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抽水蓄能�(fā)電電動機
閱讀�6413時間�2017-08-15 10:28:55

    抽水蓄能�(fā)�電動�,又稱電動發(fā)電機,是指在�(fā)電時作為�(fā)電機運行,在抽水時作電動機運行的一種電動機�

特點

    �(xiàn)在在抽水蓄能電站中應用最多的是與可逆式水泵水輪機配套的可逆式電動�(fā)電機,這種電動�(fā)電機和常�(guī)水輪�(fā)電機相比,有以下不同的特�:

    1、雙向旋�

    由于可逆式水泵水輪機作水輪機和水泵運行時的旋轉方向是相反的,因此電動發(fā)電機也需相應地雙向運�。為實現(xiàn)同步電機雙向運轉,在電氣上要求電源相序能夠轉�,這在電氣主接線和開關設備的選擇上可以實現(xiàn);電機本身如作雙向旋轉則要求通風冷卻和軸承都能適應雙向工�。至于組合式水泵水輪�,因其作水輪機和水泵運行時旋轉方向不變,故與之配合的電動�(fā)電機與常�(guī)�(fā)電機相差不多�

    2、頻繁起�

    抽水蓄能電站在電力系�(tǒng)中起填谷調峰的作�,一般每天至少要起停2次,有的蓄能電站則要求起停更為頻�,同時還籍經(jīng)常作調頻、調相運�,工況的調整也很頻繁。蓄能機組要求能迅速增減負�,大型機組要求有每秒鐘變�10MW負荷的能�。從空載到滿負荷以及從抽水直接轉換到�(fā)電運�,也都要求在很短時間內完�。電動發(fā)電機處于這樣頻繁變化的運行條件下,其內部溫度變化自然十分劇烈,電機繞組將產生更大的溫度應力和變形,也可能由于溫度差在電機內部結膝而影響絕�。英國狄諾威克抽水蓄能電站是近年建設的蓄能電站中起停操作要求很高的一個實�,設計每天要起停40��

    3、需有專門起動措施

    由于轉向相反。電動發(fā)電機作電動機運行時不能像作發(fā)電機那樣利用水泵水輪機起�,必須采用專門的起動方�。為此在采用異步起動方法時需在轉子上裝設起動用阻尼繞組或使用實芯磁極,當采用其他起動方法時均需增加專門的電氣設備和相應的電站接�。這些措施都增加設備造價,并使操作復��/4、過渡過程復�

    抽水蓄能機組在工況轉換過程中要經(jīng)歷各種復雜的水力、機械和電氣瞬態(tài)過程。在這些瞬態(tài)過程中將�(fā)生比常規(guī)水輪�(fā)電機組大得多的受力和振動,對于整個電機設計都提出更嚴格的要求�

主要參數(shù)

    �(fā)電電動機的設計應滿足以下三方面的參數(shù):

    (1)水力機械條件:有功功率;轉�(單轉�、雙轉�);飛逸轉�;旋轉方向(單向、雙�):轉動慣量要求;安裝條件�

    (2)電力系統(tǒng)條件:視在功率;功率因數(shù);�(wěn)定性要�;瞬態(tài)電抗X'd;次瞬�(tài)電抗X’’d;運行方式〔工況轉換次�(shù)及間�);調相運行要求;負荷頻率控制(LFC);啟動功率;允許的電壓降;可用率要��

    (3)電機設計要求:電壓等級;允許溫升;絕緣等級要求;尺寸(空間)的限�;設計標準�

結構

    �(fā)電電動機的結構方式和常規(guī)水輪�(fā)電機是相近的。早期使用的臥式組合式蓄能機組配有橫軸的電動�(fā)電機,有名的一個實例是1964年在盧森堡投產的維也�(Viander)臥式蓄能機組,其功率�115MVA。但近年的抽水蓄能機組更多地使用立式結構�

    立式電機按推力軸承的位置可分為懸式和傘式兩大類。推力軸承裝在轉子上方的稱為懸式;裝在轉子下方的稱為傘�;如轉子上方還有一個導軸承的稱為半傘式,如無此軸承的稱為全傘式。現(xiàn)在抽水蓄能機組對于額定轉速高�400-500r/min的多用懸式結�,而低于此轉速的多數(shù)用半傘式或全傘式結構�

    傘式機組的推力軸承可連同下導軸承裝在電機的下機架�;另外為減小機組高�,也有的推力軸承裝在水泵水輪機頂蓋上。從結構的高度來看,懸式機組,半傘式其次,全傘式最�。懸式電機的總高度雖�,但其穩(wěn)定性較�,推力軸承處于電機的頂部,此處軸已不傳遞任何扭矩,故軸徑可比主軸徑小�,這樣可以減少軸承能量損�。右�1表示典型懸式電動�(fā)電機的主要部�,右�2為不同結構的電動�(fā)電機高度的相對比��

    1、轉�

    電動�(fā)電機的轉子和常規(guī)�(fā)電機是相像的,由轉子支架、磁扼和磁極三部分組�。轉�

    支架的作用是為固定磁扼并在磁極與主軸之間傳遞扭矩;磁扼是電機磁路的組成部分;磁極上裝有磁極繞組和阻尼繞組�

    轉子支架包括輪毅和輪輻。常�(guī)的輪毅是整體鑄造的,運到現(xiàn)場與主軸熱套成一�。輪輻有臂式和圓盤式兩種結構形式。圓盤式支架一般運至現(xiàn)場后拼焊成整�,可逆式機組的旋轉方向是雙向的,不能裝設常規(guī)的風扇葉�,故圓盤式輪輻要設計成合適的形狀,可以在雙向起扇風作�,臂式輪輻通常為裝配式��

    2、轉動部�

    抽水蓄能機組的電機轉子為適應高轉速的要求(額定轉速為500r/min的機組在飛逸時轉速可能達�725 r/min),應該結構緊湊,在滿足轉動慣量的條件下具有最小的尺寸。在高速電機上�(xiàn)在開始使用實心輪�,已不再豁要輪毅,而是由幾段有較大厚度的環(huán)形輪幅通過長照栓連成整體,再與上下兩根主軸聯(lián)�。這樣大大增強了轉子體的整體性,更能防止轉速快速變化時可能產生的變�。水電機組現(xiàn)在均使用剛性軸�,整個轉動部分的固有頻率應在臨界轉速之下一定的安全范圍內。在滿足水泵水輪機和電動�(fā)電機的結構要求下,軸承間的距離應縮至最�。在電機轉子的上方裝設一個導軸承對減輕機組振動是很有效的�

    3、定�

    定子機架是由鋼板和型材焊接的結構,定子機架主要用于固定定子鐵�,并將上機架所傳來的下推力傳到機墩�。定子機架必須要有相�?shù)膭傂?,能夠承受電磁力和熱作用力,防止定子鐵心出現(xiàn)過量的變�。在定子機架的下面經(jīng)常放一塊很厚實的底�(huán),這樣可以有效地減輕電氣娜路時對于基礎混凝土的剪切應力�

    和常�(guī)水輪�(fā)電機一�,中大型電動�(fā)電機的定子都是分瓣運�?shù)浆F(xiàn)場再組裝成整體。一般情況下,定子鐵心在工廠疊積井下好大部分線棒,只留下接合部分的線棒在工地上裝配并焊接。電動發(fā)電機的運行條件惡�,溫度變化劇烈而頻�,為加強定子的整體�,增大定子剛�,近來常采取在現(xiàn)場疊積鐵心和下線的工�,實行無合縫裝配�

    4、推力軸�

    同步電機(�(fā)電機或電動機)本身是可以向兩個方向旋轉的,同步電機本身完全適合抽水蓄能機組的需�,只有在推力軸承和風扇的設計上需作些特殊考慮�

    推力軸承是支持立式電機和水泵水輪機轉動部分和水推力的關鍵部件,由鏡面推力頭和推力軸瓦組成。常�(guī)水輪機的推力軸瓦是偏心支撐的,機組旋轉以后軸瓦傾�,在鏡面板和軸瓦之間形成油楔而產生潤滑作�。但可逆電機需要雙向旋�,推力瓦只能做成對稱支撐,故一般油膜較�,潤滑性能�,摩擦損耗大且散熱困�,所以設計上要用比常�(guī)自調整式軸瓦�(shù)目多一倍的軸瓦�

    可逆式電動�(fā)電機因為運行條件變化特別頻繁,推力軸�(包括導軸�)的設計也要求比常�(guī)�(fā)電機更為嚴格�

    5、通風冷卻系統(tǒng)

    �1)滋軛徑向通風和強制通風冷卻

    電動�(fā)電機或利用轉子本身的扇風作用,或靠做成適當形狀的轉子支臂和磁軛來起扇風作用,將冷空氣從轉子兩端吸入,沿轉子磁軛的通風槽在離心力的作用下通過磁極的空間來冷卻勵磁繞組和定子線圈及鐵心,熱空氣�(jīng)定子外部冷卻器冷卻后循環(huán)流��

    當高速機組轉子的高度達到一定程度后,徑向通風已不能保證沿鐵心高度方向均勻冷卻,有的電機在轉子磁軛高度的中部留�1�2個間�(相當�1個特別寬的通風�),其中安放通風葉片,用以加強中段的散熱�

    �2)直接水冷卻

    對于大容量電�,為進一步加強水冷卻的效果,可以將電機繞組做成空心的,使冷卻水從中通過將熱量帶�。如果定子繞組使用水冷而轉子繞組仍為風冷稱為半水內�;如果定子和轉子繞組都為水冷則稱為全水內冷,或雙水內冷�

    在汽輪發(fā)電機上使用過雙水內冷結構,但水內冷的工藝要求很高,水輪發(fā)電機的線棒數(shù)目比汽輪�(fā)電機更多,因此有大量復雜的接�,運行時�(fā)生漏水的可能性增�。為保證運行的可靠�,在水電機組上多�(shù)場合只使用半水內冷,即只用水冷卻定子繞組,轉子繞組仍用空氣冷�。用水冷卻方式還牽涉到復雜的水處理過�,這種設備在電站廠房內要占不小空間�

    �3)蒸�(fā)冷卻系統(tǒng)

    蒸發(fā)冷卻是采用氟里昂或其他沸點低的特種液體作為內冷介�,利用其蒸發(fā)熱帶走電機繞組熱�,保持繞組溫度在低溫沸點附近,蒸�(fā)后的氣體再經(jīng)水冷卻后回復為液�(tài)返回循環(huán)。由于這種介質是絕緣的,少量滲漏不會影響電機的安全運行,故能提高電機的運行�(可用�)�

起動方式

    為使電動�(fā)電機作電動機運行時起動電流不致過�,并對電�(wǎng)不產生過大擾�,必須采用專門的電氣設備及操作方法。常用的電氣起動方法大致�5�:同軸電動機起�;異步起動;同步(背靠�)起動;半同步起�;變頻起動�。各種起動方法的典型轉矩一轉速特�。除全電壓異步起動方法外,其他起動方法均需水泵水輪機同時充氣壓�,以減少起動轉矩�

制動方式

    抽水蓄能機組是電力系�(tǒng)中靈活性的調節(jié)設備,要求能最快地從一種工況轉入另一種工況。蓄能機組在從發(fā)電盡抽水工況停機�,由于轉動部分的慣性很�,要很長時間才能停下來,這就延遲了轉入另一工況或進入備用狀�(tài)的時��

    電氣制動可以有效地縮短機組減速的時間,使用電氣制動由額定轉速降到零轉速的時間比自由減速加機械制動所需時間的一半還��

    電氣制動又稱為動力制�。常用的操作方式是在機組轉速降�50%時加電氣制動,到5%轉速時投入機械制動。與此相�,如不用電氣制動,待轉速降�30%時加機械制動,則總時間要長很多。我國近年投產的大型抽水蓄能機組都配備有電氣制動功能�

    電氣制動的方法是在同步電機從電網(wǎng)解列�,把定子繞組直接短路或通過外加電阻短路,此時仍具有勵磁的轉子就在定子繞組內感應出電�(約為額定電流�1.1�)而形成負�,使轉子減速。使用電氣制動時應防止定子電流超過安全�,因為在降低轉速以后電機的散熱能力大為削弱,故應保證電機的溫升不要過高。如果電機的勵磁電流是由勵磁機供給的,則需為電氣制動設置專用的勵磁裝置�

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