西气东输管线变频电驱压缩机组变频调速控制系统设计与实现

摘要

西气东输项目为国家级别重大工程，除其在国家天然气能源战略上的巨大意义之外，另一个重大贡献就是实现了关键设备国产化。西二线应用的首批国产7台套20MW级电驱压缩机组，是国内首次开展国产化研制和应用。研制电驱机组核心包含有压缩机以及其变频调速驱动系统，尽管投入的各项研发成本较高，但采购价格较同期应用在西气东输二线的进口压缩机组低10％，比西气东输一线应用的进口电驱机组低30％，经济价值巨大。 压缩机组被称为天然气管道的“心脏”。以前，压缩机组及其变频驱动系统全部为国外进口，其难点在于所应用的电驱压缩机组单机功率大，运行环境恶劣、性能调节与自动化程度要求高，且国内之前无法研制出用于驱动管线压缩机的大功率高压变频调速系统及高速电动机。该技术要求变频驱动系统在系统匹配、调速系统的稳定性、安全保护等方面都提出了很高的要求。 本文以西气东输天然气管道输送二线工程项目为背景，设计并实现了电驱压缩机变频调速控制系统。论文在对国内外相关文献资料进行分析的基础上，分析了管线变频驱动压缩机组的工艺结构和工作原理，对变频驱动系统整体结构进行了设计，根据系统设计需求进行了控制功能设计，给出了变频器、电机的选型设计，完成了辅机功能系统设计，并对调速控制进行了深入的研究，设计并实现了变频控制系统报警、连锁保护控制、启动控制等功能，并针对变频驱动参与下的压缩机工艺流程控制、协同防喘振控制等技术进行了研究并进行功能设计。实际系统应用表明了设计的有效性。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1管线压缩机组项目背景

1．2国产化意义

1．2．1国内外天然气长距离输送压缩机组设备现状

1．2．2电驱压缩机组国产化设备研制的历程

1．3变频调速技术在压缩机驱动领域的应用

1．4本课题研究主要内容

第2章管线变频电驱压缩机组系统结构

2．1输气管线压缩机

2．1．1结构特征

2．1．2性能曲线

2．1．3性能调节分析

2．2变频驱动系统

2．2．1高压大功率高速电动机

2．2．2大功率高压变频调速装置

2．3机组控制系统

2．4本章小结

第3章变频调速系统设计

3．1调速原理

3．1．1变速调节系统原理

3．1．2管网并联运行变速调节

3．2变频调速系统选型

3．3．1容量的选择

3．3．2对电网的影响

3．3．3拓扑结构

3．3．4 HMI人机界面

3．3．5变频器参数

3．3．6 I／O接口设计

3．4电机的选择

3．4．1压缩机轴功率计算

3．4．2电动机功率的计算

3．4．3管线电动机特殊要求

3．5系统特性

3．5．1压缩机工况点

3．5．2转矩-转速曲线

3．5．3功率-转速曲线

3．6辅助系统配置

3．6．1高压供电供电柜的设计

3．6．2 UMD系统配置

3．6．3就地／远程／上位机控制位的选择及I／O信号

3．7本章小结

第4章变频调速系统控制功能设计

4．1保护控制

4．1．1系统报警、联锁保护控制

4．1．2超速保护控制

4．1．3机组临界转速振动保护

4．2转速控制

4．2．1调速系统原理

4．2．2调速控制系统硬件组成

4．2．3调速系统的控制策略

4．3启动控制

4．4停车控制

4．5紧急故障停车控制

4．6防喘振控制

4．7辅助设备控制

4．7．1低压配电系统

4．7．2场站负荷分配控制

4．8本章小结

第5章系统实现与运行效果分析

5．1功能实现

5．1．1 HMI功能实现

5．1．2飞车启动控制实现

5．1．3数据通讯功能的实现

5．1．4单元旁路功能的实现

5．2最终试车结果

5．3本章小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢