汽輪機起動制動方案

劉彥寶

摘 要：汽輪機在火電廠中發(fā)揮著不可替代的作用，它是產(chǎn)生電能的重要環(huán)節(jié)，對于我們的生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)生電能。所以對于汽輪機的控制是十分重要的，它的啟動、調(diào)速、制動，都關系著整個發(fā)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(fā)電機。我們分為倆部分內(nèi)容來介紹，同步發(fā)電機的原理和隱極機。

同步發(fā)電機是由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式。旋轉(zhuǎn)磁極式是以電樞為定子，磁極為轉(zhuǎn)子，使磁極旋轉(zhuǎn)，勵磁電流通過集電環(huán)送入勵磁繞組[1]。旋轉(zhuǎn)電樞式是以磁極為定子，電樞為轉(zhuǎn)子。使電樞旋轉(zhuǎn)起來，電樞電流通過轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)整流器整流后，直接為同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組供電。對于同步機，最為重要的就是定子、轉(zhuǎn)子和氣隙。定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場）。氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機內(nèi)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(zhuǎn)子分為凸極式轉(zhuǎn)子和隱極式轉(zhuǎn)子。凸極式轉(zhuǎn)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(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極。對水輪發(fā)電機來說，由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極數(shù)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(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極。隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面開有槽，這些槽中嵌放著勵磁繞組。在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)N極和S極。在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成細長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)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(wǎng)也有很大的沖擊。我們經(jīng)常見的例子，在原來的農(nóng)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(wǎng)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wǎng)電壓，這樣先按照異步電動機起動，等到轉(zhuǎn)速到達同步速的時候，我們就可以將這個附加電阻去掉，轉(zhuǎn)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(wǎng)電壓之下，阻值越大，所產(chǎn)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(zhuǎn)速逐漸提升達到額定轉(zhuǎn)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(shù)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(wǎng)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(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)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(jù)這個公式，我們可以看出頻率和轉(zhuǎn)速是有著關系。通過對于頻率的控制，我們就可以控制轉(zhuǎn)速，頻率低，轉(zhuǎn)速就低，頻率高，轉(zhuǎn)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(diào)的比較低，這樣與之對應的轉(zhuǎn)速就會偏低，然后逐漸提升電源的頻率到額定頻率，轉(zhuǎn)速也會隨著頻率的調(diào)整，逐漸升到額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fā)出的電能消耗在所串的大電阻下。這種方法實現(xiàn)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(chǎn)生一個制動力矩來與我們產(chǎn)生的來使電機轉(zhuǎn)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(chǎn)之中，在實際的生產(chǎn)中，會有很多的突然的情況產(chǎn)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(zhuǎn)速的變化過程，同時檢查油泵的出口壓力，并且要根據(jù)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(xiàn)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?？删幊踢壿嬁刂破髟诠こ痰膽煤軓V泛，它的優(yōu)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?？删幊踢壿嬁刂破鞯膬r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(jīng)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?，F(xiàn)在近些年來，也出現(xiàn)了利用DSP來進行控制，DSP在其運算速度上有著很大的優(yōu)勢，同時計算的精度也很高。但是DSP的價錢較高，現(xiàn)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(chǎn)中，所以我們也要根據(jù)它在實際生產(chǎn)中的一些情況，結合這些基礎的方法來進行一些調(diào)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(chǎn)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(fā)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(zhuǎn)現(xiàn)象的原因分析及解決方法[J].大電機技術，2004，（6）：13-14.