异步发电机在石化企业中的应用

薛柏

摘要：石化企业中，因工艺结构的生产需要，大量的高压蒸汽排放，造成能量流失。为了节约能源，充分利用高压蒸汽能量，增加蒸汽透平发电机组向电网发电。而异步发电机与同步发电机相比较，因其并网方便，结构简单、价格低廉，运行可靠等优点，受到越来越多的关注，也是独立电力系统发电模块发展方向之一。

关键词：节约能源;异步发电机

一、异步发电机与同步发电机的优缺点比较

1、结构：异步发电机仅有一个主定子，转子为鼠笼型，结构简单，可靠、成本低。同步发电机虽然同样可靠，但励磁部分结构复杂，整体成本太高。

2、同步发电机需要励磁装置、以及励磁调节器;异步发电机需要从电网获得励磁电流和无功功率，不需要励磁等装置。

3、异步发电机可强制并网，不需要同步装置，同步发电机需要同期装置。

4、发电质量：同步发电机输出的电压波形非常接近于标准正弦波，质量高，谐波含量极小;异步发电机输出电压波形驳杂，谐波含量高，质量差，对电氣设备危害大，若增加整波装置则成本很高。

二、异步发电机基本原理

异步发电机和电动机在结构上基本一致，主要在于何时为发电机或电动机。假定作为电动机时，输入线圈绕组频率50HZ、电压10kV，磁场同步速为3000转，那么转子转速小于3000转即小于同步速时，为电动机，吸收有功功率和无功功率。转子转速大于3000转即大于同步速时，为发电机，吸收无功功率，发出有功功率;即用外力将转子牵引转速大于磁场同步速，n>n1，转差率s=（n1-n）/n<0，来自原动力的机械功率在扣除各种损耗之后，转换成电功率送给电网，将机械能转化为电能。

同时，可根据异步电机的等效电路图计算得知：

当s=（n1-n）/n<0时，端口 COSΦ<0，即可得知：P1=√31*1 *COSΦ<0，即向电网输出有功功率。

三、异步发电机运行时的相量分析

异步发电机正常运行时，简单线路图2，根据KCL可以得到如下方程：

1（负载电流）=（线路电流）+ 2（发电机电流）

根据异步发电机原理，正常运行时，应发出有功功率，吸收无功功率，

即cosφ<0，sinφ>O。

系统对负载供电时，因大部分负载为感性负载，应吸收有功功率和无功功率，

即cosφ>0，sinφ>O。

根据上述条件，可画出异步发电机投入运后的电压、电流相量图。

在图3中，画出异步发电机不同功率因素对电力系统的影响。如电压和2相位差为φ，功率因素为 cosφ;电压和2′相位差为φ′功率因素为cosφ′。从该相量图可得出结论：

1）异步发电机功率因素cosφ越高，该电力系统功率因素cosφ1越高，且输出电流越小，即减少了系统输出，起到节能作用。

2）异步发电机功率因素cosφ′越低，或发出无功功率大于有功功率，则电力系统功率因素cosφ2越低，且输出电流′越大，即增加了系统输出，未起到节能作用。

异步发电机运行时，要从电网吸收大量的无功功率，且异步电动机未配套相应电容补偿装置，造成功率因数较低。因此，生产装置要有足够的蒸汽量驱动异步发电机，使发出的有功要大于无功，否则将起不到节能作用。

四、异步发电机的并网

异步发电机的并网比较简单，只需要将转子拖动到尽可能接近同步转速，并且转向和定子磁场转向一致即可并入电网。发电机的输出频率取决于电网的频率，并在异步发电机接入电网时自动建立起来。发电机直接以电网激励的定子旋转磁场作为磁通，并入电网后，异步电机向电网输送的电流频率与其自身的转差率无关，总是等于电网的频率。

并网运行时，异步发电机从电网吸收滞后的无功功率以维持电子旋转磁场，并向电网输送有功电能。异步发电机并网时不需要整步，运行过程中不会发生振荡，当原动机转速增加时，发电机向电网输出的电流和功率增大，但电压和频率不变。异步发电机并网原理图如下所示：

原动机带动异步发电机达到同步转速，断路器合闸，发电机并网。转速继续上升，超过同步转速时开始发电，发电机产生阻碍膨胀机转速升高的电磁转矩，随转速的不断上升输出功率逐渐增加。当膨胀机扭矩与电磁转矩平衡时，膨胀机与发电机稳定运行，达到额定转速。发电机组达到停机条件时，并网断路器断开，发电机脱离电网。

该方案采用的是目前最为通用、经济的方案。膨胀机（汽轮机）拖动电机启动，达到同步转速时断路器合闸并入电网，当转速大于同步转速时向电网输出有功电能。

五、芳烃厂两套发电机运行状况

芳烃目前有两套利用余热回收的异步发电机组，制苯装置GBT-831，功率1500KW，额定电压6kV，额定转速1487r/min，正常运行时，P=820kW，Q=-500KVar，cosφ=0.85;2#重整GBT204501，额定功率2240 kW，额定转速1486r/min，正常运行时，P=1000 kW，Q=-750kVar，COSΦ=0.82 。从以上数据来看，两发电机组均起到发电节能作用，但发电量距离额定功率较远，未能最大化利用，最终要取决于装置产生的余热的变化。