浅谈电驱压气站冷却水控制逻辑的优化

冯 军

0 前言

用于管道增压的离心式压缩机的驱动方式主要有燃气轮机驱动和变频电机驱动，两种驱动方式在国内外输气管线上均有成功运行的经验。 与燃气轮机驱动方式相比， 变频电机驱动方式在技术性能方面更有优势，如调速范围宽、效率高、运行可靠性高、加载时间短、无废气排放、噪声低等。 此外，变频电机驱动的压缩机机组投资低，且变频电机维修费用低［1］。国内选择使用变频电机驱动方式的输气管道日趋增多。

1 原冷却水控制逻辑设计的问题

1.1 冷却水系统的工艺流程及运行

冷却水系统用于电驱站电机和变频器的冷却。 冷却水系统由冷却塔、循环泵、管路、阀门以及冷却水的温度、流量、压力检测装置组成。 冷却水系统工艺流程见图1。 正常情况下，冷却水从冷却塔出来后经过循环泵（如图1 中的LCP 01～LCP 04） 输送到电机和变频器进行冷却， 冷却后的水流再通过冷却水回水管回到冷却塔降温， 通过这样不断的循环完成电机和变频器的冷却任务，冷却水不足时由冷却塔外接的自来水补水管补水。

冷却水系统启动压缩机的条件是冷却水循环泵运行数量等于准备启动的压缩机的数量，且对应变频器和电机冷却水入口流量、温度均满足要求［2］。根据图2～4，压缩机启动命令发出时站控系统首先自动启动冷却水系统及其它辅助系统。冷却水系统启动包括开启冷却水管路上的所有电动阀并启动循环泵。当变频器和电机冷却水入口的流量、温度满足设计要求且冷却塔运行正常时（包括其它辅助系统运行正常），站控系统才能将启动压缩机命令输出至压缩机控制系统（UCS）启动压缩机［3］。

图1 冷却水系统工艺流程

1.2 存在问题

根据现场运行实际， 启动1 台压缩机时需启动3 台循环泵，才能使变频器和电机冷却水入口流量、温度达到要求。 而原冷却水控制逻辑中却要求准备启动压缩机的数量必须等于已启动的循环泵数量， 因此， 当通过SCADA 系统远程启动压缩机时冷却水系统无法达到自动启动压缩机的外部条件，SCADA 系统发出的启动压缩机命令无法输出到UCS。

为解决该问题，修改冷却水控制逻辑启动压缩机的条件，改为由变频器和电机冷却水入口的流量、温度来判断。

2 冷却水控制逻辑优化

根据上述解决方案， 对原冷却水控制逻辑进行优化。 原冷却水控制逻辑见图2～4。

图2 原冷却水系统启动逻辑

图3 原冷却水循环泵启动逻辑

由图2 可知， 当SCADA 系统发出启动某台压缩机命令后，自动开启冷却塔出口阀LXV01～LXV04、该压缩机对应的变频器和电机冷却水入口阀LXV09、LXV13（ 或 LXV10、LXV14 或 LXV11、LXV15 或 LXV12、LXV16）， 上述阀门开到位后自动发出冷却水系统启动命令。

由图3 可知，图2 中的冷却水系统启动命令发出后顺序启动冷却水循环泵LCP 01～LCP 04 及循环泵后的阀门，当已启动的冷却水循环泵数量等于准备启动的压缩机数量（即发出的压缩机启动命令数量）时，自动输出冷却水循环泵启动成功信号。

由图4 可知，准备启动的压缩机对应的变频器和电机冷却水入口流量和温度满足要求，且冷却水循环泵启动成功、冷却水系统运行无故障，则冷却水系统满足启动压缩机条件有效。

结合现场实际运行需求，对原冷却水控制逻辑进行优化：

图4 原冷却水系统启动成功判断逻辑

a） 冷却水循环泵启动命令的条件中取消对LXV 09～12 状态的判断。

b） 机组预选信号生效后不再自动开LXV 09～12，因为这4 个阀门为调节型电动碟阀，需要保持在合适的开度，以保证冷却水流量在设定范围之内，并且把这4 个阀门的远控模式改为由阀位设定来控制。

c） 启动循环泵的逻辑改为顺序启动1、2、3 号泵及其后的阀门， 若有1 台泵或者阀门故障则启动4 号泵及其后的阀门，同时冷却水循环泵启动成功的条件改为至少有3 台泵及其后的阀门启动成功。

优化后的冷却水控制逻辑见图5～7。

由图5 可知，SCADA 系统发出冷却水系统启动命令后，自动开启冷却塔出口阀LXV 01～LXV 04 及变频器冷却水入口阀LXV 13～LXV 16，当上述阀门开到位后中间变量有效。

图5 优化后的冷却水系统启动逻辑

图6 优化后的冷却水循环泵启动逻辑

由图6 可知，中间变量有效后，顺序启动冷却水循环泵LCP 01～LCP 03 及泵后的阀门， 如果上述泵及阀门任何一个未能正常启动则启动LCP 04 及泵后的阀门，当已启动的循环泵数量大于2 时冷却水循环泵启动成功信号有效。

由图7 可知，变频器和电机冷却水入口流量和温度满足要求，则冷却水满足启动对应压缩机的条件有效。

优化后， 通过SCADA 系统一键命令启动冷却水系统，便可自动启动冷却水循环泵并打开阀门，当任意一台压缩机的驱动电机和变频器冷却水［4］入口流量和温度满足要求后，冷却水系统达到启动该压缩机的条件，值班人员可直接从人机界面看到启动压缩机条件是否满足［5］，发出启动压缩机命令即可实现远程启动压缩机的功能。

图7 优化后的冷却水启动成功判断逻辑

3 结论

冷却水系统是电驱压气站的重要辅助系统， 对于电机和变频器的正常运行及寿命有重要作用。 通过本次优化， 不但实现了远程一键启动压缩机的功能，而且优化了远程启动压缩机对辅助系统工况的判断条件，很大程度上提高了长输管道自控水平，减轻了现场人员工作量。 随着长输管道自动化技术的不断发展，辅助系统的远程控制及自动控制的需求也越来越强烈，因此须不断深入研究工艺流程、优化控制逻辑，以提高长输管道自动化水平。

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