异步发电机在首钢曹妃甸空分装置上的应用.pdf

煤化工配套大型空分设备技术交流会论文集 异步发电机在首钢曹妃甸空分装置上的应用 徐玲。李祥荣 (林德工程(杭州)有限公司设计部，310007) 摘要：论述了异步发电机的结构、发电原理和激励方式，着重分析了膨胀机一异步发电机机组在空分装置中的 应用，并网保护及详细的解决方案。 关键词：空分装置；膨胀机一异步发电机机组；发电原理；激励方式；并网；逆功率保护；超速保护 1．引言 首钢集团联合唐山钢铁集团成立了首钢京唐钢铁联合有限责任公司(简称首钢)，此联合公 司将于2008年奥运会之前把首钢集团部分地从北京搬迁到河北省唐山市曹妃甸工业园区，争 取京唐钢铁公司一期工程于2008年奥运会之前产钢。同时还给北京一个无污染、环保的2008 年奥运会环境。我们林德工程(杭州)有限公司为首钢顺利产钢提供2套氧产量为75000± 20000Nm3／h的变负荷空分装置。我fIJ林德工程德国慕尼黑总部从多种工艺流程中择取了最经 济、能耗低、投资少、可靠性高、控制系统先进，操作方便的空分流程。项目名定为首钢曹妃甸空 分项目。在每套空分装置冷箱设备中，配置了3台CRYOSTAR公司制造的涡轮膨胀机一异步发 电机机组。涡轮膨胀机在膨胀高压氮气时发出动力做功，驱动异步发电机发电回收能量。发电 机起到了制动作用，防止膨胀机飞车；发电机采用的是鼠笼式三相异步电机。 2．异步发电机的结构和发电原理 2．1异步发电机的结构 从结构上来说，三相鼠笼式异步发电机的基本结构与三相鼠笼式异步电动机相同。它们的 区别就是，前者把机械能转化为电能，后者把电能转化为机械能。 鼠笼式异步发电机由两部分组成：定子和转子。定子中有三组绕组，绕在硅钢片的芯子上。 转子被定子环抱着，它的主体是导条和短路环，为了增强磁场，还有一个嵌于转子内的由硅钢片 叠成的铁心。 2．2异步发电机的发电原理 我们知道，当定子绕组中通以三相交变电流时，便在定子绕组中形成一个旋转的磁场，旋转 的磁场切割转子．将会在转子的导条中感应出电动势，感应电动势产生电流。该电流受到磁场 的作用产生转动力矩，驱使转子转动，这就是异步电动机的工作原理。如果我们让某种原动机 带动转子转动，并且让转子转速大于磁场的转速，那么就会在定子绕组中感应出电动势，若定子 绕组外接电路，同样，感应电动势产生感应电流，这样异步机就向外电路输送电能了。这就是异 步发电机的工作原理。具体发电原理是这样的： 2．2．1只要异步机的转子铁芯中存在剩磁，则定子绕组必然包裹着一定数量的磁力线，也 就会有一定数量的磁通?存在。当转子被膨胀机(或其它原动机)拖动以后，剩磁的磁场也会旋 转起来，切割定子绕组，便在定子绕组内产生感应电动势E，这个感应电动势的相位必然滞后磁 通900，并且使定子绕组中产生了电场，就建立了电压U，电压u的作用与感应电动势的作用相 122 配套设备技术篇 反，它的相位必然与E的相位相反，相差180。，如图1所示。如果定子绕组处于开路状态，则电 压U将不会产生电流。若外电路接通，定子绕组中的电荷在电压U的作用下形成电流I。该电 流与电压之间的相位关系由电路的性质来决定。假如闭合回路的总阻抗是纯感性的，则电流I 的相位应比电压滞后900，则与谚的相位相同。如图l所示。 2．2．2电流I不仅要从外电路中流过，同时也必定要流过定子绕组本身，从而在绕组中产 生一个新的磁通p1。根据电流磁效应的特点，9l总是正比于I，从而两者的相位必然相同。这 样，巧l与≯也就具有相同的相位，于是移l与口叠加，相互加强，则使总磁场加强。新的磁通一l 也会像一一样，感应出电动势E1，电压u1，电流11和磁通配；磁通以又如谚1一样，这样一旦有 足够强的磁场，也就可以产生足够高的电动势，输出足够高的电压，满足用户电网需求。 从上面可以看出，若电路是纯容性的，则电流I的相位将超前电压90。，这样谚1的相位将与 移相反，磁场则相互减弱，不可能相互加强，结果电机将不会发电。因此只要电路呈感性，异步 机就能发电。 I U - I oa1 口n o 一 U