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森兰高压变频软起及无功补偿一体化装置森兰高压变频软起及无功补偿一体化装置在液化天然气（LNG）项目上的应用。

案例背景介绍

1　背景

1.1　项目概况

宁夏新珂源能源利用有限公司成立于2013年4 月，厂址位于盐池县高沙窝工业集中区，总占地面积163,420平方米，建筑面积20,856平方米，主要经营天然气净化、液化加工。

公司一期建设年产22.8万吨液化天然气（LNG）项目，具有得天独厚的优势：一是原材料充裕。长庆油田苏里格气田勘探储量1.6万亿立方米，开采面积4万平方公里。长庆油田苏里格气田天然气产量达20亿立方米。二是政府扶持力度较大。2013年1月19日， 盐池县人民政府与长庆油田苏里格气田签订了《天然气就地转化框架协议》，长庆油田苏里格气田天然气勘探开发实行就地转化利用，保证当地企业生产用气，对所用气量给予足额保障供应。

项目生产的最终产品为液化天然气（LNG），是经过物理加工等处理的液态产品，该产品具有清洁环保、高效节能、使用安全、便于储存及运输等特点。该项目产品可广泛应用于城市燃气调峰、工业加工原料、造船业、车船燃料等多个领域，对盐池天然气资源的利用和发展是必要和积极的，对地方经济发展有着十分重要的意义。

1.2　现场生产工艺流程简介

天然气液化是一个低温过程，原料气经预处理后，进入换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162℃左右就会液化。目前世界上已成熟的天然气液化工艺有：节流制冷循环、膨胀机制冷循环、阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环、带预冷的混合制冷循环等工艺。宁夏新珂源能源利用有限公司使用的工艺为混合冷剂制冷液化工艺。

此装置采用两级分离三级节流的单—混合冷剂制冷流程。混合冷剂液化流程（MRC）是以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，组分为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷，利用混合物各组分不同沸点，部分冷凝的特点，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。其中甲烷采用经净化后的原料天然气补充，氮气通过液氮汽化或变压吸附制取，仅乙烯、丙烷和异戊烷需要外购，采用MDEA脱除二氧化碳等酸性气体，脱除彻底，且无再生气消耗。

案例实施与应用情况

2　冷剂压缩机设备简介

压缩机是混合制冷循环液化流程中必不可少的设备，它在流程中最重要的作用是压缩制冷剂，产生制冷量，为后续流程中各节流阀降压降温做准备。本文中所述的为冷剂压缩机，压缩机和电机的参数表1所示。

在混合冷剂制冷工艺中，冷剂压缩机是核心设备之一，用于加工大循环量冷剂，设备密封性要求高，通常采用离心式电机驱动压缩机，与往复式压缩机比较，离心式压缩机在密封性方面的优势明显，且同等条件下离心式压缩机体积小、运行稳定、易损件少，因此一般可以不用备机。

3　变频软起+无功补偿装置

该现场采用森兰一台VFPS-100-7000装置，兼具高压变频软起和静止无功发生器的功能（Static Var Generator，SVG），来实现一拖二电机软起动及无功补偿功能，该装置的一次系统图如图2所示。

此装置包含进线开关QF3、主回路预充柜、变频及电能质量综合装置VSV、输出电抗器L1、工频运行断路器QF1和QF2、无功补偿QF4以及电流电压采样回路。

需要作为高压变频软起装置驱动电机时，在选择启动M1或者M2电机后，装置内部自动切换为变频软起模式相对应的参数，将变频器进线开关QF3合上后，经过限流组件，充电完成后，自动合MQF1，合对应电机的输出切换开关QF5或者QF6后，装置就绪后自动启动运行，自行加速至50Hz，检测电网频率、电压幅值、相位具备并网条件后，解锁QF5和QF1，或者解锁QF6与QF2之间的互锁关系，闭合QF1或QF2，电机不掉电无扰投切至工频，切换成功后，系统自动分开QF5和QF3或者QF6和QF3，电机工频带载运行。

需要进行电能质量治理，作为无功补偿装置投入电网时，选择SVG模式，此时装置内部自动切换为SVG模式对应的参数，合上进线开关QF3后，经限流组件预充电，充电完成后，自动合MQF1，待设备就绪后，自动合并网开关QF4，装置启动并运行补偿线路无功，根据给定功率因数自动实时调整变频器输出。

3.1　变频软起工作原理

高压变频软起装置采用交—直—交型电压源型逆变器，主电路采用功率单元串联技术解决器件耐压问题，级间SPWM信号移相后叠加，提高了输出电压谐波性能、降低输出电压的dv/dt（电压变化率），通过电流多重化技术提高输入侧谐波性能，减小对电网的谐波污染，通过多样的算法，可以为不同类型的负载提供优异的启动性能。

功率单元串联式高压变频软启动装置由旁路切换开关柜、移相变压器、功率单元柜、控制柜和电抗器等部分组成。三相高压电源经高压开关柜进入，经移相变压器降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，每相的功率单元输出首尾相串联，由控制柜的主控制器通过光纤控制每一功率单元进行整流、逆变控制与检测。在变频软起模式下启动后，变频器的输出频率从0Hz逐步升至50Hz，输出电压从0V开始逐渐升高至电网电压，此时，主控制器启动锁相功能，使其输出电压逐步与输入电网电压同相位、同幅值、同频率后，自动切换至工频运行。