浅析西门子变频器在国内天然气压气站的应用

李长炜 中石化川气东送天然气管道有限公司

舒 晨 重庆万州外国语学校

浅析西门子变频器在国内天然气压气站的应用

李长炜 中石化川气东送天然气管道有限公司

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西门子公司是世界上最大的电气产品生产商之一，其生产的电气产品、机械元件等被输送到了各个国家中，并得到广泛应用。西门子电气公司的业务范围非常广，当前由西门子公司生产的变频器产品成为了世界上最先进的变频器产品之一，我国国内天然气压气站中已经开始引进西门子变频器，本文主要阐述了西门子变频器在天然气压气站中的应用问题。

西门子变频器；国内；天然气压站

引言

当今社会，各个行业为了提升能源的利用效率，调整企业的运作模式，都广泛的引入了变频器并将其投入到工业生产活动之中。利用变频器实现设备的节能和高效率工作，可以最大程度的提高企业的生产效率，降低生产成本，采用这种高科技产品大大增强了企业的竞争力，为企业的发展和工业化进程提供了动力和条件。

1.西门子变频器

西门子公司作为世界上最大的电气企业之一，其生产的变频器产品占据了非常大的市场份额，由西门子公司研发研制的变频器覆盖了不同电压等级和功率范围，这些变频器的应用范围十分广泛，众多的行业之中都会引入西门子公司研制的变频器。西门子变频器的生产始终是位于领先水平，其在我国的应用率也保持在了很高数值范围，并且促进了我国各个领域的生产和发展[1]。

2.国内天然气压气站工艺

当前国内天然气压站中也应用了西门子变频器，并发挥了作用。我国在进行“西气东输”、“川气东送”等工程中，都应用到了西门子变频器，最重要的作用是使用变频电机驱动压缩机在天然气管线上增压，使得“西气东输”、“川气东送”等工程能够更加顺利的实施。

2.1 电驱机组的构成

以“西气东输”工程为例，我国西气东输工程主干线西至新疆南轮，东达上海，在这趟沿线上一共有22座气压站，西气东输工程中的气压站采用德国SIEMENS系统作为工程主要应用的电驱机组，采用的中压变频器LCL以及2极防爆型中压无刷励磁高速同步电机。使用电机的功率是22MW,额定电压4.8KV,电机的转速可以达到非常快的水平，正常的转速是在3120～4800r/min，当有需要时转速最快可以到达5040r/min，能够直接的联系压缩机驱动，完成目标。

2.2 变频器的构成

当前，电力电子技术的发展速度已经有了巨大的提高，变频器的研发和制造工艺都日渐成熟，西门子公司研制的最大功率中压变频器有两种，一种是电流源型CSI，一种是电压源型VSI，这两种中压变频器都可以在电力工程中发挥作用，促进工程的顺利展开。电压源型VSI具有的有点是在应用中不会产生谐波，但是这种电压源型中压变频器出现的时间比较晚，目前也没有22MW及以上的工程使用其获得的成就。所以在具体的选用过程中，人们通过比对相似的工程项目，借鉴了泛-加拿大管线的电驱压缩机经验，最终决定可以利用电流源型负载换相变频器LCL[2]。

3.在压气站中应用时的设计要点

3.1 LCL功率系统及特点

LCL变频器的变频方式是交-直-交，变频器受两路6脉冲的晶闸管并联构成主要的结构。LCL变频器的原理是能够充分的采用同步电动机中定子交流反电势，来达成变频器晶闸管换相的目的，最后使得输出频率和使用的电动机的转速一致。LCL变频器采用矢量控制方式，其具备多个技术性的特点，能够对西气东输工程中的压气站工作起到作用。首先，LCL变频器是通过网侧变流器来达到管控电流的效果，令负载侧变流器改变频率。其次，LCL变频器是通过输出功率与电动机转速基本同步的操控发挥功能作用，在工作过程中几乎不会出现振荡现象，也不会造成失步。再次，当起始时电动机的转速较低时，LCL变频器会转变方法，采用电流断续换相法。最后，能够发现，LCL变频器的整体结构还是相对简单的，其构成之中采用的无强迫换相电路，可以极大的促进工作效率[3]。当然与这项技术优点相对的是，LCL变频器也存在着问题，在天然气压气站工作中应用了LCL变频器，会使得管道输入和输出时伴随较大的谐波电流，影响了工作质量；而且LCL变频器的转矩过载能力并不是很强大，会受到限制。

3.2 谐波滤波装置

为了应对LCL变频器存在的缺陷问题，国内的研究团队采取了一定的措施，对压气站中的变频器谐波产生做出改变，减少谐波电流的产生。针对此主要采取的是安装谐波滤波装置，由于压气站运行过程中受到LCL变频器谐波大量产生和功率因数较低的影响，使得压气站的工作效率大大降低，所以要根据气压站电网和谐波的具体情况来进行调整和整治。国内的压气站研究团队主要是根据压气站运行过程中出现的具体数据来安装能够解决问题的谐波滤波装置，重点在于治理谐波和对较低的功率因数进行补偿。

具体的测试过程中，研究团队主要对5次、7次、11次谐波进行了预处理，在测试过程中获得的数据一次是补偿1.023Mvar,1.023Mvar,3×2.4Mvar，这次测试之中为了避免谐振出现，使用的频率分别为245HZ,345HZ,575HZ,数据完整记录。数据与国际标准要求相符，并且在反复的实验过之后，使得系统功率因数能够达到0.95以上，促进了天然气压气站的正常运行。我国西气东输工程沿线上的压气站设计特点要求在安装谐波滤波装置时要将其安装在封闭式开关柜内，并且还需要利用强排通风进行空气冷却。

3.3 采暖、通风系统

变频器使用过程中应该伴随着采暖系统，因为在变频器中采用了去离子冷却技术，如果温度过低，会令变频器周围水珠结成冰，损坏变频器。所以在天然气压气站中要想发挥变频器的功能和作用，需要设计安装供暖措施，保证变频器所处温度保持在5℃及以上。此外，为了保证变频器能够稳定运行，还应该设置额外电源，防止突然停电造成设备损坏。

结束语：变频器是控制电机运行，实现精确控制电机运动的有效产品。目前我国在“西气东输”、“川气东送”等工程中运用的变频调速电驱机组是国内常输管线中使用的数据值最高的电驱机组，并且能够促进天然气压气站正常平稳的工作，而且管道运输效果良好。由此可见，LCL变频器在我国天然气压气站的应用十分成功，未来拥有广阔的发展前景。

[1]竺伟,王永红,陈应敏. 国产化高压变频器在天然气长输管线高陵压气站的应用[J]. 电气传动,2014,08:3-6.

[2]王云鹏. 西门子变频器在华营销策略研究[D].中国地质大学（北京）,2014.

[3]吕开钧. 变频高速电机驱动压缩机在西气东输的运用[J]. 电气传动,2010,05:67-71.