2.中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司 山东济南 250000
摘要：本文介绍了天然气长输管道离心压缩机不间断运行的实现方式和研究。在分析川气东送管道离心压缩机停机条件的基础之上，从机械、自控和电气方面，提出离心压缩机不间断运行的实现策略，重点在于离心压缩机工况研究、抗电压扰动研究，和GM150变频器失电跨越实现研究等。在川气东送管道的现场，这种不间断运行的实现策略做过测试，最终在实际运行中取得成功，并在川气东送管道现场实现全线推广。
关键词：长输管道；离心压缩机；不间断运行；实现策略
引言
近年来，离心式压缩机在天然气长输管道中得到了广泛应用，其中川气东送管道、榆济管道等大多采用电驱式离心压缩机。而电驱式压缩机的驱动系统多采用电压源型或电流源型的大功率变频器技术。为实现天然气长输管道离心压缩机的不间断运行，压缩机的运行工况及其变频调速系统的安全稳定运行就显得至关重要，这就要求对压缩机变频调速系统进行抗电压扰动研究。
1.离心压缩机驱动系统工作过程
压气站将通过上一段管道将输送至本站的天然气加压后输送至下一段管道。正常工作时，公用电源通过高压电缆进线，经过进线变压器后连接至高压变频器。10kV电源经过高压变频器的整流部分变换为直流电，经过电容滤波后形成直流母线上的直流电压源。在中央控制器的控制下，直流母线的直流电压源经过三电平IGBT逆变器逆变为频率可调的三相电压，经过动力电缆，驱动异步电动机旋转。异步电动机通过齿轮箱驱动离心压缩机运转，对来自进气管道的天然气加压，从出口管道排出。
离心压缩机驱动系统的中央控制系统以天然气管道出口压力P2为受控变量，构成管道出口压力自动调节系统。当管道出口压力P2小于给定压力时，压力调节器向变频器发出增加转速信号，通过变频器驱动电动机，进而提高离心压缩机转速，达到提高出口压力的目的；当管道出口压力P2大于给定压力时，压力调节器向高压变频器发出减小转速信号，降低离心压缩机转速，达到降低出口压力的目的。
2.压缩机的应用
中国石化榆林中国石化榆林—济南输气管道工程是国家“十一五”重点工程，设计全长约1045km，设计年输量30×108m3。管线东西横穿毛乌素沙漠边缘、黄土高原、吕梁山脉、太岳山脉、太行山脉等复杂地段，起于陕西榆林，止于山东济南。全线共设置12座站场，其中首站（压气站）1座、输气站11座；管道沿线设线路截断阀室共40座，其中RTU阀室8座。电驱离心式压缩机已经被广泛应用于天然气长输管道，榆济首站作为榆林—济南输气管道现有的唯一一座压气站，担负着接收上游来气并增压外输的任务，采用的即是该类压缩机。随着陕、晋、豫、鲁四省经济快速发展，对一次能源的需求量呈跨越式增长，以及“十二五”期间，鄂尔多斯天然气、大牛地气田持续增储上产，“十二五”末气田产量将大幅增加，目前榆济管道正在进行增压扩能建设，设计输量将达到50×108m3。榆林首站已配备了3台由GE新比隆公司制造的BCL355型离心式压缩机，以及ABB公司生产的AMI710L4LBSPFM型变频驱动电机。
3.离心压缩机抗电压扰动能力的升级改造
3.1压缩机变频调速系统抗电压扰动技术
GM150变频器的控制电源是接到UPS电源上，当电源电压出现短时扰动时，变频器可进行失电跨越来短时中断输出保护自身设备，当电源电压恢复后，变频器立即重新启动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由上文可知，触发变频器停机的故障代码有“F06100Inf：Linesuppundervolt”和“F30003PU：Vdcundervoltage”，根据变频器欠压的跳车停机逻辑，合理调试GM150变频器的失电跨越参数，通过实时控制变频器的功率单元，在电网断电后，在动能缓冲阶段维持电机激磁电流，在自动再启动阶段设置预充压电路投入运行，保证直流母线电压维持到一定水平，从而实现失电跨越，保证压缩机的不间断运行。
现场试验中，6.6s主电网断电时间的试验，电机转速975rpm，变频器直流母线电压从额定6121V跌落至5283V，残压为86.31%；电机转速在6.6s内从975rpm跌落至371rpm，网电恢复，电机转速开始提升，直至到设定转速，满足失电跨越的要求。
同理，6.16s主电网断电时间的试验，电机转速975rpm，电机转速在6.16s内从975rpm跌落至391rpm，网电恢复，电机转速开始提升，直至到设定转速，满足失电跨越的要求。
3.2压缩机辅助系统等低压负荷的抗电压扰动方案
川气东送管道利川压气站，仅在2016年上半年的19次失电跨越记录中，2016年3月19日，A、C两机组同时失电跨越2次，变频器失电跨越都成功，但最终因MCC柜的润滑油泵电机失电停止运行，润滑油汇管压力低低报，导致压缩机跳车，故有必要实施压缩机辅助系统抗电压扰动改造方案。
3.2.1加装防晃电接触器方案
加装防晃电接触器方案，是目前川气东送管道主流的技术改造方案，现场试验中，通过电气层面的技改，来实现MCC柜润滑油泵电机的启停机自控程序、失压切泵程序，润滑油泵电机在自控模式、手动模式下的不间断运行，完成抗电压扰动的技术验证。
压缩机辅助系统等低压负荷电机在“就地”模式下因加装防晃电接触器能够自保持，但在远控“自动”模式下会发生跳闸现象。这是因为控制回路中，类似于1KA1继电器在断电后不能保持吸合，导致控制回路不能形成自持回路。所以在实施加装防晃电接触器的方案时，需要提前了解自控程序，找出“自动”模式下类似于1KA1继电器功能的电力电子器件，对应的整改措施就是用无源常开常闭等开关量信号替代，或者也加装防晃电模块。
3.2.2 SIMOCODE微控制监控方案
SIMOCODE是一个可编程电机管理系统，可以对MCC的电机组进行简单的控制编程，能起到良好的保护和监控作用。在这个方案中，SIMOCODEPro电机管理系统由UPS供电，MCC柜内的电机接触器二次线圈也由UPS供电，通过简单编程，实现SIMOCODEPro管理系统对电机接触器线圈UPS供电时长的控制。SIMOCODEPro管理系统对电压、电流进行采样，如遇到电压暂降或断电，即激活无压无流判据，SIMOCODEPro会对MCC电机接触器线圈维持供电5s，若网电未恢复或电机故障，则断开电机接触器，实现润滑油泵电机的抗电压扰动。
4.结束语
在川气东送管道原设计中，由于压缩机辅助系统和变频器不具备抗电压扰动能力，在分析离心压缩机停机条件的基础之上，对压缩机辅助系统和变频调速系统的特性进行了研究分析，针对引起辅助系统和变频器跳车的原因，提出变频器失电跨越改造方案和三种辅助系统的抗电压扰动解决方案，并针对方案原理逐一解析，确定了方案的应用条件和优缺点，给离心压缩机的抗电压扰动改造工作提供了理论支撑和试验支持。该系统方案在实际运行中取得成功，并在川气东送管道现场实现全线推广，提高了离心压缩机系统运行的稳定性，保障了川气东送管道的安全生产。
参考文献
[1]李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社,1994.
[2]褚菲,王福利,王小刚.大型离心压缩机性能预测的混合建模方法研究[J].仪器仪表学报,2011(12).
论文作者:黄国强1,迟百川2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2019/11/26
标签：压缩机论文; 管道论文; 变频器论文; 电压论文; 电机论文; 接触器论文; 转速论文; 《基层建设》2019年第30期论文;