異步發電機在石化企業中的應用

薛柏

摘要：石化企業中，因工藝結構的生產需要，大量的高壓蒸汽排放，造成能量流失。為了節約能源，充分利用高壓蒸汽能量，增加蒸汽透平發電機組向電網發電。而異步發電機與同步發電機相比較，因其并網方便，結構簡單、價格低廉，運行可靠等優點，受到越來越多的關注，也是獨立電力系統發電模塊發展方向之一。

關鍵詞：節約能源;異步發電機

一、異步發電機與同步發電機的優缺點比較

1、結構：異步發電機僅有一個主定子，轉子為鼠籠型，結構簡單，可靠、成本低。同步發電機雖然同樣可靠，但勵磁部分結構復雜，整體成本太高。

2、同步發電機需要勵磁裝置、以及勵磁調節器;異步發電機需要從電網獲得勵磁電流和無功功率，不需要勵磁等裝置。

3、異步發電機可強制并網，不需要同步裝置，同步發電機需要同期裝置。

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

二、異步發電機基本原理

異步發電機和電動機在結構上基本一致，主要在于何時為發電機或電動機。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，那么轉子轉速小于3000轉即小于同步速時，為電動機，吸收有功功率和無功功率。轉子轉速大于3000轉即大于同步速時，為發電機，吸收無功功率，發出有功功率;即用外力將轉子牽引轉速大于磁場同步速，n>n1，轉差率s=（n1-n）/n<0，來自原動力的機械功率在扣除各種損耗之后，轉換成電功率送給電網，將機械能轉化為電能。

同時，可根據異步電機的等效電路圖計算得知：

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

三、異步發電機運行時的相量分析

異步發電機正常運行時，簡單線路圖2，根據KCL可以得到如下方程：

1（負載電流）=（線路電流）+ 2（發電機電流）

根據異步發電機原理，正常運行時，應發出有功功率，吸收無功功率，

即cosφ<0，sinφ>O。

系統對負載供電時，因大部分負載為感性負載，應吸收有功功率和無功功率，

即cosφ>0，sinφ>O。

根據上述條件，可畫出異步發電機投入運后的電壓、電流相量圖。

在圖3中，畫出異步發電機不同功率因素對電力系統的影響。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論：

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

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

異步發電機運行時，要從電網吸收大量的無功功率，且異步電動機未配套相應電容補償裝置，造成功率因數較低。因此，生產裝置要有足夠的蒸汽量驅動異步發電機，使發出的有功要大于無功，否則將起不到節能作用。

四、異步發電機的并網

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

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

原動機帶動異步發電機達到同步轉速，斷路器合閘，發電機并網。轉速繼續上升，超過同步轉速時開始發電，發電機產生阻礙膨脹機轉速升高的電磁轉矩，隨轉速的不斷上升輸出功率逐漸增加。當膨脹機扭矩與電磁轉矩平衡時，膨脹機與發電機穩定運行，達到額定轉速。發電機組達到停機條件時，并網斷路器斷開，發電機脫離電網。

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

五、芳烴廠兩套發電機運行狀況

芳烴目前有兩套利用余熱回收的異步發電機組，制苯裝置GBT-831，功率1500KW，額定電壓6kV，額定轉速1487r/min，正常運行時，P=820kW，Q=-500KVar，cosφ=0.85;2#重整GBT204501，額定功率2240 kW，額定轉速1486r/min，正常運行時，P=1000 kW，Q=-750kVar，COSΦ=0.82 。從以上數據來看，兩發電機組均起到發電節能作用，但發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生的余熱的變化。