異步發(fā)電機在石化企業(yè)中的應(yīng)用

薛柏

摘要：石化企業(yè)中，因工藝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)需要，大量的高壓蒸汽排放，造成能量流失。為了節(jié)約能源，充分利用高壓蒸汽能量，增加蒸汽透平發(fā)電機組向電網(wǎng)發(fā)電。而異步發(fā)電機與同步發(fā)電機相比較，因其并網(wǎng)方便，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，運行可靠等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注，也是獨立電力系統(tǒng)發(fā)電模塊發(fā)展方向之一。

關(guān)鍵詞：節(jié)約能源;異步發(fā)電機

一、異步發(fā)電機與同步發(fā)電機的優(yōu)缺點比較

1、結(jié)構(gòu)：異步發(fā)電機僅有一個主定子，轉(zhuǎn)子為鼠籠型，結(jié)構(gòu)簡單，可靠、成本低。同步發(fā)電機雖然同樣可靠，但勵磁部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體成本太高。

2、同步發(fā)電機需要勵磁裝置、以及勵磁調(diào)節(jié)器;異步發(fā)電機需要從電網(wǎng)獲得勵磁電流和無功功率，不需要勵磁等裝置。

3、異步發(fā)電機可強制并網(wǎng)，不需要同步裝置，同步發(fā)電機需要同期裝置。

4、發(fā)電質(zhì)量：同步發(fā)電機輸出的電壓波形非常接近于標準正弦波，質(zhì)量高，諧波含量極小;異步發(fā)電機輸出電壓波形駁雜，諧波含量高，質(zhì)量差，對電氣設(shè)備危害大，若增加整波裝置則成本很高。

二、異步發(fā)電機基本原理

異步發(fā)電機和電動機在結(jié)構(gòu)上基本一致，主要在于何時為發(fā)電機或電動機。假定作為電動機時，輸入線圈繞組頻率50HZ、電壓10kV，磁場同步速為3000轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于3000轉(zhuǎn)即小于同步速時，為電動機，吸收有功功率和無功功率。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)即大于同步速時，為發(fā)電機，吸收無功功率，發(fā)出有功功率;即用外力將轉(zhuǎn)子牽引轉(zhuǎn)速大于磁場同步速，n>n1，轉(zhuǎn)差率s=（n1-n）/n<0，來自原動力的機械功率在扣除各種損耗之后，轉(zhuǎn)換成電功率送給電網(wǎng)，將機械能轉(zhuǎn)化為電能。

同時，可根據(jù)異步電機的等效電路圖計算得知：

當(dāng)s=（n1-n）/n<0時，端口 COSΦ<0，即可得知：P1=√31*1 *COSΦ<0，即向電網(wǎng)輸出有功功率。

三、異步發(fā)電機運行時的相量分析

異步發(fā)電機正常運行時，簡單線路圖2，根據(jù)KCL可以得到如下方程：

1（負載電流）=（線路電流）+ 2（發(fā)電機電流）

根據(jù)異步發(fā)電機原理，正常運行時，應(yīng)發(fā)出有功功率，吸收無功功率，

即cosφ<0，sinφ>O。

系統(tǒng)對負載供電時，因大部分負載為感性負載，應(yīng)吸收有功功率和無功功率，

即cosφ>0，sinφ>O。

根據(jù)上述條件，可畫出異步發(fā)電機投入運后的電壓、電流相量圖。

在圖3中，畫出異步發(fā)電機不同功率因素對電力系統(tǒng)的影響。如電壓和2相位差為φ，功率因素為 cosφ;電壓和2′相位差為φ′功率因素為cosφ′。從該相量圖可得出結(jié)論：

1）異步發(fā)電機功率因素cosφ越高，該電力系統(tǒng)功率因素cosφ1越高，且輸出電流越小，即減少了系統(tǒng)輸出，起到節(jié)能作用。

2）異步發(fā)電機功率因素cosφ′越低，或發(fā)出無功功率大于有功功率，則電力系統(tǒng)功率因素cosφ2越低，且輸出電流′越大，即增加了系統(tǒng)輸出，未起到節(jié)能作用。

異步發(fā)電機運行時，要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，且異步電動機未配套相應(yīng)電容補償裝置，造成功率因數(shù)較低。因此，生產(chǎn)裝置要有足夠的蒸汽量驅(qū)動異步發(fā)電機，使發(fā)出的有功要大于無功，否則將起不到節(jié)能作用。

四、異步發(fā)電機的并網(wǎng)

異步發(fā)電機的并網(wǎng)比較簡單，只需要將轉(zhuǎn)子拖動到盡可能接近同步轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)向和定子磁場轉(zhuǎn)向一致即可并入電網(wǎng)。發(fā)電機的輸出頻率取決于電網(wǎng)的頻率，并在異步發(fā)電機接入電網(wǎng)時自動建立起來。發(fā)電機直接以電網(wǎng)激勵的定子旋轉(zhuǎn)磁場作為磁通，并入電網(wǎng)后，異步電機向電網(wǎng)輸送的電流頻率與其自身的轉(zhuǎn)差率無關(guān)，總是等于電網(wǎng)的頻率。

并網(wǎng)運行時，異步發(fā)電機從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以維持電子旋轉(zhuǎn)磁場，并向電網(wǎng)輸送有功電能。異步發(fā)電機并網(wǎng)時不需要整步，運行過程中不會發(fā)生振蕩，當(dāng)原動機轉(zhuǎn)速增加時，發(fā)電機向電網(wǎng)輸出的電流和功率增大，但電壓和頻率不變。異步發(fā)電機并網(wǎng)原理圖如下所示：

原動機帶動異步發(fā)電機達到同步轉(zhuǎn)速，斷路器合閘，發(fā)電機并網(wǎng)。轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，超過同步轉(zhuǎn)速時開始發(fā)電，發(fā)電機產(chǎn)生阻礙膨脹機轉(zhuǎn)速升高的電磁轉(zhuǎn)矩，隨轉(zhuǎn)速的不斷上升輸出功率逐漸增加。當(dāng)膨脹機扭矩與電磁轉(zhuǎn)矩平衡時，膨脹機與發(fā)電機穩(wěn)定運行，達到額定轉(zhuǎn)速。發(fā)電機組達到停機條件時，并網(wǎng)斷路器斷開，發(fā)電機脫離電網(wǎng)。

該方案采用的是目前最為通用、經(jīng)濟的方案。膨脹機（汽輪機）拖動電機啟動，達到同步轉(zhuǎn)速時斷路器合閘并入電網(wǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時向電網(wǎng)輸出有功電能。

五、芳烴廠兩套發(fā)電機運行狀況

芳烴目前有兩套利用余熱回收的異步發(fā)電機組，制苯裝置GBT-831，功率1500KW，額定電壓6kV，額定轉(zhuǎn)速1487r/min，正常運行時，P=820kW，Q=-500KVar，cosφ=0.85;2#重整GBT204501，額定功率2240 kW，額定轉(zhuǎn)速1486r/min，正常運行時，P=1000 kW，Q=-750kVar，COSΦ=0.82 。從以上數(shù)據(jù)來看，兩發(fā)電機組均起到發(fā)電節(jié)能作用，但發(fā)電量距離額定功率較遠，未能最大化利用，最終要取決于裝置產(chǎn)生的余熱的變化。