大型无旁路系统汽轮机启动过程控制策略
刘彦宝
摘 要：汽轮机在火电厂中发挥着不可替代的作用，它是产生电能的重要环节，对于我们的生产过程来说，对于汽轮机的控制是很重要的，特别是启动和制动这两个方面。本文就要来探讨一下汽轮机有哪些启动和制动方案。
关键词：汽轮机；起动制动；方案
中图分类号：U664.12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0075-01
对于我们的火电厂来说，汽轮机发挥的作用是相当之大的，它利用蒸汽的推动作用来进行运动，从而产生电能。所以对于汽轮机的控制是十分重要的，它的启动、调速、制动，都关系着整个发电过程。下面我们就来探讨一下汽轮机的起动和制动方案。
1 汽轮机原理简述
汽轮机是一种隐极式同步发电机。我们分为俩部分内容来介绍，同步发电机的原理和隐极机。
同步发电机是由固定的定子和可旋转的转子，分为旋转磁极式和旋转电枢式。旋转磁极式是以电枢为定子，磁极为转子，使磁极旋转，励磁电流通过集电环送入励磁绕组[1]。旋转电枢式是以磁极为定子，电枢为转子。使电枢旋转起来，电枢电流通过转子轴上的旋转整流器整流后，直接为同步电机的转子励磁绕组供电。对于同步机，最为重要的就是定子、转子和气隙。定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）。气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。
同步电机的转子分为凸极式转子和隐极式转子。凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈。当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为N极和S极。对水轮发电机来说，由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式结构工艺上较为简单。中小型同步电机多半也做成凸极式。隐极式转子上没有凸出的磁极。隐极式转子上没有凸出的磁极。沿着转子本体圆周表面开有槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽构成大齿，是磁极的中心。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现N极和S极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。
2 汽轮机的启动
汽轮机的起动我们可以参照同步电机的启动方式。无论是异步电机还是同步电机，都不建议直接启动。直接起动可以用于一些小型电机，因为直接启动，电流会很大，这样对于我们的起动是十分不利的，会对电网也有很大的冲击。我们经常见的例子，在原来的农村之中，有很多磨面的作坊，只要一开机，村子中的灯都会变暗一阵，直到这个电机完全启动。磨面机就是直接启动[2]。同步电机在定子直接投入电网，转子加上直流励磁的条件下，无法自行启动，必须借助其他方法。我们常见的有三种方法，异步起动法，辅助电动机起动法，变频起动法。
异步起动法，就是将同步电机先按异步电机起动的方式进行起动，这个方法是在转子上装设类似于在鼠笼感应电机中的启动绕组，及阻尼绕组。我们利用附加绕组串接在回路之中，形成闭合回路。对于这个附加绕组的大小的选择，通常我们选择的是励磁绕组的电阻值十倍左右的电阻。之后将同步电动机的定子连上电网电压，这样先按照异步电动机起动，等到转速到达同步速的时候，我们就可以将这个附加电阻去掉，转而投入我们的正常的励磁绕组。对于方法很像异步电动机的串电阻起动。通过串接电阻，由于欧姆定律，在同样的电网电压之下，阻值越大，所产生的电流越小。在电机刚启动时，串接进入较大的电阻就能降低起动电流，在转速逐渐提升达到额定转速时，就可以将电阻切除。这种方法是在同步电机起动中用到最为广泛的一种起动方法。
辅助电机起动法，这种方法是悬着和我们要起动的同步电机极数一样的异步电动机作为辅助电动机。利用辅助电动机牵引我们的同步电机来运动，先不给同步电机通入电网电压，当辅助电动机牵引同步电机达到同步速时，然后用自整步法将同步电机投入电网，之后再切断辅助异步电机的电源。很多人会有疑问，为什么不同时在投入电网时，就将辅助电动机切除。因为我们所使用的控制设备常常都会有一定的延时，其中有一定的时间误差，这样对于我们的同步机投入电网不利，会引起电流小小的波动。这种方法有一定的缺点，一方面是辅助电动机的加入会使得整个装置的体积较大。而且这种方式只能空载起动，如果要带负载起动，要求辅助电动机的容量要很大，投资会很大。
变频起动法，对于电机来说，f=60n/P，所以根据这个公式，我们可以看出频率和转速是有着关系。通过对于频率的控制，我们就可以控制转速，频率低，转速就低，频率高，转速也会升高。所以在电机刚刚启动的时候，可以将电源的频率调的比较低，这样与之对应的转速就会偏低，然后逐渐提升电源的频率到额定频率，转速也会随着频率的调整，逐渐升到额定转速。
3 汽轮机的制动方法
对于同步电机来说，与异步电机的制动方法很相似，可以采用能耗制动。在能耗制动的方法中，可以串入大电阻来降低电流，来慢慢的降低转速。在要进行制动的时候，将电源断开，串入大电阻，将机械能所发出的电能消耗在所串的大电阻下。这种方法实现较为简单，与起动时串电阻的方法有些相似。
同时我们还可以利用一些机械的方法来进行制动，常见的机械制动的方法有刹车和抱闸。这些的原理都是产生一个制动力矩来与我们产生的来使电机转动的电磁力矩相反向，从而使得电机减速进而停车。
对于汽轮机来说，它是运用于实际的生产之中，在实际的生产中，会有很多的突然的情况产生，这是就需要有一些紧急的停车的措施。我们把这种使得汽轮机紧急停车的方法称为打闸，相当于汽车中的手刹，是一种应对于非正常情况的紧急处理，也是刹车中的一种。但是我们在打闸时，有些注意事项，要注意转速的变化过程，同时检查油泵的出口压力，并且要根据压力的变化来起动辅助油泵，来保证在停机过程中的润滑油压。
4 汽轮机起动和制动的实现方式
汽轮机的使用地点最多的场所是火电厂，还有一些也是运用于大型的工程之中。对于大型的工程来说，最常使用的控制方式是通过可编程逻辑控制器。可编程逻輯控制器在工程的应用很广泛，它的优点是控制简单，程序是利用梯形图来进行编写，这些在控制起来也相对于容易，程序也很容易编写。可编程逻辑控制器的价格也比较便宜，适用于工程中大量应用。但是其运算速度上不是很快，但是对于工程上来说，是已经足够了。对于高精度的控制，我们可以使用单片机来进行控制，计算速度相对于可编程逻辑控制器有了很大的提升。现在近些年来，也出现了利用DSP来进行控制，DSP在其运算速度上有着很大的优势，同时计算的精度也很高。但是DSP的价钱较高，现在还没有广泛使用。
汽轮机是隐极式同步电机，所以我们对于汽轮机的起动和制动的控制，要参照于同步电机的控制，掌握好基础的同步电机的原理，才能更好进行汽轮机的控制。汽轮机是运用于实际的生产中，所以我们也要根据它在实际生产中的一些情况，结合这些基础的方法来进行一些调整来进行更好的配合。在本文中我们只是介绍了一些汽轮机的基础起动制动方法，但是掌握好其中的精髓才能在日后的生产生活中，更好更精确的控制。
参考文献
[1]杨承刚，朝格图胡日都，李茂林等.汽轮机故障树诊断方法研究及应用[J].装备制造技术，2014，（11）：50-54.
[2]戈宝军，李波，李发海等.同步电机异步-同步起动过程分析[J].中国电机工程学报，2005，25（5）：93-97.
[3]邱建生.大型同步电机变频起动初期反转现象的原因分析及解决方法[J].大电机技术，2004，（6）：13-14.
