汽輪機起動制動方案

劉彥寶

摘 要：汽輪機在火電廠中發揮著不可替代的作用，它是產生電能的重要環節，對于我們的生產過程來說，對于汽輪機的控制是很重要的，特別是啟動和制動這兩個方面。本文就要來探討一下汽輪機有哪些啟動和制動方案。

關鍵詞：汽輪機；起動制動；方案

中圖分類號：U664.12 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0075-01

對于我們的火電廠來說，汽輪機發揮的作用是相當之大的，它利用蒸汽的推動作用來進行運動，從而產生電能。所以對于汽輪機的控制是十分重要的，它的啟動、調速、制動，都關系著整個發電過程。下面我們就來探討一下汽輪機的起動和制動方案。

1 汽輪機原理簡述

汽輪機是一種隱極式同步發電機。我們分為倆部分內容來介紹，同步發電機的原理和隱極機。

同步發電機是由固定的定子和可旋轉的轉子，分為旋轉磁極式和旋轉電樞式。旋轉磁極式是以電樞為定子，磁極為轉子，使磁極旋轉，勵磁電流通過集電環送入勵磁繞組[1]。旋轉電樞式是以磁極為定子，電樞為轉子。使電樞旋轉起來，電樞電流通過轉子軸上的旋轉整流器整流后，直接為同步電機的轉子勵磁繞組供電。對于同步機，最為重要的就是定子、轉子和氣隙。定子鐵心的內圓均勻分布著定子槽，槽內嵌放著按一定規律排列的三相對稱交流繞組。這種同步電機的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。轉子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場（也稱主磁場、轉子磁場）。氣隙處于電樞內圓和轉子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機內部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響。

同步電機的轉子分為凸極式轉子和隱極式轉子。凸極式轉子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈。當勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極。對水輪發電機來說，由于水輪機的轉速較低，要發出工頻電能，發電機的極數就比較多，做成凸極式結構工藝上較為簡單。中小型同步電機多半也做成凸極式。隱極式轉子上沒有凸出的磁極。隱極式轉子上沒有凸出的磁極。沿著轉子本體圓周表面開有槽，這些槽中嵌放著勵磁繞組。在轉子表面約1/3部分沒有開槽構成大齒，是磁極的中心。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉子圓周也會出現N極和S極。在大容量高轉速汽輪發電機中，轉子圓周線速度極高，最大可達170米/秒。為了減小轉子本體及轉子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發電機都做成細長的隱極式圓柱體轉子。

2 汽輪機的啟動

汽輪機的起動我們可以參照同步電機的啟動方式。無論是異步電機還是同步電機，都不建議直接啟動。直接起動可以用于一些小型電機，因為直接啟動，電流會很大，這樣對于我們的起動是十分不利的，會對電網也有很大的沖擊。我們經常見的例子，在原來的農村之中，有很多磨面的作坊，只要一開機，村子中的燈都會變暗一陣，直到這個電機完全啟動。磨面機就是直接啟動[2]。同步電機在定子直接投入電網，轉子加上直流勵磁的條件下，無法自行啟動，必須借助其他方法。我們常見的有三種方法，異步起動法，輔助電動機起動法，變頻起動法。

異步起動法，就是將同步電機先按異步電機起動的方式進行起動，這個方法是在轉子上裝設類似于在鼠籠感應電機中的啟動繞組，及阻尼繞組。我們利用附加繞組串接在回路之中，形成閉合回路。對于這個附加繞組的大小的選擇，通常我們選擇的是勵磁繞組的電阻值十倍左右的電阻。之后將同步電動機的定子連上電網電壓，這樣先按照異步電動機起動，等到轉速到達同步速的時候，我們就可以將這個附加電阻去掉，轉而投入我們的正常的勵磁繞組。對于方法很像異步電動機的串電阻起動。通過串接電阻，由于歐姆定律，在同樣的電網電壓之下，阻值越大，所產生的電流越小。在電機剛啟動時，串接進入較大的電阻就能降低起動電流，在轉速逐漸提升達到額定轉速時，就可以將電阻切除。這種方法是在同步電機起動中用到最為廣泛的一種起動方法。

輔助電機起動法，這種方法是懸著和我們要起動的同步電機極數一樣的異步電動機作為輔助電動機。利用輔助電動機牽引我們的同步電機來運動，先不給同步電機通入電網電壓，當輔助電動機牽引同步電機達到同步速時，然后用自整步法將同步電機投入電網，之后再切斷輔助異步電機的電源。很多人會有疑問，為什么不同時在投入電網時，就將輔助電動機切除。因為我們所使用的控制設備常常都會有一定的延時，其中有一定的時間誤差，這樣對于我們的同步機投入電網不利，會引起電流小小的波動。這種方法有一定的缺點，一方面是輔助電動機的加入會使得整個裝置的體積較大。而且這種方式只能空載起動，如果要帶負載起動，要求輔助電動機的容量要很大，投資會很大。

變頻起動法，對于電機來說，f=60n/P，所以根據這個公式，我們可以看出頻率和轉速是有著關系。通過對于頻率的控制，我們就可以控制轉速，頻率低，轉速就低，頻率高，轉速也會升高。所以在電機剛剛啟動的時候，可以將電源的頻率調的比較低，這樣與之對應的轉速就會偏低，然后逐漸提升電源的頻率到額定頻率，轉速也會隨著頻率的調整，逐漸升到額定轉速。

3 汽輪機的制動方法

對于同步電機來說，與異步電機的制動方法很相似，可以采用能耗制動。在能耗制動的方法中，可以串入大電阻來降低電流，來慢慢的降低轉速。在要進行制動的時候，將電源斷開，串入大電阻，將機械能所發出的電能消耗在所串的大電阻下。這種方法實現較為簡單，與起動時串電阻的方法有些相似。

同時我們還可以利用一些機械的方法來進行制動，常見的機械制動的方法有剎車和抱閘。這些的原理都是產生一個制動力矩來與我們產生的來使電機轉動的電磁力矩相反向，從而使得電機減速進而停車。

對于汽輪機來說，它是運用于實際的生產之中，在實際的生產中，會有很多的突然的情況產生，這是就需要有一些緊急的停車的措施。我們把這種使得汽輪機緊急停車的方法稱為打閘，相當于汽車中的手剎，是一種應對于非正常情況的緊急處理，也是剎車中的一種。但是我們在打閘時，有些注意事項，要注意轉速的變化過程，同時檢查油泵的出口壓力，并且要根據壓力的變化來起動輔助油泵，來保證在停機過程中的潤滑油壓。

4 汽輪機起動和制動的實現方式

汽輪機的使用地點最多的場所是火電廠，還有一些也是運用于大型的工程之中。對于大型的工程來說，最常使用的控制方式是通過可編程邏輯控制器。可編程邏輯控制器在工程的應用很廣泛，它的優點是控制簡單，程序是利用梯形圖來進行編寫，這些在控制起來也相對于容易，程序也很容易編寫。可編程邏輯控制器的價格也比較便宜，適用于工程中大量應用。但是其運算速度上不是很快，但是對于工程上來說，是已經足夠了。對于高精度的控制，我們可以使用單片機來進行控制，計算速度相對于可編程邏輯控制器有了很大的提升。現在近些年來，也出現了利用DSP來進行控制，DSP在其運算速度上有著很大的優勢，同時計算的精度也很高。但是DSP的價錢較高，現在還沒有廣泛使用。

汽輪機是隱極式同步電機，所以我們對于汽輪機的起動和制動的控制，要參照于同步電機的控制，掌握好基礎的同步電機的原理，才能更好進行汽輪機的控制。汽輪機是運用于實際的生產中，所以我們也要根據它在實際生產中的一些情況，結合這些基礎的方法來進行一些調整來進行更好的配合。在本文中我們只是介紹了一些汽輪機的基礎起動制動方法，但是掌握好其中的精髓才能在日后的生產生活中，更好更精確的控制。

參考文獻

[1]楊承剛，朝格圖胡日都，李茂林等.汽輪機故障樹診斷方法研究及應用[J].裝備制造技術，2014，（11）：50-54.

[2]戈寶軍，李波，李發海等.同步電機異步-同步起動過程分析[J].中國電機工程學報，2005，25（5）：93-97.

[3]邱建生.大型同步電機變頻起動初期反轉現象的原因分析及解決方法[J].大電機技術，2004，（6）：13-14.