一、引言
杭氧石化工程公司承接的卫星能源、扬子江石化、烟台万华、山东京博等公司丙烷脱氢或异丁烷脱氢项目，业主采用的是美国UOP公司的工艺包，UOP工艺包设计用发电机回收膨胀机的膨胀功发电，平衡膨胀功稳定膨胀机转速的方式。膨胀机选用ATLAS-MAFI产品，带发电保护柜。
二、发电机类型选择
介质在膨胀机中膨胀过程中，将压缩气体的能量释放，推动膨胀机加速运转，如果没有外来阻力平衡，膨胀机的转速会越来越高，直至发生飞车事故。工艺包中膨胀机的额定转速为33 000r/min，当膨胀机升速至33 000r/min时，需要有外力平衡保证膨胀机，使其在额定转速下运行。这个外力要及时准确的投入，并且根据膨胀机的转速升高，阻力矩自动增加，直至达到平衡。根据这个原理，工艺包要求选用三相鼠龙式异步发电机来吸收膨胀功发电，将膨胀功产生的机械能转换为电能回馈到电网，同时产生平衡阻力矩。因为膨胀机的额定转速比较高，为了使膨胀机与发电机间变速比不至于过大，选择2极电动机，同步转速n1=60f1/p=60X50/1=3000 r/min。
三、发电机工作原理
选择的鼠龙式异步发电机结构与鼠龙式异步电动机结构相同，是由定子和鼠龙式转子两大部分组成。当在定子三相绕组中通入对称三相电流时，在电机的内部空间产生一个转速为n1=60f1/p的旋转的磁场，其中：f1为外加电源电压的频率，p为磁极对数，n1叫做同步转速。发电机转子的转述也叫发电机的转速，用n表示。
1.发电机工作在电动状态。n< n1时，如果发电机的定子与电网连接，定子绕组中流过三相对称电流，此电流在电机内部空间产生旋转磁场φ，旋转磁场的转速为n1=60f1/p，转子导体与旋转磁场存在相对运动，转子切割旋转磁场，产生感生电动势，在鼠龙转子中有感生电流流过i2产生，流过感生电流i2的鼠龙转子在旋转磁场φ中受到电磁力的作用，产生电磁转矩T=KmφI22，其中Km为转矩常数。
2是转子中每相绕组的功率因数。根据左手定则判断，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向相同，如图1所示，推动转子旋转，转子转速n的旋转方向与旋转磁场转速n1方向相同。这时发电机是从电网吸收电能，工作在电动机状态，将吸收的电能转换为机械能，与膨胀功一起推动膨胀机加速运转。这种情况要避免发生。
2.发电机工作在发电状态。如果在膨胀机膨胀功这个外力作用下，发电机转子的转速高于同步转速，即n>n1，鼠龙转子切割磁力线的方向发生了改变，鼠龙转子产生的感生电流为-i2，方向与电动状态正好相反，转子感生电流与定子磁场相互作用，产生与n1相反方向的电磁转矩T‘=Kmφ（-I2)2=- KmφI22 ，阻碍转子转速的上升，使膨胀机的转速得到稳定。同时转子感生电流的磁场作用在定子绕组上，将膨胀功的机械能变成电能馈送给电网，电机工作在发电状态。如图2所示，这个原理与异步电动机再生发电状态（回馈制动状态）相同。
3.发电机发出电压的频率。发电机发出电压的频率是否与电网的频率相同呢?发电机工作在发电状态时，转子电流产生的旋转磁场转速是n2=60f2/p=60sf1/p=s n1与n1方向相反，转子以n的速度旋转，则转子电流产生的旋转磁场作用在定子上,相当于n+n2，n +n2 =（1-s）n1-s n1= n1，(以n1的旋转方向为参考方向，s=( n1 - n)/n1，s<0, n2< 0)，由此可见，无论转子的转速多大，转子旋转磁场和定子的旋转磁场，总是以同一转速在定子空间相对定子旋转着，这两个磁场之间没有相对运动，所以转子的磁场在定子绕组上产生的感生电动势的频率为f1，与电网平率相同。
4.膨胀机转速随负载波动后的稳定过程。发电机发出电压的大小会通过膨胀机的转速变化自动调整，过程如下：n上升，转差率s的绝对值上升（n>n1），转子感生电动势E2上升，转子电流I2上升，通过电磁感应作用，发电机发出电压U1增加，则(U1-U )增加（U为电网电压），输出电流增加，发电机作用在膨胀机的电磁阻力矩增加，转速n减小，转速得到稳定。
四、发电机并网、解列
1.发电机并网。首次开机前，要确认发电机电动运行时的旋转方向，只有电动运行状态时的旋转方向与膨胀机的运行时的旋转方向一致，才可以将发电机与膨胀机连接在一起。
膨胀机转速与发电机转速比为11/1，膨胀机额定转速33 000r/min，发电机额定转速3 000r/min。膨胀机启动时，发电机不与电网连接，发电机没有励磁，相当于膨胀机的一个机械负荷，发电机的定子、转子绕组中没有电压、电流。膨胀机启动后，膨胀机在膨胀功的推动下带动发电机加速运转，当膨胀机的转速达接近额定转速33 000r/min时，发电机侧转速达到3000 X99%时（允许偏差：n=(2910~2970)RPM），DCS根据系统测速单元检测的信号发出合闸命令至高压柜，高压柜断路器合闸，发电机并网。
并网后，发电机定子加入三相对称电流，在发电机内部空间产生转速为n1=60f1/p=60x50/2=3 000r/min的旋转磁场，发电机有了励磁磁场，由于此时发电机的转速n小于n1相同，发电机工作在电动状态，吸收电网电能，与膨胀功一起带动膨胀机加速旋转，当发电机的转速达到3 000r/min时，转子导体与旋转磁场没有相对运动，转子导体中没有感生电动势产生，所以，发电机既不发电，也不从电网吸收电能。随着膨胀机转速的升高，n>n1，转子的转速高于旋转磁场的转速，转子导体与旋转磁场产生相对运动，切割磁力线产生感生电动势、感生电流，感生电流的磁场作用在定子绕组上，将膨胀机膨胀功的机械能转化为电能，发电机发电。同时产生阻碍膨胀机加速运旋转的电磁转矩，随着转速继续的上升，电磁转矩增加，当膨胀机的驱动转矩与发电机的电磁转矩相平衡时，膨胀机转速不再加速上升而趋于稳定，即发电机的电磁转矩等于膨胀功的驱动力矩时，膨胀机便以某一转速下稳定运行，转速在33 000r/min附近略大于33 000r/min。
2.发电机解列。膨胀机正常停车或故障停车时，工艺先发出停膨胀机信号，停膨胀机，经过5S左右时间，发电机发出的电功率降至额定功率的20%左右时，DCS发停车命令至高压柜，高压柜断路器分闸，发电机脱离电网，励磁消失，发电机不再发电。
五、发电机保护
膨胀机带发电机的作用除了发电，将膨胀机的动能转化为电能馈送给电网以外，更主要的作用是用来平衡膨胀机膨胀功的驱动力矩，使膨胀机稳定运行。所以除非发生短路事故，高压开关柜断路器可以直接跳闸，使发电机脱离电网（同时给DCS一个停机信号，将膨胀机停下来）。其它电气故障都要将信号送至DCS，工艺做好停膨胀机的相应操作，然后由DCS发信号给高压柜，高压柜断路器分闸，发电机与电网脱离。
在保护中，逆功率保护非常重要。如果发电机侧转速低于3 000 r/min将发电机与电网连接，n<n1；或膨胀机停机时，DCS送到高压柜的分闸信号延时到n<n1时，发电机将工作在电动机状态，从电网吸收电能，将电能转化机械能，驱动膨胀机运转，这种情况对膨胀机运行不利，保护中要设有逆功率保护，逆功率超过3%的额定功率，将此信号送至DCS系统，由DCS发出分闸信号，若逆功率未超过3%的额定功率，则延时10S后，如果逆功率仍然存在，DCS发跳闸信号至高压开关柜，断路器分闸。
杭氧石化工程公司承接的卫星能源、扬子江石化、烟台万华、山东京博等公司丙烷脱氢或异丁烷脱氢项目，业主采用的是美国UOP公司的工艺包，UOP工艺包设计用发电机回收膨胀机的膨胀功发电，平衡膨胀功稳定膨胀机转速的方式。膨胀机选用ATLAS-MAFI产品，带发电保护柜。
二、发电机类型选择
介质在膨胀机中膨胀过程中，将压缩气体的能量释放，推动膨胀机加速运转，如果没有外来阻力平衡，膨胀机的转速会越来越高，直至发生飞车事故。工艺包中膨胀机的额定转速为33 000r/min，当膨胀机升速至33 000r/min时，需要有外力平衡保证膨胀机，使其在额定转速下运行。这个外力要及时准确的投入，并且根据膨胀机的转速升高，阻力矩自动增加，直至达到平衡。根据这个原理，工艺包要求选用三相鼠龙式异步发电机来吸收膨胀功发电，将膨胀功产生的机械能转换为电能回馈到电网，同时产生平衡阻力矩。因为膨胀机的额定转速比较高，为了使膨胀机与发电机间变速比不至于过大，选择2极电动机，同步转速n1=60f1/p=60X50/1=3000 r/min。
三、发电机工作原理
选择的鼠龙式异步发电机结构与鼠龙式异步电动机结构相同，是由定子和鼠龙式转子两大部分组成。当在定子三相绕组中通入对称三相电流时，在电机的内部空间产生一个转速为n1=60f1/p的旋转的磁场，其中：f1为外加电源电压的频率，p为磁极对数，n1叫做同步转速。发电机转子的转述也叫发电机的转速，用n表示。
1.发电机工作在电动状态。n< n1时，如果发电机的定子与电网连接，定子绕组中流过三相对称电流，此电流在电机内部空间产生旋转磁场φ，旋转磁场的转速为n1=60f1/p，转子导体与旋转磁场存在相对运动，转子切割旋转磁场，产生感生电动势，在鼠龙转子中有感生电流流过i2产生，流过感生电流i2的鼠龙转子在旋转磁场φ中受到电磁力的作用，产生电磁转矩T=KmφI22，其中Km为转矩常数。
2是转子中每相绕组的功率因数。根据左手定则判断，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向相同，如图1所示，推动转子旋转，转子转速n的旋转方向与旋转磁场转速n1方向相同。这时发电机是从电网吸收电能，工作在电动机状态，将吸收的电能转换为机械能，与膨胀功一起推动膨胀机加速运转。这种情况要避免发生。
2.发电机工作在发电状态。如果在膨胀机膨胀功这个外力作用下，发电机转子的转速高于同步转速，即n>n1，鼠龙转子切割磁力线的方向发生了改变，鼠龙转子产生的感生电流为-i2，方向与电动状态正好相反，转子感生电流与定子磁场相互作用，产生与n1相反方向的电磁转矩T‘=Kmφ（-I2)2=- KmφI22 ，阻碍转子转速的上升，使膨胀机的转速得到稳定。同时转子感生电流的磁场作用在定子绕组上，将膨胀功的机械能变成电能馈送给电网，电机工作在发电状态。如图2所示，这个原理与异步电动机再生发电状态（回馈制动状态）相同。
3.发电机发出电压的频率。发电机发出电压的频率是否与电网的频率相同呢?发电机工作在发电状态时，转子电流产生的旋转磁场转速是n2=60f2/p=60sf1/p=s n1与n1方向相反，转子以n的速度旋转，则转子电流产生的旋转磁场作用在定子上,相当于n+n2，n +n2 =（1-s）n1-s n1= n1，(以n1的旋转方向为参考方向，s=( n1 - n)/n1，s<0, n2< 0)，由此可见，无论转子的转速多大，转子旋转磁场和定子的旋转磁场，总是以同一转速在定子空间相对定子旋转着，这两个磁场之间没有相对运动，所以转子的磁场在定子绕组上产生的感生电动势的频率为f1，与电网平率相同。
4.膨胀机转速随负载波动后的稳定过程。发电机发出电压的大小会通过膨胀机的转速变化自动调整，过程如下：n上升，转差率s的绝对值上升（n>n1），转子感生电动势E2上升，转子电流I2上升，通过电磁感应作用，发电机发出电压U1增加，则(U1-U )增加（U为电网电压），输出电流增加，发电机作用在膨胀机的电磁阻力矩增加，转速n减小，转速得到稳定。
四、发电机并网、解列
1.发电机并网。首次开机前，要确认发电机电动运行时的旋转方向，只有电动运行状态时的旋转方向与膨胀机的运行时的旋转方向一致，才可以将发电机与膨胀机连接在一起。
膨胀机转速与发电机转速比为11/1，膨胀机额定转速33 000r/min，发电机额定转速3 000r/min。膨胀机启动时，发电机不与电网连接，发电机没有励磁，相当于膨胀机的一个机械负荷，发电机的定子、转子绕组中没有电压、电流。膨胀机启动后，膨胀机在膨胀功的推动下带动发电机加速运转，当膨胀机的转速达接近额定转速33 000r/min时，发电机侧转速达到3000 X99%时（允许偏差：n=(2910~2970)RPM），DCS根据系统测速单元检测的信号发出合闸命令至高压柜，高压柜断路器合闸，发电机并网。
并网后，发电机定子加入三相对称电流，在发电机内部空间产生转速为n1=60f1/p=60x50/2=3 000r/min的旋转磁场，发电机有了励磁磁场，由于此时发电机的转速n小于n1相同，发电机工作在电动状态，吸收电网电能，与膨胀功一起带动膨胀机加速旋转，当发电机的转速达到3 000r/min时，转子导体与旋转磁场没有相对运动，转子导体中没有感生电动势产生，所以，发电机既不发电，也不从电网吸收电能。随着膨胀机转速的升高，n>n1，转子的转速高于旋转磁场的转速，转子导体与旋转磁场产生相对运动，切割磁力线产生感生电动势、感生电流，感生电流的磁场作用在定子绕组上，将膨胀机膨胀功的机械能转化为电能，发电机发电。同时产生阻碍膨胀机加速运旋转的电磁转矩，随着转速继续的上升，电磁转矩增加，当膨胀机的驱动转矩与发电机的电磁转矩相平衡时，膨胀机转速不再加速上升而趋于稳定，即发电机的电磁转矩等于膨胀功的驱动力矩时，膨胀机便以某一转速下稳定运行，转速在33 000r/min附近略大于33 000r/min。
2.发电机解列。膨胀机正常停车或故障停车时，工艺先发出停膨胀机信号，停膨胀机，经过5S左右时间，发电机发出的电功率降至额定功率的20%左右时，DCS发停车命令至高压柜，高压柜断路器分闸，发电机脱离电网，励磁消失，发电机不再发电。
五、发电机保护
膨胀机带发电机的作用除了发电，将膨胀机的动能转化为电能馈送给电网以外，更主要的作用是用来平衡膨胀机膨胀功的驱动力矩，使膨胀机稳定运行。所以除非发生短路事故，高压开关柜断路器可以直接跳闸，使发电机脱离电网（同时给DCS一个停机信号，将膨胀机停下来）。其它电气故障都要将信号送至DCS，工艺做好停膨胀机的相应操作，然后由DCS发信号给高压柜，高压柜断路器分闸，发电机与电网脱离。
在保护中，逆功率保护非常重要。如果发电机侧转速低于3 000 r/min将发电机与电网连接，n<n1；或膨胀机停机时，DCS送到高压柜的分闸信号延时到n<n1时，发电机将工作在电动机状态，从电网吸收电能，将电能转化机械能，驱动膨胀机运转，这种情况对膨胀机运行不利，保护中要设有逆功率保护，逆功率超过3%的额定功率，将此信号送至DCS系统，由DCS发出分闸信号，若逆功率未超过3%的额定功率，则延时10S后，如果逆功率仍然存在，DCS发跳闸信号至高压开关柜，断路器分闸。
