發(fā)電電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)與啟動(dòng)說(shuō)明

1、發(fā)電電動(dòng)機(jī)陳濤摘抄一、發(fā)電電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)抽水蓄能電站使用的發(fā)電機(jī)， 即可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作為 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。1、運(yùn)行特點(diǎn)（ 1）旋轉(zhuǎn)方向?？赡媸匠樗钅軝C(jī)組的旋轉(zhuǎn)方向在作發(fā)電運(yùn)行 與作抽水運(yùn)行時(shí)相反， 因此發(fā)電電動(dòng)機(jī)需要適應(yīng)雙向旋轉(zhuǎn)。 雙向旋轉(zhuǎn)電機(jī)在通風(fēng)冷卻和推力軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面帶來(lái) 許多與常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)不同的特點(diǎn)。關(guān)于水泵和水輪機(jī)分 開設(shè)置的三機(jī)式機(jī)組，通常發(fā)電與抽水工況下機(jī)組旋轉(zhuǎn)方 向相同，與其同軸相聯(lián)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)也就只有一種旋轉(zhuǎn)方 向。（2）抽水工況的啟動(dòng)方式。發(fā)電電動(dòng)機(jī)和常規(guī)的水輪發(fā)電電動(dòng) 機(jī)一樣是同步電機(jī)，在抽水工況下機(jī)組啟動(dòng)要緊取決于電 網(wǎng)容量及單機(jī)容量。當(dāng)單機(jī)容量不大時(shí)，能夠利用

2、電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子磁極上設(shè)置的阻尼繞組產(chǎn)生的異步力矩啟動(dòng)。當(dāng)單機(jī) 容量較大時(shí)，為幸免啟動(dòng)電流過(guò)大對(duì)電網(wǎng)的不利阻礙，必 須采納其他方法。3）頻繁啟停。抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中通常擔(dān)負(fù)調(diào)峰填谷任務(wù)，每天至少開停機(jī)兩次。此外還經(jīng)常擔(dān)負(fù)調(diào)頻、調(diào)相和旋轉(zhuǎn) 備用任務(wù)。機(jī)組在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須要適應(yīng)這種頻繁啟停要 求，如定子機(jī)座、絕緣線棒設(shè)計(jì)時(shí)要考慮由此產(chǎn)生的溫度 變形和應(yīng)力的阻礙。（4） 運(yùn)行工況多變產(chǎn)生復(fù)雜的過(guò)渡過(guò)程。發(fā)電電動(dòng)機(jī)除運(yùn)行在 發(fā)電、抽水工況外，還可運(yùn)行在發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相工況， 這些工況依據(jù)電網(wǎng)需要而不斷轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中將產(chǎn)生 各種復(fù)雜的水力過(guò)渡過(guò)程、機(jī)電暫態(tài)過(guò)程，使機(jī)組產(chǎn)生比 常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)大而復(fù)雜得

3、多的振動(dòng)，對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提 出了更嚴(yán)格的要求。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）總體布置發(fā)電電動(dòng)機(jī)的總體布置形式與常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)相同。 幾乎全 部差不多上立式機(jī)組。（2）定子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可逆式機(jī)組由于向高水頭方向進(jìn)展， 使發(fā)電電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 不斷提高，形成定子外徑較小、定子鐵芯長(zhǎng)度高的特點(diǎn)，這就要 求在通風(fēng)冷卻方面采取措施， 以保證定子線棒沿鐵芯長(zhǎng)度的溫度2 / 36分布盡可能均勻發(fā)電電動(dòng)機(jī)由于頻繁啟停，溫度變化劇烈，在定子機(jī)座、線 棒在槽中固定等方面都要考慮防止產(chǎn)生熱變形的措施。 為增大定 子機(jī)座的整體剛度可采納現(xiàn)場(chǎng)疊片和下線工藝，實(shí)現(xiàn)無(wú)合縫裝 配，并對(duì)定子機(jī)座、上下機(jī)架采納斜支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的徑向支撐。 這種結(jié)構(gòu)

4、形式，當(dāng)支撐受溫度阻礙變形時(shí)，只會(huì)使定子機(jī)座、上 下機(jī)架沿圓周方向扭轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生徑向移動(dòng)，從而保證發(fā)電機(jī)定、 轉(zhuǎn)子具有較好的同心度。 定子線棒在槽中的固定能夠采納專門的 墊片楔緊，以限制熱變形。端部采納樹脂軟繩綁扎繞組，確保繞 組固定牢靠。 為防止停機(jī)時(shí)造成發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)露， 可在發(fā)電機(jī)風(fēng) 洞內(nèi)裝設(shè)除濕器或電熱器。（3）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)電電動(dòng)機(jī)的阻尼繞組的設(shè)計(jì)與啟動(dòng)方式有關(guān)。 采納異步啟 動(dòng)時(shí)，為增加啟動(dòng)力矩和提高熱容量， 阻尼條常采納高電阻率的 合金做成，阻尼環(huán)仍采納紫銅。采納異步啟動(dòng)的大容量機(jī)組，當(dāng) 阻尼條熱容量不能滿足要求時(shí)， 常采納實(shí)心整體磁極， 磁極表面 開有縱向深槽以增大散熱面積。（4）

5、推力軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單相旋轉(zhuǎn)的電機(jī)， 其推力軸瓦為偏心支撐， 機(jī)組旋轉(zhuǎn)后軸瓦傾斜形成油膜實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。 在雙向旋轉(zhuǎn)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)中， 推力軸瓦 只能對(duì)稱支撐， 形成油膜的條件差， 導(dǎo)致散熱困難， 潤(rùn)滑性能差。 發(fā)電電動(dòng)機(jī)的要緊特點(diǎn)是高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速、散熱條件差。為適應(yīng) 工況轉(zhuǎn)換導(dǎo)致軸瓦溫度快速變化引起的熱變形， 結(jié)構(gòu)上可采取以 下措施： 設(shè)置高壓油頂起裝置。 在啟停過(guò)程中低速旋轉(zhuǎn)時(shí)投入， 將 高壓油通過(guò)軸瓦中心孔射出， 使鏡板與軸瓦之間強(qiáng)制形成 油膜，進(jìn)行潤(rùn)滑，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)退出。 選擇性能優(yōu)良的推力支撐結(jié)構(gòu)。 如十三陵抽水蓄能電站采 納人工橡膠彈簧束支撐結(jié)構(gòu)， 天荒坪抽水蓄能電站采納小 彈簧支撐結(jié)構(gòu)，取

6、得了良好的效果。 采納電磁推力軸承。在推力軸承支架上裝有環(huán)狀勵(lì)磁繞 組，通一直流電，形成向上的電磁力以減輕軸承負(fù)荷。 二、發(fā)電電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式和啟動(dòng)接線發(fā)電電動(dòng)機(jī)在抽水工況時(shí)的啟動(dòng)方法， 對(duì)三機(jī)式機(jī)組與可逆 式機(jī)組有著本質(zhì)上的差不。 三機(jī)式機(jī)組由于發(fā)電和抽水工況的旋 轉(zhuǎn)方向一致，故抽水工況能夠利用水輪機(jī)啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)， 然后關(guān)閉水輪機(jī)進(jìn)水閥， 機(jī)組就進(jìn)入抽水工況。 關(guān)于可逆式機(jī)組， 由于發(fā)電和抽水工況的旋轉(zhuǎn)方向不同， 抽水工況的啟動(dòng)方式要復(fù)4 / 36雜得多。1、概述（1）選擇啟動(dòng)方式考慮的因素可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)抽水工況的啟動(dòng)方式多種多樣， 它阻礙到機(jī)組結(jié)構(gòu)、電站接線和廠房布置，也阻礙機(jī)電設(shè)

7、備的投資。啟動(dòng) 方式選擇一般考慮以下要緊因素： 電網(wǎng)特性。包括電力系統(tǒng)的規(guī)模、短路容量、同意的 電壓降和對(duì)機(jī)組快速響應(yīng)的要求等。 機(jī)組性能。機(jī)組的單機(jī)容量、電磁參數(shù)、冷卻方式、 機(jī)械慣性時(shí)刻常數(shù)、啟動(dòng)過(guò)程所能承受的溫升、機(jī)械 應(yīng)力和熱應(yīng)力等。 電站條件。電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)和規(guī)模、電氣主接線、廠房 設(shè)備布置條件、電站內(nèi)部或近處有無(wú)可供機(jī)組啟動(dòng)用 的水輪發(fā)電機(jī)組等。 制造水平。機(jī)組啟動(dòng)設(shè)備的制造水平和能力。 經(jīng)濟(jì)性。要求綜合考慮設(shè)備、土建和運(yùn)行引起的費(fèi)用 問(wèn)題。（2）機(jī)組啟動(dòng)的物理過(guò)程旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方程式為上式可改寫為2Hdn/nNdtT Tl(1-1 )(1-2 )nN dn / nN2 H

8、oTTl式中 H 機(jī)械慣性常數(shù)，kW- s/kVA ;n轉(zhuǎn)速，額定值為 nN, r/min ；T驅(qū)動(dòng)力矩的標(biāo)幺值；Tl啟動(dòng)阻力矩的標(biāo)幺值，可視為與轉(zhuǎn)速平方成正比；ta 啟動(dòng)時(shí)刻，So由上式可見，機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻ta與慣性常數(shù)H成正比，與加速力矩（T-Tl）成反比。圖1-1為可逆式機(jī)組抽水工況啟動(dòng)的典 型力矩曲線。圖中 T、Tl、Tn分不為驅(qū)動(dòng)力矩、啟動(dòng)阻力矩及機(jī)組額定力矩；n、nN分不為機(jī)組的轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速。|1/ /、Z:廠7遼一3.60.8 L.C圖1-1可逆式機(jī)組抽水公況啟動(dòng)的典型力矩曲線c.)rC.4bC.4Cr再Sc,acc，15r .('.1-混流式水輪機(jī)啟動(dòng)力矩；2-全壓異

9、步啟動(dòng)力矩；3- 降壓異步啟動(dòng)力矩；4-降壓異步啟動(dòng)力矩（整體磁極 ）；5-變頻啟動(dòng)力矩（n>0.2n n為恒功率啟動(dòng);6-變頻 啟動(dòng)（恒力矩啟動(dòng)）或同軸小電機(jī)啟動(dòng)力矩； 7-啟動(dòng) 阻力矩（轉(zhuǎn)輪室有水）；8-啟動(dòng)阻力矩（轉(zhuǎn)輪室壓水）對(duì)比圖1-1中曲線7、8可見，啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)輪室壓水可降 低啟動(dòng)阻力矩，在額定轉(zhuǎn)速條件下，轉(zhuǎn)輪室有水時(shí)的阻力矩為機(jī) 組額定轉(zhuǎn)矩的30%左右，轉(zhuǎn)輪室壓水后此值即降為機(jī)組額定轉(zhuǎn)矩的 1%-5%與式（1-2）相對(duì)應(yīng)，機(jī)組在恒定力矩加速下，驅(qū)動(dòng)力矩與啟動(dòng)時(shí)刻關(guān)系關(guān)系曲線如圖1-2所示。圖中分不示出額定轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)阻力矩為2% 5澈組額定力矩下的兩種情況。由圖可見， 驅(qū)動(dòng)力

10、矩過(guò)分加大，并可不能使啟動(dòng)時(shí)刻明顯減少；而過(guò)分延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)刻，也可不能使所需的啟動(dòng)力矩明顯降低。圖中陰影線部分是較佳的選擇范圍，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)刻相對(duì)值ta/H=3080,若機(jī)組的機(jī)械慣性常數(shù) H為4kW s/kVA，則對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)刻ta為7 / 36120320s圖1-2驅(qū)動(dòng)力矩與啟動(dòng)時(shí)間的關(guān)系曲線可逆式機(jī)組抽水工況的啟動(dòng)方式， 目前幾乎都采納電氣的啟 動(dòng)方法，要緊有異步啟動(dòng)、同步啟動(dòng)、半同步啟動(dòng)、同軸小電機(jī) 啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)。2、異步啟動(dòng)異步啟動(dòng)是在機(jī)組勵(lì)磁繞組短接情況下，直接將發(fā)電電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)，利用轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)阻尼繞組所產(chǎn)生的異步力矩使機(jī)組啟 動(dòng)并加速，在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)加勵(lì)磁，將機(jī)組拉入同步，完

11、成啟 動(dòng)過(guò)程。異步啟動(dòng)按所加電壓方式不同可分為全壓異步啟動(dòng)、變壓器降壓異步啟動(dòng)和電抗器降壓異步啟動(dòng)。(1)全壓異步啟動(dòng)這是最簡(jiǎn)單而又最經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)方式，其特點(diǎn)是啟動(dòng)力矩大、 啟動(dòng)時(shí)刻短、接線簡(jiǎn)單，啟動(dòng)過(guò)程中要從電網(wǎng)中汲取 200%-400% 的機(jī)組額定功率，而且功率因數(shù)專門低，引起較大的電壓降，同 時(shí)阻尼繞組將產(chǎn)生專門大熱量。 盡管能夠采納水內(nèi)冷阻尼繞組或 實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)加以改善， 但這將使機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜和增大造價(jià)。 此 外，定子繞組短時(shí)也將承受較大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。 上述缺點(diǎn) 使采納全壓異步啟動(dòng)受到限制， 故通常僅適用于中、 小容量機(jī)組。 圖 1-3 為全壓異步啟動(dòng)接線， 依照情況同步和換相可選

12、在高壓側(cè) 或發(fā)電機(jī)側(cè)。（2）變壓器降壓異步啟動(dòng) 通常利用主變壓器的半電壓抽頭或第三繞組獲得所需的降 低電壓進(jìn)行異步啟動(dòng)，待轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，切除降壓電源， 合上全壓電源， 加勵(lì)磁拉入同步。 以常用的半壓異步啟動(dòng)與全壓 異步啟動(dòng)相比， 前者的機(jī)組啟動(dòng)電流減小一半， 啟動(dòng)力矩降為全 壓異步啟動(dòng)的 1/4 ，相應(yīng)延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)刻，小容量機(jī)組還可采納 兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)合用 1 臺(tái)變壓器的降壓異步啟動(dòng)方案，逐臺(tái)操作。(b)(a)；(b)高壓同步(換相幵關(guān)在主變壓器低(換相幵關(guān)在主變壓器高壓側(cè)(a) 圖1-4變壓器降壓異步啟動(dòng)接線圖1-3 全壓異步啟動(dòng)接線 低壓同步 壓側(cè))；(c)高壓同步(a)1臺(tái)變壓器接

13、1臺(tái)機(jī);(b)1臺(tái)變壓器接2臺(tái)機(jī)圖1-4為變壓器降壓異步啟動(dòng)接線。由圖可見，為便于降壓異步啟動(dòng)回路的切換操作需設(shè)置操作開關(guān)，多臺(tái)機(jī)合用1臺(tái)主變壓器的降壓異步啟動(dòng)還需設(shè)置降壓?jiǎn)?dòng)母線，但可合用1臺(tái)降壓 啟動(dòng)回路的操作開關(guān)。我國(guó)崗南水電站采納圖 1-4(a) 的接線； 密云水電站采納1-4 (b)接線。變壓器降壓異步啟動(dòng)投勵(lì)磁的時(shí)刻，除采納全壓后投勵(lì)磁 外，還可在切換到全壓之前投勵(lì)磁， 使機(jī)組拉入同步后再切換到 全壓，后者可減小切換過(guò)程對(duì)系統(tǒng)的沖擊。變壓器降壓通常取自低壓繞組的中間抽頭， 它超前于全電壓 60 ，為使全電壓斷路器合閘時(shí)仍能保持同步，應(yīng)使切換斷路器 的時(shí)刻間隔等于機(jī)組減速 600電角

14、度所需的時(shí)刻。( 3)電抗器降壓異步啟動(dòng)在機(jī)組啟動(dòng)回路串接電抗器， 待機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到接近同步轉(zhuǎn) 速后，加勵(lì)磁拉入同步，然后將電抗器短路，完成啟動(dòng)過(guò)程。由 于啟動(dòng)回路串接電抗， 減小了沖擊電流和系統(tǒng)壓降， 啟動(dòng)過(guò)程比 較平穩(wěn)，可用于200MV機(jī)組的啟動(dòng)。電抗器降壓異步啟動(dòng)接線如 圖 1-5 所示， 圖中換相隔離開關(guān)位于發(fā)電機(jī)電壓側(cè)， 也可位于主 變壓器的高壓側(cè)。( 4)異步啟動(dòng)主接線舉例圖 1-6 為日本新冠抽水蓄能電站主接線。該電站裝有 2 臺(tái)105MVA/102MV抽水蓄能機(jī)組，采納主變壓器第三繞組供電降壓?jiǎn)?dòng)方式。3、同步啟動(dòng)（1）工作原理和特點(diǎn)同步啟動(dòng)又稱背靠背啟動(dòng)， 由本電站或臨近電站的一臺(tái)機(jī)組 （常規(guī)機(jī)或抽水蓄能機(jī)均可）運(yùn)行于發(fā)電機(jī)工況作為啟動(dòng)電源。 啟動(dòng)前將啟動(dòng)機(jī)組與被啟動(dòng)機(jī)組通過(guò)啟動(dòng)母線互相連接， 并分不 加上適當(dāng)?shù)膭?lì)磁。 當(dāng)啟動(dòng)機(jī)組由水輪機(jī)拖動(dòng)開始旋轉(zhuǎn)后， 其定子 出口即產(chǎn)生頻率逐步增高的低頻電流， 經(jīng)啟動(dòng)母線施于被啟動(dòng)機(jī) 組，使被啟動(dòng)機(jī)組在同步轉(zhuǎn)矩作用下隨啟動(dòng)機(jī)組同步旋轉(zhuǎn)， 當(dāng)加 速到額定轉(zhuǎn)速的 80%時(shí)，投入各自的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接著同步升速至 額定值，同步并網(wǎng)，