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森蘭高壓變頻軟起及無功補償一體化裝置森蘭高壓變頻軟起及無功補償一體化裝置在液化天然氣（LNG）項目上的應用。

案例背景介紹

1　背景

1.1　項目概況

寧夏新珂源能源利用有限公司成立於2013年4 月，廠址位於鹽池縣高沙窩工業集中區，總占地面積163,420平方米，建築面積20,856平方米，主要經營天然氣淨化、液化加工。

公司一期建設年產22.8萬噸液化天然氣（LNG）項目，具有得天獨厚的優勢：一是原材料充裕。長慶油田蘇里格氣田勘探儲量1.6萬億立方米，開採面積4萬平方公里。長慶油田蘇里格氣田天然氣產量達20億立方米。二是政府扶持力度較大。2013年1月19日， 鹽池縣人民政府與長慶油田蘇里格氣田簽訂了《天然氣就地轉化框架協議》，長慶油田蘇里格氣田天然氣勘探開發實行就地轉化利用，保證當地企業生產用氣，對所用氣量給予足額保障供應。

項目生產的最終產品為液化天然氣（LNG），是經過物理加工等處理的液態產品，該產品具有清潔環保、高效節能、使用安全、便於儲存及運輸等特點。該項目產品可廣泛應用於城市燃氣調峰、工業加工原料、造船業、車船燃料等多個領域，對鹽池天然氣資源的利用和發展是必要和積極的，對地方經濟發展有着十分重要的意義。

1.2　現場生產工藝流程簡介

天然氣液化是一個低溫過程，原料氣經預處理後，進入換熱器進行低溫冷凍循環，冷卻至-162℃左右就會液化。目前世界上已成熟的天然氣液化工藝有：節流製冷循環、膨脹機製冷循環、階式製冷循環、混合冷劑製冷循環、帶預冷的混合製冷循環等工藝。寧夏新珂源能源利用有限公司使用的工藝為混合冷劑製冷液化工藝。

此裝置採用兩級分離三級節流的單—混合冷劑製冷流程。混合冷劑液化流程（MRC）是以C1至C5的碳氫化合物及N2等五種以上的多組分混合製冷劑為工質，組分為氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷，利用混合物各組分不同沸點，部分冷凝的特點，進行逐級的冷凝、蒸發、節流膨脹得到不同溫度水平的製冷量，以達到逐步冷卻和液化天然氣的目的。其中甲烷採用經淨化後的原料天然氣補充，氮氣通過液氮汽化或變壓吸附製取，僅乙烯、丙烷和異戊烷需要外購，採用MDEA脫除二氧化碳等酸性氣體，脫除徹底，且無再生氣消耗。

案例實施與應用情況

2　冷劑壓縮機設備簡介

壓縮機是混合製冷循環液化流程中必不可少的設備，它在流程中最重要的作用是壓縮製冷劑，產生製冷量，為後續流程中各節流閥降壓降溫做準備。本文中所述的為冷劑壓縮機，壓縮機和電機的參數表1所示。

在混合冷劑製冷工藝中，冷劑壓縮機是核心設備之一，用於加工大循環量冷劑，設備密封性要求高，通常採用離心式電機驅動壓縮機，與往復式壓縮機比較，離心式壓縮機在密封性方面的優勢明顯，且同等條件下離心式壓縮機體積小、運行穩定、易損件少，因此一般可以不用備機。

3　變頻軟起+無功補償裝置

該現場採用森蘭一台VFPS-100-7000裝置，兼具高壓變頻軟起和靜止無功發生器的功能（Static Var Generator，SVG），來實現一拖二電機軟起動及無功補償功能，該裝置的一次系統圖如圖2所示。

此裝置包含進線開關QF3、主迴路預充櫃、變頻及電能質量綜合裝置VSV、輸出電抗器L1、工頻運行斷路器QF1和QF2、無功補償QF4以及電流電壓採樣迴路。

需要作為高壓變頻軟起裝置驅動電機時，在選擇啟動M1或者M2電機後，裝置內部自動切換為變頻軟起模式相對應的參數，將變頻器進線開關QF3合上後，經過限流組件，充電完成後，自動合MQF1，合對應電機的輸出切換開關QF5或者QF6後，裝置就緒後自動啟動運行，自行加速至50Hz，檢測電網頻率、電壓幅值、相位具備併網條件後，解鎖QF5和QF1，或者解鎖QF6與QF2之間的互鎖關係，閉合QF1或QF2，電機不掉電無擾投切至工頻，切換成功後，系統自動分開QF5和QF3或者QF6和QF3，電機工頻帶載運行。

需要進行電能質量治理，作為無功補償裝置投入電網時，選擇SVG模式，此時裝置內部自動切換為SVG模式對應的參數，合上進線開關QF3後，經限流組件預充電，充電完成後，自動合MQF1，待設備就緒後，自動合併網開關QF4，裝置啟動並運行補償線路無功，根據給定功率因數自動實時調整變頻器輸出。

3.1　變頻軟起工作原理

高壓變頻軟起裝置採用交—直—交型電壓源型逆變器，主電路採用功率單元串聯技術解決器件耐壓問題，級間SPWM信號移相後疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的dv/dt（電壓變化率），通過電流多重化技術提高輸入側諧波性能，減小對電網的諧波污染，通過多樣的算法，可以為不同類型的負載提供優異的啟動性能。

功率單元串聯式高壓變頻軟啟動裝置由旁路切換開關櫃、移相變壓器、功率單元櫃、控制櫃和電抗器等部分組成。三相高壓電源經高壓開關櫃進入，經移相變壓器降壓、移相給功率單元櫃內的功率單元供電，每相的功率單元輸出首尾相串聯，由控制櫃的主控制器通過光纖控制每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測。在變頻軟起模式下啟動後，變頻器的輸出頻率從0Hz逐步升至50Hz，輸出電壓從0V開始逐漸升高至電網電壓，此時，主控制器啟動鎖相功能，使其輸出電壓逐步與輸入電網電壓同相位、同幅值、同頻率後，自動切換至工頻運行。