项目概述

上海电气集团上海电机厂有限公司成功研发并交付了国内领先的 20,000 kW（20 MW）、2 极、超高速、防爆、变频调速同步电动机（TZW 系列），并已在西气东输的河南鲁山站与陕西高岭站稳定运行。该类电机用于驱动天然气输送管线和 LNG 压缩机组的电驱压缩机，是上电公司面向高端能源工程推出的高性能产品，兼具高功率密度、可控性强与防爆安全的技术特点，满足天然气长输与液化工况对连续高可靠性与精确调速的严格要求。

客户需求与关键技术要求

• 高功率、高速：额定输出 20 MW，2 极超高速工况，以匹配高速离心压缩机的转速需求并保证压缩机效率。
• 变频可控：需与中高压变频驱动系统配套，实现宽频段、闭环精确转速/转矩控制及动态工况响应。
• 防爆安全：设备工作环境存在可燃气体，电机与相关系统须满足防爆或正压防护等石化/天然气行业要求并具备失压保护与联锁逻辑。
• 长期稳定运行：需实现长期连续运行（24/7）、高可用性和最小化维护停机时间。
• 系统兼容：与压缩机机组、驱动变频器、励磁与同步控制、站控（SCADA）系统及保护装置无缝对接。
• 现场工程适配：满足高场强、高温差、海拔或季节性环境变化下的热管理与机械强度要求，并便于现场安装与检修。

TZW 系列产品介绍（定位与特点）

TZW 系列为上电公司面向能源输送与大型压缩机领域开发的高端同步电机产品线，专为超高速、大功率且具备防爆与变频控制需求的场景设计。主要技术特性包括：

• 同步转子与高功率密度：采用优化磁路与结构设计，实现在较小体积下的大功率输出，适配高速压缩机直联或短联传动。
• 变频调速优化：专为 VSD（变频驱动）系统优化设计，具备优异的低频起动转矩、动态响应和转矩控制精度，支持闭环矢量/转矩控制。
• 防爆/正压设计：满足油气行业防爆要求（或按用户要求实施正压隔离/净化方案），并配备失压保护、净化气源监测与联锁逻辑。
• 热管理与冷却：结合高速运行特性进行流道/风扇/冷却系统设计，必要时采用强制冷却与冗余冷却回路保证温升控制。
• 在线监测与诊断：预留并集成温度、振动、转速、励磁状态与密封/压力检测等在线监测点，支持远程监控与预测性维护。
• 高可靠机械设计：轴系、转子动平衡与轴承化设计经过高转速工况的强度与疲劳校核，采用可维护的轴承润滑与冷却方案。

本项目的技术方案与关键实现

针对鲁山站与高岭站的实际工况，上电公司与系统集成方共同制定了以下技术方案与实现要点：

1. 整机匹配设计：根据压缩机转速与惯量特性，确立 2 极同步电机的极对数与转子惯量匹配，优化转子结构以降低离心应力与热应力。
2. 变频器—电机协同控制：与变频器供应商联合进行电机模型标定，采用闭环矢量控制并配备转子位置/速度反馈（编码器/测速器），保证在启动、急停与工况突变时的稳定控制。
3. 防爆与安全策略：电机外壳与关键接线腔采用防爆等级或正压净化系统，建立多重失压检测与自动切换/停机联锁，确保现场安全。
4. 高速动平衡与机械强度：实施多级精密动平衡与有限元校核，采用高强度材料与热处理工艺提高转子疲劳寿命，轴承选型与润滑系统均按高速/长寿命工况设计。
5. 散热与冗余冷却：根据 20 MW 出力设计专用冷却系统，设置关键冷却回路冗余并监测冷却介质流量与温度。
6. 现场接口与系统集成：提供完整的电气接线、励磁/保护接口、控制逻辑和 SCADA 集成方案，配合客户完成并网与控制策略调试。

制造、试验与质量控制

项目制造与检验执行严格的工程化质量管理流程，关键活动包括：

• 关键材料与部件（硅钢、转子材料、轴承、绝缘材料、密封件）实施供应商资格审查与来料检验；
• 转子与定子加工、绕组、浸漆、装配等关键工序采用受控工艺文件与全过程记录；
• 出厂试验（FAT）内容含：空载与额定带载试验、温升试验、动平衡与振动测试、绝缘耐压试验、励磁响应与控制回路测试、以及针对防爆/正压的专项安全试验；
• 邀请客户监造与第三方检验机构对关键试验进行见证并出具报告，试验记录归档以满足工程管理与审计需求。

现场运输、安装与联调

超高速大功率机组的现场工作重点包括：专用运输与吊装方案、高精度基础与对中、变频器与励磁单元并网联调、以及压缩机—电机耦合调试。工程要点：

• 采用分段运输与专用起重设备，现场实施精确定位与对中校核；
• 与压缩机厂家和变频器/励磁供应商协同完成整机联合调试及故障工况演练；
• 验证变频启动策略、急停与失压保护逻辑、净化系统联动与现场 SCADA 报警/记录功能；
• 在并列/并网工况下进行长期运行试验，确认热稳定性、振动与控制稳定性。

运行表现与工程价值

该批 TZW 系列 20 MW 同步电机在鲁山站与高岭站投入运行后，展现出以下价值：

• 高可靠性：在连续高负荷与多变工况中运行稳定，温升、振动与噪声均满足设计余量；
• 精确可控：变频调速系统配合同步电机实现了对压缩机工况的精细控制，提高了压缩效率并减少机械冲击；
• 安全保障：防爆/正压与联锁保护确保了运行安全，满足油气行业高安全标准；
• 系统效益：电驱压缩方案较传统燃机/蒸汽驱动在效率、运维与环保方面具有明显优势，为管网运行节能降耗并降低总体生命周期成本；
• 技术领先与市场影响：TZW 系列的推广与成功应用，巩固了上电公司在输气与 LNG 压缩领域的技术地位与市场份额，为后续大型工程供货奠定了示范效应。

关键攻关点与解决方案

• 高速动平衡与机械强度：通过精密加工、转子动平衡多级校正及材料热处理降低高速离心应力与振动风险；
• 电气与控制匹配：与变频器及励磁方联合开展电机—驱动标定，优化控制器参数和保护逻辑，解决启动阶段的瞬态问题；
• 防爆与净化策略：设计冗余净化气源、滤芯更换与失压保护，实现长期正压稳定与安全可控；
• 现场安装适配：针对不同站点基础与空间条件提供定制化支撑与联接方案，缩短现场调试周期。

运维建议与服务保障

1. 建立在线监测平台：关键参数（绕组温度、轴承温度、振动、励磁状态、净化压力）实时上传至站控并设置阈值告警；
2. 定期维护计划：轴承检查、润滑周期、冷却系统清理与滤芯更换应按运行工况制定计划；
3. 备件策略：建立关键备件（轴承、密封、冷却风机、励磁元件、滤芯）本地化备件库以缩短维修时间；
4. 远程与现场支持：提供远程故障诊断服务与周期性现场巡检，按合同提供加速响应的应急抢修团队。

TZW 系列 20 MW / 2 极 超高速防爆变频调速同步电机在西气东输鲁山站与高岭站的成功应用，验证了上电公司在超高功率、高速、防爆与变频调速同步电机领域的系统设计、工程实施与运维服务能力。该项目不仅提升了输气管网与压缩站的运行效率与安全性，也为我国天然气长输与 LNG 工程的电驱化、国产化替代与技术升级提供了重要样板。

注：为遵守工程安全与保密要求，文中未披露影响安全或监管的具体控制参数、保护整定值或其它敏感技术细节。完整技术文件、试验报告与合格证书已按合同与监管要求提交客户并归档。