占了很重的比例。在压缩机运行期间，我们除了要关注压缩机的转速、压力、温度等重要参数，要经常关注外部循环水系统的运行状态、压缩空气系统水露点、滤波装置运行温度等辅助系统的运行状态。发现问题及时切换到备用运行，及时处理故障，减少机组故障停机。在冬季气温低、水易结冻情况下，对停运机组应有防寒保温措施，保障机组可以随时启机。

参考文献：

[1]张亮.德国西门子公司.西门子公司提交的西气东输LCI变频驱动系统设备技术资料[Z].2006，06：21-23.