抽水蓄能电站发电电动机的特点

抽水蓄能电站发电电动机的特点

侯彬徐鑫华

(浙江仙居抽水蓄能有限公司浙江台州318000)

摘要：随着我国社会经济的迅速发展，科学技术水平日益提高，生活中的电力需求和工厂的电力需求也越来越大，发电站发电机的稳定运行将直接影响社会的经济效应。本文分析了抽水蓄能电站发电电动机。

关键词：抽水；蓄能电站；发电；电动机

引言

抽水蓄能电站是水利水电行业发展的大势所趋，有其存在的必要性，而且也确实发挥了越来越重要的作用。而根据发电电动机的特点进行主力机型分析对于确保其正常、高效的运行也起到了极为关键的作用。

1、抽水蓄能电站发电电动机的主要特点

根据抽水蓄能电站机组运行的工况要求，相较于常规水电发电机，其在设计和制造等方面提出了更高的要求，其主要表现出如下特点:(1)根据抽水蓄能电站的特点，其运行机制每天启停和工况转换频次多达3次以上，这就要求发电电动机必须适应这样的工作机制，才能在电力系统中承担起调峰、调频、调相等任务。(2)在电网低谷时，机组进入抽水工况吸收电网多余的有功，将电能转化为势能存储起来；在电网高峰期，机组转为发电工况将存储的势能转化为电能，这两种工况的旋转方向完全相反。发电电动机需要符合以上双向运转来设计，其轴承结构和通风冷却系统设计也需要考虑双向旋转。(3)其相较于传统的水轮发电机组具有尺寸小、磁极对数少、通风冷却难度高等特定。(4)为了确保发电电动机在抽水工况下启动电流平稳，必须要制定专门的启动措施。常见的启动方式有异步启动、同步启动和静止变频等方式，一般根据总装机容量来确定。根据国际上目前使用情况来看，静止变频起动方式能较好的配合抽水蓄能电站的运行模式而成为主流的起动方式。

2、蓄能机组的主力机型

蓄能机组的双向转动、频繁启停、急剧的负载变化、复杂的过渡过程，尤其是大型高速设备的故障率显着提高，从而确保发电机的安全稳定运行，提高发电站和设备在系统中的灵活调节能力是最重要的考虑事项。研究大容量高速设备时，应该关注主力型号，回顾主力型号的故障排除。主力机型的确定可以从水泵涡轮、发电马达、电站建设的经济性、电力系统的角度来分析。从水泵涡轮的立场来看，根据国内外统计数据和我国规划的水泵存储电站的需求，大单位容量范围250~400MW中300MW单位占压倒性多数。水头段范围200~750m，其中500m水头段(450~550m)占优势。从建造电站的经济角度来看，电站布局规划中的距离高度比(l/h)是一个重要参数。高度比越小，水头损失越小，电站综合效率也就越高。在200~750m水头范围内，500m水头段所占比重最大，其值本身也处于高水头区域。因此，从项目经济性、布局的合理性和开发顺序来看，选择300MW级500m水头段模型作为主轴是恰当和必要的。从电力系统的角度来看，逐渐发展到300MW级型号是因为该容量级机组在并入或与电网切开时，所造成的冲击能够被电网消化吸纳，大功率变化引起的电力转换波动可以在很短的时间内消除，电网电力的质量和电网安全没有影响。回顾过去半个世纪发电机的发展过程和发展趋势，考虑到单元应用的普遍性、发电站经济性、电网适应性、泵存储设备自主化以及国内抽水蓄能电站规划的发展需求，发电机的主力型号为300MW级，375~500r/min。

3、主力机型需进一步深入开展的研究工作

(1)疲劳特性研究；疲劳分析、疲劳计算以及将疲劳计算结果与实际结果进行比较，以明确采取措施优化组件结构样式、材料选择、运行状态等。(2)基于生命周期成本管理的理念，从机组的长期经济效益出发，从规划、设计、制造、采购、安装、运行、维护、更新到报废的整个生命周期的总成本被考虑在内。在综合考虑机组安全性、可靠性和经济性的基础上，建立了以机组全寿命周期成本最小为目标函数的数学模型，使机组全寿命周期成本更加合理，经济效益更高。（3）变速机组的应用，越来越多地使用固定和可再生能源。例如，固定电力和风能、光伏发电和联合分流设施，电网中的电力份额越来越大，特别是在夜间频率控制方面，使得电网难以稳定运行。核电在电网中的重要性越来越大，夜间的负荷调整和频率波动等问题可能会在其他汽车夜间故障时出现。在此期间，设备使用水泵，无法调节输入功率，因此无法满足快速准确的电网设置要求。变速机组的是解决问题的方法之一。作为一个先进、运行良好的电网稳定模块，一组变速也可以是对某一尺寸后的常规速度的有益补充。发起了齿轮组的开发应用，以填补国内变频交流励磁变速蓄能机组技术的空白，更好地在电力系统中工作。(4)对机器疲劳材料的激光冲击强度(LSP)研究；激光强化技术是一种用激光蚀刻冲击波加固金属表面的新技术，大大提高了金属材料的耐久性，防止了表面裂纹，从而延长了寿命，降低了设备维修成本。尝试在马达疲劳元件中使用激光强化技术，有效解决发动机疲劳问题，更好地满足电机的特殊操作要求。(5)机组结构型式及布置方式；应注意机组结构类型的选择，并综合考虑运行特点和运行维护的方便性。选择应注重机组运行的安全性和稳定性以及维护的方便性。

4、保证抽水蓄能电站发电电动机安全稳定运行的措施

5.1重视抽水蓄能电站发电电动机参数及结构的合理选择

抽水蓄能电站管理人员及工作人员一定要加强对发电电动机参数及其结构选择的重视。发动机参数和结构的选择是根据电力系统的要求和电站的实际位置，通过严格的测量和比较确定的。由于不同发电站之间的差异很大，转速不同，具有相同容量的组也可能具有显着的施工图文档集。为此，在选择参数和结构时，必须详细分析发动机的设计特点，正确解决问题，保证水电站电机安全运行。

5.2与水泵水轮机结构、参数的匹配

由于水泵驱动机组必须在多个工况下一起运行，因此在设计时就要同时兼顾水泵运行与水轮机运行。这使得水泵发电站电动马达的设计和制造变得困难。目前采用的办法是以高效率区窄的水泵工况为主，重复使用容易振动，因此在进行水轮机设计时还要考虑到与电机自身设计的协调性与匹配性。

5.3关注水泵水轮机调试、运行方式对抽水蓄能电站发电电动机的影响

水泵驱动的调试至关重要，必须注意调试和运行对泵存储中心电机的影响，特别是振动负荷、发动机首次起动等的负面影响，以及水力动力和发电频率及自振频率的共振振动问题。发电站的工作人员必须对此多加考虑。

结束语

随着近年来我国经济的快速发展，各行各业对于电力的需求也日益增加。基于我国水力资源的分布以及相应气候、地理条件的特点，抽水蓄能电站因其运行方式灵活多样、工况环境转换多、响应速度快等特定而得到较快的发展，其对于确保我国工业和居民的用电需求起到了重要的保障作用。而发电电动机的主力机型对于确保抽水蓄能电站的正常运行也起到了十分关键的作用。

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