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天然气管道压缩机组DCP_UPS电源的安全环保节能改造

文档作者：刘风明1，吕开钧2，范文涛3，郑会4 等文档来源： 1. 国家管网集团西部管道有限责任公司 2. 国家管网集团西气东输分公司 3. 东南亚天然气管道有限公司 4. 国家管网集团北京管道有限公司 5. 青岛创统科技发展有限公司		更新日期： 2026年07月12日	点击数：
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2023 年第39 卷第4 期
★　石油化工安全环保技术　★
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 30
1　目前天然气压气站供电状况存在的问题
在我国天然气管道工程中大量采用国外的
先进压缩机技术，但由于其采用国外标准和根据
国外供电条件设计，在我国的实际应用中产生很
多问题，供电问题是其中的一种。由于站场设备
运行时间较长，部分元件出现老化；设备主要功
能模块型号较为陈旧，如整流模块原配套厂家已
不再生产，给设备的稳定可靠运行和维护带来不
便，无法保证机组的安全可靠运行，具有极大的
安全隐患。鉴于压缩机组在站场的地位和DCP/
UPS 设备对于压缩机组平稳、安全运行的重要
性，需要对压缩机组DCP 设备进行更新改造，
将原有DCP/UPS 电源柜更新为新的DCP/UPS 电
源设备，柜内设备功能和规格与原有装置尽量一
致。工程实施后可提高站场压缩机组重要负荷供
电可靠性，有助于站场安全运行。
目前国内站场（ 特别是西一线） 主要是
Rolls-Royce 机组和GE 机组两种模式，本次改造
将多种新技术应用到设备中，本文就这两个机组
节能升级改造进行论述，以具有普遍性的GE 机
组为例详细论述。
收稿日期：2023-03-14
作者简介：刘风明，男，2005 年毕业于西安石油大学电
气工程及其自动化专业，学士，主要从事天然气石油管道
电气系统及用电设备运行检修管理工作，工程师。
天然气管道压缩机组DCP/UPS 电源的安全环保
节能改造
刘风明1，吕开钧2，范文涛3，郑　会4，李江宁4，隋学礼5，王　岩5，杨新平5
（1. 国家管网集团西部管道有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000 ；
2. 国家管网集团西气东输分公司，上海 200122 ；3. 东南亚天然气管道有限公司，北京 100000 ；
4. 国家管网集团北京管道有限公司，北京100000 ；5. 青岛创统科技发展有限公司，山东 青岛 266101）
摘　要：我国天然气管道初期工程中大量采用国外先进压缩机技术，由于其采用国外标准和根据
国外供电条件设计，在我国的实际应用中产生很多问题，供电问题是其中的一种。文章基于目前天然
气压气站供电状况存在的问题，提出了采用国产电源替代的节能改造方案。改造前的DCP/UPS 电源采
用相控模式，效率只有70% 左右，改造后效率可提高至92%。DCP/UPS 电源改造已在西气东输、西部
管道及陕京线成功改造了50 多套。实践证明：用国产DCP/UPS 电源替代, 不仅设计合理、运行可靠,
维护方便, 而且备件充足、成本低。
关键词：DCP/UPS　逆变模块　直流模块　监控单元　节能
2　目前现场设备改造前情况
2.1　R-R 系统的组成
Rolls-Royce 机组DCP 电源系统由两部分组
成：主要DCP/UPS 电源系统（MAIN DCP/UPS
SYSTEM）和火灾/ 气体直流电源系统（FIRE/
GAS DUAL DC SYSTEM），配置如下：
1）充电整流器组及配电。其在正常状态下
给直流回路和逆变器供电并为电池组浮充充电。
整流器组设置6 套，剩余2 组备用空间，整流电
压为 380 V（ 220 V）AC/24 V DC，单套整流器最
大输出功率2.4 kW。2 套24 V 直流配电盘。
2）2 套逆变器组及配电。其将24 V 直流变
换为220 V 交流，供交流负载使用。每套逆变器
组含2 台逆变器，功率为2.2 kW（3 kVA）以及
1 套220 V 交流配电盘。
3）2 套蓄电池组对应2 套机组，总共96 节
★ 刘风明等. 天然气管道压缩机组DCP/UPS 电源的安全环保节能改造 ★ 31 2023 年第39 卷第4 期
蓄电池，每套包括48 节蓄电池，为4×12 节配置，
电池单体电压2 V/ 节，单节电池容量500 Ah。
以上系统模块均采用三相全控制整流方式，
设计落后，也不利于节能环保。
2.2　GE 系统组成
GE 压缩机组配套有DCP/UPS 电源柜（如图
1 所示），输出交/ 直流回路（AC220 V、DC110
V、DC24 V），为压缩机厂房矿物润滑油应急泵、
入口空气通风系统离心式风扇电机、GT 壳体应
急照明、燃料气计量阀、辅助电源、液压启动撬
及单元控制系统等供电。每台压缩机各对应1 台
DCP/UPS 电源柜。每台电源柜内主要包括：交流
380 V 输入；2 组隔离变及整流器，整流输出至
蓄电池充电及110 V 直流输出；0.4 kW DC110-
DC24 V 直流变换器，输出至DC24 V 直流输出
母线；2 组6.6 kW 逆变器输出至AC220 V 交流
输出母线。
图1　GE 机组系统DCP/UPS 电源柜
1）整流器：采用三相桥式全控整流（Three
Phase Controlled Bridge）方式，在正常状态下实
现电池自动调节和升压充电，同时在紧急状态下
给直流回路供电。
2）1 套110 V 直流配电盘（含2 套电机启动
装置，启动装置所带动的电机分别为矿物润滑油
急停泵马达（5 kW）和入口空气- 通风系统离心
风机马达（9.4 kW）。
3）1 套将110 V 直流变换24 V 的直流电源，
电源系统的功率为0.4 kW 及1 套24 V 直流配
电盘。
4）2 套逆变器，将110 V 直流变换为220 V
交流，每套逆变器的容量为6.6 kW 及1 套220 V
交流配电盘。
5）1 套蓄电池组，包括 54 节VRLA 电池，
电池单体电压2 V/ 节，电池容量700 Ah。
以上系统模块均采用三相全控制整流方式，
设计落后，也不利于节能环保。
3　机组DCP/UPS 设备更新升级内容
3.1　R-R 机组的更新
整体拆除原有系统（不包括电池组），整流
器采用高频开关技术，高频开关整流器采用N+2
冗余配置。逆变器采用N+1 冗余配置，每个机组
2 套电源互为备用。
设备整体监控数据纳入机组控制系统（数据
接口与原设备与压缩机控制系统接口保持一致），
更新后机组见图2。
图2　改造后R-R 机组DCP/UPS 电源柜
3.2　GE 压缩机组DCP/UPS 设备更新升级内容
更新升级后的系统整体拆除原有系统（不包
括电池组），保持原有系统所有功能、操作方式
不变。保持与压缩机组控制系统的原有联锁逻辑
程序不变，保持矿物润滑油应急泵、入口空气通
风系统离心式风扇电机启停逻辑程序不变。更新
升级后的系统采用模块化电源，整流器柜、DC/
DC 模块、充电模块、逆变器模块均采用不低于
“N+1”冗余系统。改造后的直流系统电气配置
上满足原系统的供电功能及控制回路功能，DC
110 V 母线增加母线和输出支路绝缘检测装置，
并与主监控系统通讯报警，提高系统安全性。
本次更换的DCP/UPS 设备集成蓄电池监控
★　石油化工安全环保技术　★ 32 2023 年第39 卷第4 期
单元，实现对蓄电池组进行监视和管理（如工作
模式管理，均充、浮充、放电、切除等模式之间
切换，蓄电池运行参数监视及报警功能设置等）。
设备整体监控数据纳入机组控制系统（数据接口
与原设备和压缩机控制系统接口保持一致）。系
统方案见图3，硬件通讯如图4 所示，改造后的
GE 机组DCP 电源见图5。
其中充电机利用模块化产品，减少了系统配
置；220V AC 输出为单台套不间断电源，15 KVA。
图3　系统方案
4　技术亮点
4.1　热备份设计
所有3 种类型DCP 电源系统充电器、逆变
器，DC/DC 等电源单元全部采用N+1 备份，充
电模块采用N+1 到N+4 多个模块备份。均可热
插拔更换。
4.2　模块化设计
将所有功率单元（充电器、逆变器，DCDC、
STS）均设计为多个可独立工作的电源模块，可
以自主独立运行，自身具备监控、报警功能。
4.3　智能化设计
系统采用智能模块化管理3 级监控模式：1
级监控负责整个DCP 电源系统监控和上传（上
位机），管理2 级监控；2 级监控负责所在充电电
源系统所有充电管理、系统监控保护告警管理及
3 级监控管理；3 级监控负责交直流参数和开关
故障采集，上传至1、2 级监控。
4.4　标准化设计
所有单元（功率单元和监控单元）均设计标
图4　硬件通信
★ 刘风明等. 天然气管道压缩机组DCP/UPS 电源的安全环保节能改造 ★ 33 2023 年第39 卷第4 期
4.7.4　告警功能
当系统出现异常时，立即产生声光告警，并
通过RS485 传送到系统主监控，同时主监控显示
自动跳到故障信息显示画面，便于机房无人值守
的科学化管理。
4.7.5　历史纪录
能将系统运行过程中的一些重要状态和数
据，根据时间存储起来备查。
4.7.6　通讯功能
采用标准通讯规约， 监控系统配有标准
RS232 或RS485 串行接口, 通过通讯接口功能，
确保系统在最短的时间内获取所有的实时数据和
告警信息等，并实现数据上报，满足DCS的要求。
5　系统的基础设计
系统的基础设计包括以下几方面：
5.1　热设计
设备发热量计算如公式（1）所示。
Q=【EK×(1-a)+CK1×(1-b1)+CK2×(1-b2)+
CK3×(1-b3)】×860×4.2 （1）
式中：Q——DCP/UPS 发热值，kJ/h ；
　　　EK—— DCP/UPS 额定标称输出容量，kW，
本次改造取值32 kW ；
　　　a—— DCP/UPS 空载效率，%，本次改造
取值95% ；
　　　Ck1，Ck2 和Ck3—— 充电器、逆变器和DC/
DC 的功率，kW ；
　　　b1—— 充电器的效率，%，均充电效率为
94%，浮充时效率97% ；
　　　b2—— 逆变器的效率，%，本次改造取值
92% ；
　　　b3—— DC/DC 的效率，%，本次改造取值
93%
5.2　电磁兼容性设计
电磁兼容性设计包括对电快速瞬变脉冲群抗
扰度、浪涌（冲击）抗扰度、静电放电抗扰度、
脉冲磁场抗扰度、工频磁场抗扰度、阻尼振荡磁
场抗扰度、辐射电磁场抗扰度、电压暂降、短时
中断和电压变化抗扰度等指标进行设计验算。
准可替换性器件，无论硬件还是软件全部按照标
准尺寸、标准容量、标准接口及标准通讯协议生
产，只需要设定正确地址，同一电压等级设备均
可自由替换。
4.5　整机节能效果、可靠性、安全性大大提高
由于高频开关电源技术的应用，使得各电源
模块体积小，运行效率大大提高，从原有相控电
源模式平均约70% 提高到现在的92% 以上。多
个模块并联备份组成系统及整机系统1+1 备份，
大大提高设备可靠性和效率，提高了机组运行安
全性能。
4.6　互换性能及可维修性更优
所有模块采用标准产品，可随意热插拔互
换（只要地址设置一致），维修更换简单。另外
智能化设计和监控的性能多样性，器件故障可直
接屏幕查询，更快确认判定及采取措施，大大提
高了工作效率，降低对维护人员专业技术水平的
要求。
4.7　监控功能大大提高
4.7.1　显示、监测功能
触摸屏点触式操作，全部汉字显示，可实时
显示各个下级设备的各种信息。
4.7.2　设置功能
系统的设置分为两个级别：用户级和维护
级。用户级和维护级设置都有密码保护功能。
4.7.3　控制功能
包括对电池的智能化充放电管理、模块开关
机和电压电流控制。
图5　改造后的GE 机组DCP/UPS 电源柜
★　石油化工安全环保技术　★ 34 2023 年第39 卷第4 期
5.3　可靠性设计
可靠性设计指建立可靠性数学模型满足成熟
设计要求。采用的新材料、新工艺、新技术，最
大限度地采用通用的组件、零部件。设计从PCB
板、器件选择、整机（结构、接地、绝缘、漏
电流、安全距离）、操作的安全性、器件安全合
理的分布、电器连接方式和风机等方面进行考
虑， 提高DCP-UPS 系统的可靠性， 从而延长
平均使用寿命。达到平均故障间隔时间要求为：
MTBF ≥ 100 000 h 可靠性指标。
6　结　语
在现有燃驱机组中采用国产DCP/UPS 电源
不仅成本低而且维护方便、备件充足，运行可
靠。改造后的DCP/UPS电源将相控式改为模块式，
提高了设备可靠性，国产化方便了维护与备件，
供电效率从70% 提高到92% 左右。此外，改造
增加了监控系统，防止蓄电池意外漏液影响环
境，同时还增加了多重监控措施和上位机通讯，
可实现无人值守的同时提高安全性。DCP/UPS 电
源改造已在西气东输与西部管道大量应用，是一
种成功的改造案例，希望给广大使用维护部门提
供一种借鉴。
参考文献：
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能预测的混合建模方法研究[J]. 仪器仪表学
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ment for them. This paper elaborated on hazard identification
and risk assessment methods for oil drilling, and
presented qualitative and quantitative risk assessment
techniques. Combining Hazard and Operability Analysis
(HAZOP) with Layers of Protection Analysis (LOPA)
method, the paper analyzed the risk of high pressure in
mud pumps during drilling and provided recommendation
on the need for additional safety measures.
key words: petroleum drilling; hazard identification;
risk assessment; hazard and operability analysis
(HAZOP); layers of protection analysis (LOPA)
Safety Design of Radioactive Source
Storeho uses in Petrochemical Enterprises[
22]
Zhu Mengyuan. (SINOPEC Engineering Incorporation,
Beijing, 100101)
Abstract: Improper storage of radioactive sources poses
a significant risk of accidental exposure, however,
there are currently few standards for the design and
construction of radioactive source storehouses in China.
Taking a planned radioactive source storehouse of a
chemical plant as an example, this paper aims at the design
of radioactive source storage facilities based on the
characteristics of radioactive sources commonly used in
petrochemical enterprises, including the program planning,
process calculation, and other protection design.
This is done to improve the reliability of radioactive
contamination prevention and control in petrochemical
enterprises, and to provide reference for the related design
work of radioactive source storehouses.
key words: radioactive source storehouses; radiological
protection; shielding protection
Calculation and Analysis of Light -
ning Electromagnetic Impulse Protection
in Gas Filling Station [26]
Xing Tianfang1, Tang Yun2, Zheng Wenjia1, Wang Hao3.
(1. Zhejiang Meteorological Safety Technology Centre,
Hangzhou, Zhejiang, 310008; 2. Huai’an Meteorological
Administration, Huai’an, Jiangsu, 223021;
3.Hangzhou Meteorological Safety Technology Centre,
Hangzhou, Zhejiang, 310051)
Abstract: Based on the ADTD data and lightning disaster
data of Zhejiang Province, this paper conducted
mathematical and statistical analysis of the ground lightning
and damages around the gas filling stations affected
by lightning disaster, and made a case calculation analysis.
The results show that most of the ground lightning
intensity around the gas filling station with lightning
disaster from the year 2000 to 2020 were between 15 to
50kA and lightning disaster mainly caused the damage of
electronic and electrical system equipment of gas filling
station. When the ground lightning exceeding 30.55 kA
occurs in the vicinity of 25.47 m of the gas filling station,
or when the ground lightning exceeding 57.1 kA occurs
within 25.47 to 47.60 m of the station, it will cause permanent
damage to the electronic equipment of the gas
filling station. When the gas filling station suffers from
direct lightning stroke, the station building is more prone
to realize the protection of lightning electromagnetic impulse
through its own structure and additional lightning
protection measures than the canopy part. It is suggested
in this paper that the gas filling station should be located
in the area with low lightning incidence; electronic and
electrical equipment should be installed in the place with
low exposure to lightning environment, and the lightning
electromagnetic impulse protection of electronic
and electrical system equipment should be strengthened
through shielding and other measures.
key words: gas filling station; lightning disaster; lightning
electromagnetic impulse (LEMP); protection
Safety, Environmental Protection
and Energy Conservation Revamp of
DCP/UPS Power Supply for Compressor
Unit in Nat ural Gas Pipeline[30]
Liu Fengming1, Lyu Kaijun2, Fan Wentao3, Zheng Hui4,
Li Jiangning4, Sui Xueli5, Wang Yan5, Yang Xinping5. (1.
PipeChina West Pipeline Co., Ltd., Urumqi, Xinjiang,
830000; 2. West-East Gas Transmission Branch of National
Pipe Network Group United Pipeline Co., Ltd.,
Shanghai, 200122; 3. South-East Asia Gas Pipeline
Company Limited, Beijing, 100000; 4. PipeChina Beijing
Pipeline Co., Ltd., Beijing, 100000; 5. Qingdao Gomatech
Development Co., Ltd., Qingdao, Shandong, 266101)
Abstract: A large number of foreign advanced compressor
technologies were adopted in the initial projects of China’s
natural gas pipeline. And because they were designed by
adopting foreign standards and according to foreign power
supply conditions, many problems arose from their practical
application in China, of which the problem of power
supply is one of them. Based on the problems existing in
the current power supply of natural gas compressor stations,
this paper proposed an energy conservation revamp
program using substitution of domestic power supply.
Before the revamp, the DCP/UPS power supply was in
phase-controlled mode with an efficiency of only about
70%, and the efficiency can be increased to 92% after the
revamp. DCP/UPS power supply revamp has been successfully
carried out in more than 50 sets in West-East Gas
Pipeline, Western Pipeline and Shaanxi-Beijing Pipeline.
Practice has proved that with the domestic DCP / UPS
power supply replacement, the design is reasonable; the
operation is reliable and the maintenance is convenient. In
addition, the spare parts are sufficient and the cost is low.
key words: DCP/UPS; inverter module; DC module;
monitoring unit; energy conservation
Research on Hazard Identification
and Control in City Gas Engineering [35]
Jia Lei. (Baoji China Gas City Gas Development Co.,
Ltd., Baoji, Shaanxi, 721004)
Abstract: In order to better control and prevent hazard in
ABSTRACTS PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
Bimonthly. 20 Aug. 2023 Vol. 39 No. 4 ·Ⅱ·

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