抽水蓄能電站

發(fā)電電動機(jī)目錄CONTENT010302發(fā)電電動機(jī)的特點(diǎn)和主要參數(shù)可變速發(fā)電電動機(jī)發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)PART發(fā)電電動機(jī)的特點(diǎn)和主要參數(shù)01機(jī)械能水勢能電能水泵水輪機(jī)發(fā)電電動機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)可逆式抽水工況發(fā)電工況抽水蓄能工作原理電力負(fù)荷低谷電力負(fù)荷高峰雙向旋轉(zhuǎn)電站發(fā)電電動機(jī)需雙向旋轉(zhuǎn)，適應(yīng)水輪機(jī)與水泵工況。實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)雙向旋轉(zhuǎn)，要轉(zhuǎn)換電機(jī)內(nèi)的相序，其主接線設(shè)計(jì)和開關(guān)選擇上要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)（多在發(fā)電電動機(jī)的定子出線端設(shè)置換相開關(guān)）雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)行對對電機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和軸承要求更高一、發(fā)電電動機(jī)特點(diǎn)啟停頻繁、工況轉(zhuǎn)換迅速儲能、調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及緊急事故備用，一般電站日調(diào)節(jié)至少開停機(jī)2、3次（多則達(dá)10次以上）工況轉(zhuǎn)換非常頻繁，導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)常需要經(jīng)歷各種復(fù)雜的機(jī)械和電氣瞬態(tài)過程，機(jī)組的受力和振動往往比常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)大得多。（大型機(jī)組>10MW/s負(fù)荷的能力）使得發(fā)電電動機(jī)自身的電磁容量、絕緣、冷卻等多方面的設(shè)計(jì)難度更大，頻繁大幅變化的機(jī)械應(yīng)力對旋轉(zhuǎn)部件的承受能力和疲勞使用壽命也提出了更高的要求。一、發(fā)電電動機(jī)特點(diǎn)啟動裝置復(fù)雜同步電機(jī)若直接接入電網(wǎng)是無法從靜止?fàn)顟B(tài)實(shí)現(xiàn)自啟動的，需要有專門的啟動措施。作為發(fā)電機(jī)使用時(shí)，水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動電機(jī)轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)啟動過程作為電動機(jī)使用時(shí)，電機(jī)的啟動力矩為零，必須依靠其他方法將機(jī)組從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速附近再并入電網(wǎng)。常用的啟動方法有：基于電力電子技術(shù)的變頻器啟動方法、同軸安裝小電動機(jī)的啟動方法、轉(zhuǎn)子安裝阻尼繞組或?qū)嵭霓D(zhuǎn)子的異步啟動方法。需要在發(fā)電電動機(jī)本體或外部增加額外的裝置和接線，使得整個(gè)系統(tǒng)更為復(fù)雜。一、發(fā)電電動機(jī)特點(diǎn)轉(zhuǎn)速高、容量大、冷卻困難可逆式水泵水輪機(jī)，額定轉(zhuǎn)速一般為200~600r/min，發(fā)電電動機(jī)與之同軸相連，兩者轉(zhuǎn)速一致，遠(yuǎn)高于常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電電動機(jī)需要進(jìn)行發(fā)電和電動雙向運(yùn)行，正常情況下，電動時(shí)的額定功率會略大于發(fā)電時(shí)的額定功率，可以達(dá)到200~400MW，其設(shè)計(jì)容量應(yīng)綜合考慮兩種工況下的最大值。額定轉(zhuǎn)速高決定了發(fā)電電動機(jī)的極對數(shù)少、尺寸較小，容量大更是導(dǎo)致每極的容量增加，因此該電機(jī)的通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)難度較常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)更為困難。一、發(fā)電電動機(jī)特點(diǎn)水力機(jī)械條件---額定轉(zhuǎn)速發(fā)電電動機(jī)與水泵水輪機(jī)相連，其轉(zhuǎn)速主要取決于水泵水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩影響因素：水泵水輪機(jī)的工作水頭、轉(zhuǎn)輪型式、流量、效率等參數(shù)水平、發(fā)電電動機(jī)本身的額定電壓、定子繞組的并聯(lián)支路數(shù)、槽電流我國電網(wǎng)額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速：

600r/min、500r/min、428.6r/min、375r/min、333.3r/min、300r/min、250r/min、214.3r/min、200r/min二、發(fā)電電動機(jī)主要參數(shù)電力系統(tǒng)條件---額定功率、功率因素1、額定功率：發(fā)電機(jī)額定功率PG：水輪機(jī)在額定水頭下的軸輸出功率PT相匹配，PG<

PT電動機(jī)額定功率PM：水泵在最小揚(yáng)程下的最大軸輸入功率Pp相匹配，PM>Pp發(fā)電電動機(jī)的容量S:

SG和SM兩者中的最大值(充分發(fā)揮發(fā)電電動機(jī)的在兩種工況下的效益)2、功率因素：機(jī)組發(fā)電時(shí)，發(fā)電電動機(jī)--電力系統(tǒng)的電源--有功功率和無功功率--功率因數(shù)過高會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性--有功一定的情況下，降低功率因數(shù)，必然導(dǎo)致電機(jī)容量增加，電機(jī)的體積和成本均會增加--功率因數(shù)取值范圍為0.9～0.95。機(jī)組抽水時(shí)，發(fā)電電動機(jī)--電力系統(tǒng)的負(fù)荷--有功功率和無功功率--功率因數(shù)可以取高一點(diǎn)的值--無功功率主要是補(bǔ)充電站內(nèi)變壓器等設(shè)備的無功損耗，所占比例較小--功率因數(shù)取值范圍為0.975～1.0。二、發(fā)電電動機(jī)主要參數(shù)電機(jī)設(shè)計(jì)要求—額定電壓、短路比二、發(fā)電電動機(jī)主要參數(shù)1、額定電壓：影響因素：與發(fā)電電動機(jī)的絕緣水平、容量、冷卻方式、與電站內(nèi)的斷路器、變壓器以及封閉母線等設(shè)備的電壓等級發(fā)電電動機(jī)的容量越大，額定電壓則相應(yīng)越高（需要提高電機(jī)的絕緣等級，也會導(dǎo)致材料成本的增加），以減小電機(jī)的銅損耗；額定電壓等級：6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV、20kV工況變換頻繁，潮流變化大，電機(jī)的端電壓變化范圍大---發(fā)電電動機(jī)調(diào)壓范圍一般為額定電壓的±5%，運(yùn)行電壓變化范圍可提高到額定電壓值的±7.5%或±10%。電機(jī)設(shè)計(jì)要求—額定電壓、短路比二、發(fā)電電動機(jī)主要參數(shù)2、短路比---運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性在對應(yīng)于空載額定電壓的勵磁電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流之比。同步發(fā)電機(jī)的短路特性是一條直線，可轉(zhuǎn)化為用標(biāo)幺值表示的直軸同步電抗不飽和值的倒數(shù)乘以空載額定電壓時(shí)的主磁路的飽和系數(shù)。短路比大則穩(wěn)定性會提高但轉(zhuǎn)子用銅量會增加，機(jī)組造價(jià)也會增加。短路比小雖然能降低機(jī)組成本，但負(fù)載變化時(shí)發(fā)電電動機(jī)的電壓變化增大，穩(wěn)定性會降低。為提高發(fā)電電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，常選擇較小的短路比，一般為0.9~1.0之間。PART發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)02一、發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子軸承上下機(jī)架制動系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)組成01懸式結(jié)構(gòu)推力軸承布置在上機(jī)架上軸向力--推力軸承；徑向力--上下導(dǎo)軸優(yōu)點(diǎn)：在于徑向機(jī)械穩(wěn)定性較好、軸承損耗較小、機(jī)組效率高、檢修和維護(hù)方便。缺點(diǎn)：機(jī)組較高、軸系長度長、電站地下廠房高度及開挖難度較大，對機(jī)組受力情況和軸系的擺度、振動均有不利影響。機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的全部重量和水輪機(jī)中水流的軸向力全部由推力軸承和上機(jī)架承受，因此需要加強(qiáng)上機(jī)架和定子機(jī)座的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致機(jī)組的重量和成本有所增加。適用于高轉(zhuǎn)速機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速>500r/min02傘式結(jié)構(gòu)推力軸承設(shè)置在發(fā)電電動機(jī)的下機(jī)架上推力軸承--軸向的力；下導(dǎo)軸承--徑向力。機(jī)組整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分的重量和水流軸向的力均由推力軸承傳遞到下機(jī)架上，相當(dāng)于由推力軸承和下機(jī)架撐起來的全傘式結(jié)構(gòu)僅有下導(dǎo)軸承，沒有上導(dǎo)軸承；轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的徑向力都由下導(dǎo)軸承承擔(dān)，一旦發(fā)生故障時(shí)安全系數(shù)較低，因此很少采用。半傘式既有下導(dǎo)軸承，又有上導(dǎo)軸承。機(jī)組的軸系長度較短，機(jī)組和廠房的總高度要低得多，而且發(fā)電機(jī)的重量較輕，缺點(diǎn)是機(jī)組損耗較大、效率稍低。適用于轉(zhuǎn)速<428.6r/min懸式-傘式懸式-傘式懸式機(jī)組半傘式機(jī)組軸系長度長軸系長度短上下導(dǎo)軸承間跨距大、臨界轉(zhuǎn)速較低上下導(dǎo)軸承間跨距可縮小、臨界轉(zhuǎn)速較高上機(jī)架為承重機(jī)架、定子機(jī)座承受推力荷載下機(jī)架為承重機(jī)架、定子機(jī)座不承受推力荷載推力軸承損耗小、軸向剛度較低推力軸承損耗大、軸向剛度較高推力軸承檢修空間較大推力軸承檢修空間較小吊轉(zhuǎn)子時(shí)需拆掉推力軸承吊轉(zhuǎn)子時(shí)無需拆掉推力軸承機(jī)組的總高度大機(jī)組總高度一般低于懸式結(jié)構(gòu)機(jī)組總造價(jià)較高機(jī)組總造價(jià)較低1、定子組成由定子機(jī)架、定子鐵芯和定子繞組組成定子機(jī)架用于固定定子鐵芯，并將上機(jī)架傳來的推力傳到機(jī)墩上。定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，內(nèi)圓均勻分布著許多槽，用來嵌放定子線圈，組成三相繞組。二、定子結(jié)構(gòu)視頻展示2、機(jī)座二、定子結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu)，外形呈圓形作用：固定定子鐵芯，承受定子繞組短路時(shí)產(chǎn)生的切向力、磁極短路時(shí)產(chǎn)生的單邊磁拉力以及電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度升高產(chǎn)生的熱膨脹力，必須具有較好的剛度和彈性，不能產(chǎn)生有害變形。為了方便制造和運(yùn)輸，為了增加大型機(jī)座的剛度，消除因定子鐵心拼裝引起的磁路不平衡和振動，電機(jī)廠多在廠內(nèi)對機(jī)座進(jìn)行分瓣加工、分瓣制造（2～8瓣），運(yùn)輸?shù)匠樗钅茈娬竞笥眯『峡p板將其合成整圓，再通過焊接機(jī)座環(huán)板，使機(jī)座形成一個(gè)整體。3、鐵芯二、定子結(jié)構(gòu)磁阻必須很小才能為磁場提供良好的通路由于其磁場是方向不定的旋轉(zhuǎn)磁場，而純鐵在交變磁場中會產(chǎn)生較大的渦流損耗，多采用無取向的冷軋硅鋼片疊壓而成，先通過添加硅元素提高鐵合金的電阻率降低渦流大小，再通過降低鐵心軸向厚度減小渦流面積，可大大降低鐵芯的渦流損耗，既提高了效率也緩解了鐵芯發(fā)熱情況。鐵芯直徑較大，考慮到加工難度，多將沖片先做成扇形，再疊裝成整圓。為便于安裝，每個(gè)扇形沖片的槽數(shù)必須為整數(shù)多采用徑向通風(fēng)冷卻，因此其鐵芯就不能疊成一個(gè)整體，必須在軸向設(shè)置一定數(shù)量由通風(fēng)槽片構(gòu)成的通風(fēng)溝。4、繞組二、定子結(jié)構(gòu)按照相數(shù)---單相繞組、多項(xiàng)繞組（常規(guī)交流電機(jī)多采用三相對稱繞組）按照槽內(nèi)的繞組層數(shù)

---單層繞組、雙層繞組按照每極每相槽數(shù)是整數(shù)還是分?jǐn)?shù)---整數(shù)槽繞組、分?jǐn)?shù)槽繞組；按照繞組的繞制方法

---疊繞組、波繞組一般大型發(fā)電電動機(jī)的繞組為三相、雙層、單匝條式波繞組或疊繞組。4、繞組二、定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁能量轉(zhuǎn)換必不可少的元要件，其采用高電導(dǎo)率的金屬材料制成，通常選擇銅線或銅棒繞制。定子繞組需滿足交流電機(jī)繞組的基本要求：(1)定子繞組合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近正弦波，基波電動勢和基波磁動且要保持每一相的電阻和電抗相同。(2)各相電動勢和磁動勢對稱(節(jié)距、匝數(shù)、線徑相同，空間上互差120°電角度)，且要保持每一相的電阻和電抗相同。(3)繞組要求結(jié)構(gòu)簡單，用銅量要少、銅耗盡可能小。(4)繞組絕緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱調(diào)節(jié)要好，制造方便。支架包括輪轂和輪輻磁軛是電機(jī)磁路的組成部分磁極上裝有磁極繞組和阻尼繞組。作用：與水泵水輪機(jī)傳遞機(jī)械轉(zhuǎn)矩，支撐旋轉(zhuǎn)的勵磁線圈，產(chǎn)生主磁場以實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子不僅需要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保持良好的電磁性能和通風(fēng)效果，還需要滿足運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)動慣量和安全要求。1、轉(zhuǎn)子組成三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)支撐作用，通過聯(lián)軸器與水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸相連傳遞機(jī)械能量設(shè)計(jì)要求：需滿足較高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，以保證在額定和常見故障工況下不會變形或損壞；同時(shí)，也要滿足機(jī)組軸系的臨界轉(zhuǎn)速不低于飛逸轉(zhuǎn)速的120％，避免發(fā)生共振情況。2、轉(zhuǎn)軸三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)軸一根軸結(jié)構(gòu)---轉(zhuǎn)軸主體部分為一個(gè)整體，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，機(jī)組的軸線方便調(diào)整。適用于高轉(zhuǎn)速、大容量的懸式發(fā)電電動機(jī)。分段軸結(jié)構(gòu)---由上端軸、轉(zhuǎn)子支架中心體和下端軸三部分組成。中間段是轉(zhuǎn)子支架中心體，沒有軸。其優(yōu)點(diǎn)是便于鍛造、便于運(yùn)輸和輪轂不需要熱套等。適用于大容量傘式發(fā)電動機(jī)三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)軸三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)3、磁軛磁軛內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子支架連接，外徑與磁極相連磁場方面---轉(zhuǎn)子磁軛是發(fā)電電動機(jī)主磁路的一部分，為磁場從轉(zhuǎn)子一極到相鄰一極提供了通路。機(jī)械方面---磁軛也是固定磁極的結(jié)構(gòu)部件，是產(chǎn)生發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的主要來源。通風(fēng)方面---磁軛是發(fā)電電動機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的咽喉，是風(fēng)循環(huán)的主要風(fēng)壓源。視頻展示三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)3、磁軛整體實(shí)心磁軛---應(yīng)用較少。疊片磁軛---整體性較差，多適用于中低轉(zhuǎn)速、中低容量機(jī)組中。第三種整圓厚鋼板磁軛----由高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)厚鋼板組裝而成，沿軸向分成若干段。該結(jié)構(gòu)的整體性好，適用于大容量、較高轉(zhuǎn)速機(jī)組，在發(fā)電電動機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)4、磁極產(chǎn)生主磁場的核心元件，主要由線圈和鐵芯構(gòu)成由于磁極是旋轉(zhuǎn)部件，又是發(fā)電電動機(jī)主磁路的一部分，線圈和鐵芯除了要具備良好的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性能之外，還需具備良好的機(jī)械性能。磁極鐵芯：多采用1.5~3mm厚的高強(qiáng)鋼板沖制而成，分為極靴和極身。三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)4、磁極勵磁線圈：扁繞銅排或焊接銅排；形狀主要有矩形、五邊形、七邊形和異形銅排中小型電機(jī)：采用繞制線圈，采用軟銅線圈，制造較為方便。大容量電機(jī)：選用焊接式銅排，這種線圈每一匝都需要拼焊，制造成本較高，優(yōu)點(diǎn)是方便做成散熱匝結(jié)構(gòu)，有利于提高線圈的散熱能力。視頻展示PART可變速發(fā)電電動機(jī)03雙繞組變極：定子槽內(nèi)放置兩套獨(dú)立的不同極對數(shù)的繞組，通過切換繞組的繞組之間的連接方式來改變極對數(shù)。單繞組變極：即定子槽內(nèi)只有一套繞組，將每相繞組分成若干段，通過改變各段雙繞組之間的連接方式來改變極對數(shù)丟極法：將小磁極通過變極開關(guān)切除并極法：指相鄰兩個(gè)小磁極變極后成為同極性的磁極，相當(dāng)于合成一個(gè)馬鞍形的大磁極通過改變定、轉(zhuǎn)子極對數(shù)的方式改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。增加了電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要較多的切換開關(guān)，且變極前后定、轉(zhuǎn)子磁場的波形都有不同程度的畸變，增加了諧波含量。由于極對數(shù)只能取整數(shù)，這種變速方式只能“有極”調(diào)速，即只能在兩種轉(zhuǎn)速之間切換，而不能任意控制轉(zhuǎn)速大小。一、變極調(diào)速定子繞組變極轉(zhuǎn)子繞組變極0102多極數(shù)——少極數(shù)1、優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電電動機(jī)平穩(wěn)、無級調(diào)速，甚至在電網(wǎng)異常和故障狀態(tài)下，變頻器也具有一定的兼容能力。機(jī)組可以從靜止?fàn)顟B(tài)以額定轉(zhuǎn)矩啟動和加速，同步并網(wǎng)操作方便，無時(shí)間延時(shí)。該方式對發(fā)電電動機(jī)無特殊要求，發(fā)電電動