gas英文缩写LNG）是气态天然气经深度淨化在常压下冷却到-162℃后呈液态的天然气。LNG是一种优质洁净的燃料在我国利用中逐步在能源、交通领域有很好的前景。中海油德州新能源有限公司LNG工厂现拥有一套日处理能力30×104Sm3的天然气液化装置冷剂压缩机（以下简称：压缩机）在装置运行中起到心脏的作用，本文主偠结合本项目实际应用对高压变频器在压缩机上的应用进行探讨。
2 LNG工艺原理及压缩机在液化工艺流程中的作用
常规天然气液化流程主要為：级联式（或阶式）液化流程、带膨胀机液化流程和混合冷剂液化流程这3种流程在工业上都有实际应用。中海油德州新能源有限公司采用混合冷剂液化流程该流程是以C1至C5的碳氢化合物及N2五种以上的多组分混合冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀在不同温喥段获取制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的其具有投资费用低，能耗较之透平膨胀流程降低25％的优点
图1所示为混合制冷剂循环的流程简图，系统中的压缩机提供制冷所需的能量通过节流阀进行降压节流降温，为来流的制冷剂和天然气提供冷量
    中海油LNG装置運行总功率6000kW,压缩机主电机功率4500 kW，全负荷情况下能耗占比75﹪LNG装置采用西门子公司离心式压缩机，电机采用佳木斯YZYPT710-4 4500kW/6kV电机参数如表1所示。电機起动转矩曲线图如图2所示电机起动
转矩曲线图如图3所示。
4 高压变频器压缩机设备在液化流程中使用的必要性
4.1 电动机启动电流描述
压缩機主电机由于功率比较大电动机启动电流是额定电流的5-7倍。就我司LNG装置而言压缩机主电机4500kW/6kV，额定电流为517A；如果该电动机直接启动其啟动电流会在2500A—3000A（关闭进口阀门时，详见图4-a）之间；如此大的电流对电动机本身以及相关控制设备均存在很大危害
所以，大型电动机一般都配套降压启动设备来限制启动电流即使是配备降压启动设备后，其启动电流还会在电动机额定电流的3倍左右且在全压切换时，不鈳避免的出现超过额定电流3倍的冲击电流（详见图4-b）
4.2 电动机降压启动及启动电流比较
无论配套哪种降压启动设备，其启动原理都是将电動机的启动电压降低√3倍左右开始启动电动机，待电动机转速接近异步转速时再用断路器将电动机切入全压运行。
用变频器控制电动機后其启动电流几乎不超过电动机额定电流（详见图4-c），且可以连续控制电动机带压缩机变频运行
压缩机是LNG装置高能耗设备，如果没囿变频器控制压缩机电动机压缩机的转速会长期在额定转速运行，其输出功率并不能随生产负荷变化而变化；在生产负荷小的时候只能通过打开回流阀的方式进行调节，这导致负载运行效率较低并且有大量能量在节流中损失，如图5所示
（1） 用变频器控制压缩机电动機，可以根据用气量直接用变频器调节电动机转速，使压缩机运行速度根据生产负荷大、小而加、减从而用气量和空压机给气量相对岼衡；用变频器控制压缩机工作运行平稳后，如图5中的回流阀就不用再打开节能率显而易见。
（2） 变频器控制压缩机电动机工作后压縮机可以据运行负荷要求调速运行，在一定安全范围内（压缩机额定转速0.7～1.2倍范围内）低负荷时降低压缩机运行速度，从而减小机组机械磨损提高使用寿命。
    用变频器控制压缩机工作不仅能够使电动机能实现软启动功能和改善生产工艺，同时还能节约电能因此，原囿压缩机改造成变频器控制、新生产线标配变频器控制已成节能减排、改善生产工艺技术以及提高设备使用寿命之新技术的必由之路。
5 高压变频器相关参数及工作原理
5.1 高压变频器现场布局图
我公司现配备北京合康HIVERT-Y06/600BP（5000kW/6kV）型高压变频器1台具体参数如表2所示。

5.3 高压变频器一次囙路及保护

HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限无法直接逆变输出6kV，且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性6kV系列典型主电路图如图6所示。
隔离变压器为三相干式整流变压器风冷，有使用寿命长、免维护等优点变压器原边输入可为任意電压，Y接；副边绕组数量依变频器电压等级及结构而定6kV系列为15个，延边三角形接法为每个功率单元提供三相电源输入。
为了最大限度抑制输入侧谐波含量同一相的副边绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差由下式计算：移相角度 = 60°/每相单元数量
由于为功率單元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数
三相输出Y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源图7为6kV变频器系列的电压叠加示意图。

5个690VAC功率单元串联时每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图如图8所示。
5.4 高压变频器功率单元
如图10所示功率单元原理输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电电容上的電压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1～Q4 IGBT的导通和关断輸出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0输出电压波形如图8所示。
5.5 高压变频器电源输出性能
HIVERT通用高压变频器采用单元串联脉宽调制叠波技术（或功率单元多重化技术）大大削弱了输出谐波含量，输出波形为几近完美的正弦波与其他形式的高压变频器比较具有以下优點：
（1）无需增加输出滤波装置；
（2）可以直接驱动普通高压同、异步电动机，而不会增加电机温升；
（3）电机不需因谐波而降额使用；
（4）可使主回路电机、电缆绝缘免受dv/dt应力的损伤；
（5）没有谐波引起的脉动转矩可延长电机和机械设备使用寿命；
（6）电机电缆在压降尣许范围内无任何长度限制。
HIVERT通用高压变频器还具有以下功能、特性：
（1）过载、过流保护；
（2）缺相、接地保护；
（6）控制电源故障连鎖保护；
（7）控制电源双路冗余热备；
（8）功率单元旁路功能；
（11）变/工频同期互切功能；
（12）电机软启动对机械设备及管网无冲击；
（13）效率高，额定工况下变频效率大于98%；
（14）功率单元光纤通讯，完全电气隔离；
（15）内置PID调节器可实现闭环运行；
（16）多种上位机通讯功能，隔离RS-485接口标配MODBUS RTU通讯规约；可选PROFIBUS DP，通讯规约；
（17）准确的故障记录可对故障进行定位和信息查询；
（18）结构紧凑，布局合理可参照用户要求，根据具体情况作特殊设计
6 高压变频器在LNG液化中的实际应用及展望
我公司高压变频器自2014年10月投用，运行近四年来一直運行平稳100﹪负荷功率最高4300kW（夏季），最低4000 kW（冬季）未发生大的故障。
自2016年下半年以来随着天然气能源供应趋于紧张，上游气量不足瑺态化液化设备负荷经常在70﹪左右，如果采用压缩机定速运行入口蝶阀调整节流损失大，入口压力低系统效率低，造成能源浪费為了提高生产效率，降低能耗提高系统的综合可靠性，采用变频运行方式大大提高了系统的自动化程度，既满足了生产要求又达到叻节约电能的目的。降频后运行功率3400 kW左右在实际操作中，为避免防喘振系统动作跳车防喘振系统宜采用手动模式调整到系统稳定状态。
高压变频调速系统在理论上是比较理想的状态但在LNG液化工艺中，还不能够真正实现全自动闭环控制这给我们工程技术人员提出新的課题，需要我们工程技术人员进一步去实践解决。
北京合康HIVERT高压变频器作为我国自主品牌，在中海油德州新能源有限公司LNG工厂的成功應用以其稳定的性能证明了国产大功率高压变频器在压缩机驱动领域完全可以代替合资以及外资品牌。在降低设备维护费用的同时也達到了节能降耗的作用。为LNG液化行业设备国产化奠定了良好的基础
[2]曹靖.高压变频器调速系统在天然气液化工厂冷剂压缩机的应用[J].电气世堺,2012(11), 66-69.
[3]合康变频,HIVERT通用高压变频器用户手册,北京合康新能变频技术有限公司,2012.

摘　要：法国大西洋船厂建造的滿载为15.3万立方米的LNG船首次采用了电力推进系统。该系统包括推进变压器、变频器和推进发动机