水輪發(fā)電機組變速技術(shù)

1、水輪發(fā)電機組變速技術(shù)水輪發(fā)電機組變速技術(shù)指的是：對并入電網(wǎng)運行的水輪發(fā)電機組，改變主軸的機械旋轉(zhuǎn)速度而仍能保持電網(wǎng)及機組安全穩(wěn)定運行的技術(shù)。水輪發(fā)電機組的變速方式主要有:變極變速、雙轉(zhuǎn)子雙定子變速、定子變頻變速、轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速。 變極變速是通過改變定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)使機組轉(zhuǎn)速得以改變的變速方式.一般為兩檔。定、轉(zhuǎn)子極數(shù)改變時，仍要使它們的極數(shù)相同。雙轉(zhuǎn)子雙定子變速采用同軸的雙套發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子，各對應(yīng)一個轉(zhuǎn)速。定子變頻變速是在發(fā)電機出口設(shè)容量相當?shù)淖冾l器，使機組轉(zhuǎn)速能在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的變速方式。轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速是在發(fā)電機轉(zhuǎn)子三相繞組回路設(shè)變頻器，變頻器輸出頻率在一定范圍內(nèi)變動的交

2、流電進入轉(zhuǎn)子，使機組轉(zhuǎn)速能在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的變速方式。 恒速水輪機效率是隨水頭和負載變化的，隨著水輪機效率的降低，恒速運行還會引起尾水管脈動和空性惡化，若保持水輪機的高效率運行則需改變轉(zhuǎn)速。因此，從20世紀40年代起就有專家提出水輪機變速運行的設(shè)想。抽水蓄能電站一般庫容不大，發(fā)電水頭和抽水揚程的變化范圍較寬，為了滿足抽水蓄能機組在較大水頭(揚程)變化范圍內(nèi)運行的要求，首先在抽水蓄能機組上采用了變速技術(shù)。變極變速是最早應(yīng)用于發(fā)電電動機的變速方式，隨后經(jīng)歷了雙轉(zhuǎn)子雙定子變速 一定子變頻變速一轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速的發(fā)展過程。轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速技術(shù)在70年代開始進行工業(yè)試驗，80年代末技術(shù)上已經(jīng)

3、成熟并逐步得到應(yīng)用。這種變速方式除能適應(yīng)水頭和負載的變化提高水 輪機效率，拓寬水輪機運行范圍，減少振動和空蝕外，還能有效地改善電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行狀況。此外還可通過調(diào)整轉(zhuǎn)子交流勵磁電流實現(xiàn)有功功率的快速調(diào)節(jié)。對抽水蓄能機組水泵工況.通過調(diào)整轉(zhuǎn)速，可改變其輸人功率，實現(xiàn)電網(wǎng)頻率自動控制。目前世界上已投運的大容量轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速機組是日本大河內(nèi)電站395 MVA抽水蓄能機組，日本計劃在東京電力公司的葛野川電站單機容量為412 MVA的3、4號機采用轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速機組，德國1997年開始興建的金星抽水蓄能電站采用兩臺變速抽水蓄能機組(單機容量為265 MW)，預(yù)計在2002一2003年投

4、產(chǎn)。轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速技術(shù)先進，是一種有發(fā)展前途的變速方式，目前還主要應(yīng)用在抽水蓄能機組上。 轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速方式的原理是基于并網(wǎng)運 行的變速機組對電力系統(tǒng)電氣同步的特性，轉(zhuǎn)子變頻交流勵磁變速機組控制復(fù)雜.可調(diào)節(jié)量 多，如轉(zhuǎn)速踢是可調(diào)節(jié)量，交流勵磁電流的頻率、相 位均可調(diào)節(jié)。此外就是調(diào)節(jié)的方式多。以并網(wǎng)運行發(fā)電工況為例，恒速機組只通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度的辦法來調(diào) 節(jié)發(fā)出的有功功率，而變速機組則既可采用調(diào)節(jié)導(dǎo)葉 開度的辦法來調(diào)節(jié)發(fā)出的有功功率，也可通過調(diào)節(jié)交 流勵磁電流來實現(xiàn)。變速機組的轉(zhuǎn)速既可通過調(diào)節(jié)導(dǎo) 葉開度的辦法來實現(xiàn)，也可通過調(diào)節(jié)交流勵磁電流的 頻率來實現(xiàn)。基于上述原因，變速機組需要采用高可靠 性的高速數(shù)字控制系統(tǒng)。 中國的崗南抽水蓄能電站(1968年第一臺機組投 運)、密云抽水蓄能電站(1973年第一臺機組投運)、響洪甸抽水蓄能電站(2000年第一臺機組投