《《精编》发电电动机的特点与启动介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》发电电动机的特点与启动介绍（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、发电电动机 陈涛摘抄一、发电电动机的特点抽水蓄能电站使用的发电机，即可作为发电机运行也可作为电动机运行。1、运行特点（1） 旋转方向。可逆式抽水蓄能机组的旋转方向在作发电运行与作抽水运行时相反，因此发电电动机需要适应双向旋转。双向旋转电机在通风冷却和推力轴承结构设计等方面带来许多与常规水轮发电机不同的特点。对于水泵和水轮机分开设置的三机式机组，通常发电与抽水工况下机组旋转方向相同，与其同轴相联的发电电动机也就只有一种旋转方向。（2） 抽水工况的启动方式。发电电动机和常规的水轮发电电动机一样是同步电机，在抽水工况下机组启动主要取决于电网容量及单机容量。当单机容量不大时，可以利用电动机转子磁极上设
2、置的阻尼绕组产生的异步力矩启动。当单机容量较大时，为避免启动电流过大对电网的不利影响，必须采用其他方法。（3） 频繁启停。抽水蓄能机组在电网中通常担负调峰填谷任务，每天至少开停机两次。此外还经常担负调频、调相和旋转备用任务。机组在结构设计上必须要适应这种频繁启停要求，如定子机座、绝缘线棒设计时要考虑由此产生的温度变形和应力的影响。（4） 运行工况多变产生复杂的过渡过程。发电电动机除运行在发电、抽水工况外，还可运行在发电调相、抽水调相工况，这些工况依据电网需要而不断转换，在转换过程中将产生各种复杂的水力过渡过程、机电暂态过程，使机组产生比常规水轮发电机大而复杂得多的振动，对机组结构设计提出了更严
3、格的要求。2、结构特点（1）总体布置发电电动机的总体布置形式与常规水轮发电机相同。几乎全部都是立式机组。（2）定子结构特点可逆式机组由于向高水头方向发展，使发电电动机额定转速不断提高，形成定子外径较小、定子铁芯长度高的特点，这就要求在通风冷却方面采取措施，以保证定子线棒沿铁芯长度的温度分布尽可能均匀。发电电动机由于频繁启停，温度变化剧烈，在定子机座、线棒在槽中固定等方面都要考虑防止产生热变形的措施。为增大定子机座的整体刚度可采用现场叠片和下线工艺，实现无合缝装配，并对定子机座、上下机架采用斜支撑代替传统的径向支撑。这种结构形式，当支撑受温度影响变形时，只会使定子机座、上下机架沿圆周方向扭转而不
4、产生径向移动，从而保证发电机定、转子具有较好的同心度。定子线棒在槽中的固定可以采用特殊的垫片楔紧，以限制热变形。端部采用树脂软绳绑扎绕组，确保绕组固定牢靠。为防止停机时造成发电机内部结露，可在发电机风洞内装设除湿器或电热器。（3）转子结构特点发电电动机的阻尼绕组的设计与启动方式有关。采用异步启动时，为增加启动力矩和提高热容量，阻尼条常采用高电阻率的合金做成，阻尼环仍采用紫铜。采用异步启动的大容量机组，当阻尼条热容量不能满足要求时，常采用实心整体磁极，磁极表面开有纵向深槽以增大散热面积。（4）推力轴承结构特点单相旋转的电机，其推力轴瓦为偏心支撑，机组旋转后轴瓦倾斜形成油膜实现润滑。在双向旋转的发
5、电电动机中，推力轴瓦只能对称支撑，形成油膜的条件差，导致散热困难，润滑性能差。发电电动机的主要特点是高负荷、高转速、散热条件差。为适应工况转换导致轴瓦温度快速变化引起的热变形，结构上可采取以下措施： 设置高压油顶起装置。在启停过程中低速旋转时投入，将高压油通过轴瓦中心孔射出，使镜板与轴瓦之间强制形成油膜，进行润滑，机组正常运转时退出。 选择性能优良的推力支撑结构。如十三陵抽水蓄能电站采用人工橡胶弹簧束支撑结构，天荒坪抽水蓄能电站采用小弹簧支撑结构，取得了良好的效果。 采用电磁推力轴承。在推力轴承支架上装有环状励磁绕组，通一直流电，形成向上的电磁力以减轻轴承负荷。二、发电电动机的启动方式和启动接
6、线发电电动机在抽水工况时的启动方法，对三机式机组与可逆式机组有着本质上的差别。三机式机组由于发电和抽水工况的旋转方向一致，故抽水工况可以利用水轮机启动到额定转速并网，然后关闭水轮机进水阀，机组就进入抽水工况。对于可逆式机组，由于发电和抽水工况的旋转方向不同，抽水工况的启动方式要复杂得多。1、概述（1）选择启动方式考虑的因素可逆式发电电动机抽水工况的启动方式多种多样，它影响到机组结构、电站接线和厂房布置，也影响机电设备的投资。启动方式选择一般考虑以下主要因素： 电网特性。包括电力系统的规模、短路容量、允许的电压降和对机组快速响应的要求等。 机组性能。机组的单机容量、电磁参数、冷却方式、机械惯性时
7、间常数、启动过程所能承受的温升、机械应力和热应力等。 电站条件。电站装机台数和规模、电气主接线、厂房设备布置条件、电站内部或近处有无可供机组启动用的水轮发电机组等。 制造水平。机组启动设备的制造水平和能力。 经济性。要求综合考虑设备、土建和运行引起的费用问题。（2）机组启动的物理过程旋转电机转动部分的运动方程式为 （1-1）上式可改写为 （1-2）式中 H机械惯性常数，kW s/kVA； n转速，额定值为nN，r/min； T驱动力矩的标幺值； TL启动阻力矩的标幺值，可视为与转速平方成正比； ta启动时间，s。由上式可见，机组的启动时间ta与惯性常数H成正比，与加速力矩（T-TL）成反比。图
8、1-1为可逆式机组抽水工况启动的典型力矩曲线。图中T、TL、TN分别为驱动力矩、启动阻力矩及机组额定力矩；n、nN分别为机组的转速和额定转速。对比图1-1中曲线7、8可见，启动过程中转轮室压水可降低启动阻力矩，在额定转速条件下，转轮室有水时的阻力矩为机组额定转矩的30%左右，转轮室压水后此值即降为机组额定转矩的1%-5%。与式（1-2）相对应，机组在恒定力矩加速下，驱动力矩与启动时间关系关系曲线如图1-2所示。图中分别示出额定转速时启动阻力矩为2%和5%机组额定力矩下的两种情况。由图可见，驱动力矩过分加大，并不会使启动时间明显减少；而过分延长启动时间，也不会使所需的启动力矩明显降低。图中阴影线
9、部分是较佳的选择范围，对应的启动时间相对值ta/H=3080，若机组的机械惯性常数H为4kWs/kVA，则对应的启动时间ta为120320s。可逆式机组抽水工况的启动方式，目前几乎都采用电气的启动方法，主要有异步启动、同步启动、半同步启动、同轴小电机启动和变频启动。2、异步启动异步启动是在机组励磁绕组短接情况下，直接将发电电动机接入电网，利用转子绕组内阻尼绕组所产生的异步力矩使机组启动并加速，在接近同步转速时加励磁，将机组拉入同步，完成启动过程。异步启动按所加电压方式不同可分为全压异步启动、变压器降压异步启动和电抗器降压异步启动。（1）全压异步启动这是最简单而又最经济的启动方式，其特点是启动力
10、矩大、启动时间短、接线简单，启动过程中要从电网中吸收200%400%的机组额定功率，而且功率因数很低，引起较大的电压降，同时阻尼绕组将产生很大热量。虽然可以采用水内冷阻尼绕组或实心磁极结构加以改善，但这将使机组结构复杂和增大造价。此外，定子绕组短时也将承受较大的热应力和机械应力。上述缺点使采用全压异步启动受到限制，故通常仅适用于中、小容量机组。图1-3为全压异步启动接线，根据情况同步和换相可选在高压侧或发电机侧。（2）变压器降压异步启动通常利用主变压器的半电压抽头或第三绕组获得所需的降低电压进行异步启动，待转速接近同步转速时，切除降压电源，合上全压电源，加励磁拉入同步。以常用的半压异步启动与全
11、压异步启动相比，前者的机组启动电流减小一半，启动力矩降为全压异步启动的1/4，相应延长了启动时间，小容量机组还可采用两台或多台机合用1台变压器的降压异步启动方案，逐台操作。图1-4为变压器降压异步启动接线。由图可见，为便于降压异步启动回路的切换操作需设置操作开关，多台机合用1台主变压器的降压异步启动还需设置降压启动母线，但可合用1台降压启动回路的操作开关。我国岗南水电站采用图1-4(a)的接线；密云水电站采用1-4（b）接线。变压器降压异步启动投励磁的时刻，除采用全压后投励磁外，还可在切换到全压之前投励磁，使机组拉入同步后再切换到全压，后者可减小切换过程对系统的冲击。变压器降压通常取自低压绕组
12、的中间抽头，它超前于全电压600，为使全电压断路器合闸时仍能保持同步，应使切换断路器的时间间隔等于机组减速600电角度所需的时间。（3）电抗器降压异步启动在机组启动回路串接电抗器，待机组转速上升到接近同步转速后，加励磁拉入同步，然后将电抗器短路，完成启动过程。由于启动回路串接电抗，减小了冲击电流和系统压降，启动过程比较平稳，可用于200MW机组的启动。电抗器降压异步启动接线如图1-5所示，图中换相隔离开关位于发电机电压侧，也可位于主变压器的高压侧。（4）异步启动主接线举例图1-6为日本新冠抽水蓄能电站主接线。该电站装有2台105MVA/102MW抽水蓄能机组，采用主变压器第三绕组供电降压启动方
13、式。3、同步启动（1）工作原理和特点同步启动又称背靠背启动，由本电站或临近电站的一台机组（常规机或抽水蓄能机均可）运行于发电机工况作为启动电源。启动前将启动机组与被启动机组通过启动母线互相连接，并分别加上适当的励磁。当启动机组由水轮机拖动开始旋转后，其定子出口即产生频率逐步增高的低频电流，经启动母线施于被启动机组，使被启动机组在同步转矩作用下随启动机组同步旋转，当加速到额定转速的80%时，投入各自的励磁调节器继续同步升速至额定值，同步并网，完成启动过程。同步启动母线可以设在主变压器低压侧，也可设在高压侧，前者称低压同步，后者称高压同步。若由一台机组作启动机组启动n台机组的称为1对n同步启动；若
14、由任一台机组启动其余机组，又能被其余任一台机组启动时，称为互连同步启动。1对n同步启动逻辑关系简单、可靠；互连同步启动操作灵便，但逻辑关系复杂。同步启动具有下列特点： 启动过程不从系统接受电力，对系统完全没有影响。 邻近电站中、小容量机组只要满足启动条件（如容量、启动回路阻抗等），也可作为启动机组。 无论是启动机组还是被启动机组在启动前均需先加励磁，故励磁变压器电源需接在同步点断路器外侧或由厂用电源供电。 在转轮室压水启动条件下，启动机组容量仅为被启动机组容量的15%20%，只要启动机组容量足够，可同时启动两台机组。 需要设置启动母线，也可与其他启动方式（如变频启动、多台机组用1台变压器降压异
15、步启动）共用启动母线，简化了接线和布置。 采用互连同步启动方式可提高灵活性，但将使操作及控制回路复杂化。 启动过程中频率变化范围为050Hz，要求断路器在低频范围内可靠地开断短路故障。（2）影响同步启动的参数同步启动分为启动同步和同步加速两个阶段。从启动开始至被启动机组与启动机组同步为至属于启动同步阶段，也是决定启动成败的关键。进入同步加速阶段后，只要启动电机的输入机械功率不超过作用于两机间的同步功率就能保持同步加速至额定值。影响启动同步阶段的主要参数是励磁电流及其比值、启动回路的阻抗和导页开启速度等。励磁电流及其比值若以产生空载额定电压的励磁电流为1.0pu.，则同容量机组同步启动时，启动发电机的励磁电流可取0.8pu.，励磁电流取值过大，将受励磁绕组容量限制，并可能造成主变压器过励磁。励磁电流取值过小，则会降低电磁力矩，导致启动失败。若启动回路阻抗较大，则需加大励磁电流，以获得启动所需的电磁力矩，如发电机的励磁电流可取1.21.3pu.；电动机的励磁电流可取1.0pu.。通常需根据具体条件，经试验确定最大值。无论励磁电流取值大小，电动机励磁电流与发电机励磁电流的比值约为0.70.8较合适。启动回路的阻抗启动回路的阻抗
