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1、发电电动机与常规水轮发电机的区别抽水蓄能机组起动快速，适用调节负荷范围广,不但能很好地完成调峰任务，改善电网运 行,而且在提高水电效益，能源利用上都有明显功效，因而在世界各国，特别是在工业化国家发 展迅速。与常规水轮发电机组相比，抽水蓄能机组在电力系统中主要起填谷调峰的作用，每天 至少起停2次，有的蓄能电站则要求更为频繁，同时还需经常作调频、调相运行,工况的调整也 很频繁，因而起动问题在蓄能机组的日常运行中占据非常重要的地位。抽水蓄能电站用的一种三相凸极同步电机，又称发电电动机。在电力系统中可用于调 节系统负荷。当系统中电力有多余时，抽水蓄能电机作为电动机运行，带动水泵(水轮机) 把下游的水抽
2、入水库，将电能转换成水的位能储存起来。当系统出现高峰负荷时，则水库放 水，由水轮机带动抽水蓄能电机作发电机运行，把水库中水的位能转化成电能供给电网。而 发电电动机是既可以作发电机使用，又可作为电动机使用的电机设备。主要用于抽水蓄电能 电站.按主轴位置分为卧式和立式两种。立式电机按推力轴承的位置可分为悬式和伞式两大 类。推力轴承装在转子上方的称为悬式；装在转子下方的称为伞式。一特点1双向旋转 发电电动机主要用于抽水蓄能电站。由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵 运行时旋转方向是相反的，因此电动机也需相应地双向运转。为了实现同步电机双向运转， 在电气上要求电源相序能够转换，这在电气主接线和开关设备的
3、选择上可以实现；电机本身 如何作双向旋转则要求通风冷却和轴承都能适应双向工作。2频繁起停抽水蓄能电站在电力系统中起填谷调峰的作用，要求起停较为频繁，同时还 需经常作调频、调相运行，工况的调整也很频繁。发电电动机处于这样频繁变化的运行条件 下，其内部温度变化自然十分剧烈，电机绕组将产生更大的温度应力和变形，也可能由于温 度差在电机内部结露面影响绝缘。3. 需有专门起动措施由于转向相反，发电电动机运行时不能像作发电机那样利用水泵水 轮机起动，必须采用专门的起动方法。目前绝大部分抽水蓄能电站采用SFC起动， back-to-back作为备用起动方式。4. 过渡过程复杂抽水蓄能机组在工况转换中要经历各
4、种复杂水力、机械和电气瞬态过 程。在这些过程中将发生比常规水轮发电机组大得多的受力和振动，对于整个电机设计提出 更严格的要求。二抽水蓄能电站发电电动机调速方式主要有变极调速变频调速交流励磁电机双转子双速电机变极与定子侧变频联合方式其 中交流励磁调速交流励磁电机有他控式和自控式两种控制方式。三磁极结构(1) 矩形磁极。极靴与极身的夹角为直角，极身两侧平行，线圈平行放置。磁极线圈在机组 运行时对于离心力的作用会产生较大的侧向力。该类机组磁极线圈制造相对简单。(2) 弧形磁极。极靴和极身的夹角小于90。相对于矩形磁极，弧形磁极对线圈的支撑要牢 固些，但在机组运行时由于离心力的作用还是会产生一个相对较
5、小的侧向力。(3) 塔形磁极。极靴与极身的夹角为直角，线圈的离心力方向垂直于极靴底面，平行于极身 侧面，理论上讲在机组正常运行时不产生侧向力，铜排、绝缘、托板之间也无侧向滑动，不 会对线圈产生损坏。塔形磁极的发电电动机，磁极线圈制造上较复杂，磁极线圈理论上不存 在侧向分力，只是由于线圈制造或磁极安装偏差，在实际运行时线圈微弱受侧向分力。四制动方式发电电动机采用机械制动和电气制动两套制动系统。正常制动停机时，两套装置联合使用， 并允许单独使用电制动或机械制动。正常制动时，当转速降至5 0%额定转速，投入电制动 装置(如有需要，也允许在额定转速及以下的任何转速时投入)，当转速降至5%额定转速 时，
6、投入机械制动装置，直至机组完全停机。在发电电动机发生电气故障时，或在电气制动 装置发生故障时，应在2 0%额定转速时投入机械制动装置。电制动装置包括电制动断路器 以及逻辑控制装置、制动励磁装置等。电制动停机时首先跳开发电机出口断路器及励磁开关， 然后合上电制动断路器。当机组转速降至5 0%额定转速以下时，重新投入励磁，在定子绕 组中感应出不大于1. 1倍额定电流的感应电流，产生反向的制动力矩使机组转速下降。国 内常见的机组机械制动装置般采用在转子下部设制动环的结构，而ASLTOM采用的是 类似于汽车刹车的盘式制动装置。在转轴的上部设有一个制动盘，采用螺栓固定在发电机上 端轴上，通过两个制动钳作
7、用在制动盘的两侧以产生制动力矩。机械制动系统包括一个交流 油泵、个蓄能器、过滤器、相关阀门、自动化元件、控制系统、制动盘及两个制动钳等。 正常情况下，机械制动系统处于自动控制方式，蓄能器内始终保持一定压力，当该压力低于 2 5bar时，油泵会启动加压，当压力达到30bar时，油泵停止。蓄能器内压力不低 于2 3bar时，可以保证油泵故障时仍可以完成一次制动。五冷却方式推力轴承是机组的关键部件，发电电动机因为运行条件变化频繁，其推力轴承除应能适 应正、反两个旋转方向的要求外，在短时间内推力变化大，会造成瓦温快速变化;为适应双 向旋转推力瓦只能对称支撑，一般油膜较薄，油滑性能较常规机组差，因此抽水
8、蓄能机组一 般设有高压油顶起装置，以利于起动过程中形成油膜，减少电动工况时的摩擦转矩。推力 轴承油的冷却通过油-水冷却器实现，按循环冷却方式分为内循环和外循环。内循环的冷却 器布置在油槽内，设备相对集中，但拆卸推力瓦需先拆卸冷却器；外循环的油冷却器布置在 油槽外，外循环有外加泵和自身泵两种形式，自身泵又分为镜板泵和导瓦泵两种，外循环的 优点是拆卸推力瓦不需拆卸冷却器。从冷却效果看内循环和外循环没有明显的差异，但外循 环方式有利于推力轴承和冷却器检修，因此只要空间允许，应优先采用外循环方式。六发展方向而随着我国新兴能源的大规模开发利用，抽水蓄能电站的配置由过去单一的侧重于用电 负荷中心逐步向用电
9、负荷中心、能源基地、送出端和落地端等多方面发展新能源的迅速发展 需要加速抽水蓄能电站建设抽水蓄能电站是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容 量大、技术最成熟的储能装置，是新能源发展的重要组成部分。通过配套建设抽水蓄能电站， 可降低核电机组运行维护费用、延长机组寿命;有效减少风电场并网运行对电网的冲击，提 高风.电场和电网运行的协调性以及电网运行的安全稳定性。特高压、智能电网的发展需要 加速抽水蓄能电站建设。抽水蓄能是目前电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最 大的储能装置。为了保障电源端大型火电或核电机组能够长期稳定的在最优状态运行，需要 配套建设抽水蓄能电站承担调峰调荷等任务。截至
10、2008年，我国已建成抽水蓄能电站20 座，在建的11座，装机容量达到1091万千瓦，占全国总装机容量的1.35%。其中主要的发 电电动机也得到了更大的重视，并很广泛的去致力于这方面的研究。水轮发电机时指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将 水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水 电站生产电能的主要动力设备。一结构水轮发电机由水轮机驱动。它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度 灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已 达80万千瓦。水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。
11、大中型机组一般采用立式布 置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为 悬式和伞式两种。伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又分为普通伞式、半伞 式和全伞式。宣誓水轮发电机的稳定性比伞式好，推力轴承小，损耗小，安装维护方便， 但钢材耗量多。伞式机组总高度低，可降低水电站厂房高度。二特点抽水蓄能电站在电网中主要起调峰填谷作用，机组起动停止很频繁。发电电动机的结构 必须充分考虑其反复出现的离心力，对结构材料造成疲劳和定子、转子绕组上的热变化和热 膨胀，定子常采用热弹性绝缘；可逆式发电电动机用常规水轮发电机转子上的风扇不能满 足散热降温的要求,对大容量高转速
12、的机组一般采用外设风扇；推力轴承和导轴承在正反 旋转时，油膜都不能破坏；结构与起动方式有密切关系，用起动电动机则在同轴上装有专 用电动机，如需改变发电电动机转速时，除改变电源相位外，还需将定子绕组改接和将转子 换极。三运行方式一、发电机的额定运行方式发电机的额定运行方式是指发电机按制造厂铭牌额定参数的运行方式。发电机在额定运行方 式下，损耗小、效率高，能够长期连续运行。因此在一般情况下，发电机应尽量保持额定或 接近额定状态下运行。不同水电站的发电机额定运行方式是不同的，主要取决于发电机的技 术规范、定子线圈和转子线圈的绝缘等级、发电机冷却方式。二、发电机的允许运行方式当电网负荷变化时，发电机的
13、运行参数可能会偏离额定值，但在允许范围内。这种运行方式 称为允许运行方式，又可称为异于标准状态时的运行方式。四冷却方式大型水内冷水轮发电机普遍采用定子绕组水内冷、转子绕组和定子铁心空冷的组合冷 却方式，即半水内冷。大型蒸发冷却水轮发电机，利用冷却介质汽化温度较低的 特性和水 轮发电机立式结构的特点，是继目前已被广泛采用的全空冷、半水内冷方式后，我国自主研 发的又一种新型冷却方式，它具有与水内冷同等的冷却效果和优点。冷却系统结构是指不 同的冷却方式为实现冷却目标所采用的冷却循环系统的组合结构。（1）全空冷方式在大型 水轮发电机中，充分利用转子支架的风扇作用，冷却风经转子磁轭和磁极的径向风沟、空气
14、 间隙、定子径向风沟、进入空气冷却器冷却进行热交换，通过循环冷却水管将热量带走，冷 却后的冷风再进入发电机形成封闭式循环系统。2）半水冷方式转子和定子铁心采用空冷， 其结构与全空冷方式的结构基本一样。（3）蒸发冷却方式 转子、定子铁心和汇流环采用 空冷，其结构与全空冷方式的结构基本一样。蒸发冷却定子线棒通常用一根空心股线带4 根实心股线的结构，出线端采用蒸发介质、电接头分别引出。五发展方向随着水泵发电机制造技术的发展，发电电动机的转速和容量也在增大，向大容转速发展。 世界上装有大容量、高转速发电电动机的已建蓄能电站有英国的迪诺威克蓄能发电机（33 万kVA、500r/min）等。米用双水内冷发电电动机，定子线圈、转子线圈及定子铁芯用离 子水直接内冷方式可提高发电电动机的制造界限。美国拉孔山抽水蓄能电站的发电电动机 （42.5万kVA、300r/min）,也采用双水内冷。磁推力轴承的应用。随着发电电动机容量 增大转速增高，机组的推力负荷及起动转矩也在增加。用了磁推力轴承后，推力负荷由于加 上了与重力反方向的磁吸引力，从而减少了推力轴承的荷载,减小了轴面阻力损失，降低了轴 承温度和提高了机组效率，起动阻力矩也减小。韩国的桑朗京抽水蓄能电站的发电电动机（33.5万kVA、300r/min）即采用磁推力轴承。
