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抽水蓄能�(fā)電電�(dòng)�(jī)
閱讀�6424�(shí)間:2017-08-15 10:28:55

    抽水蓄能�(fā)�電動(dòng)�(jī),又稱電�(dòng)�(fā)電機(jī),是指在�(fā)電時(shí)作為�(fā)電機(jī)�(yùn)行,在抽水時(shí)作電�(dòng)�(jī)�(yùn)行的一種電�(dòng)�(jī)�

特點(diǎn)

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

    1、雙向旋�(zhuǎn)

    由于可逆式水泵水輪�(jī)作水輪機(jī)和水泵運(yùn)行時(shí)的旋�(zhuǎn)方向是相反的,因此電�(dòng)�(fā)電機(jī)也需相應(yīng)地雙向運(yùn)�(zhuǎn)。為�(shí)�(xiàn)同步電機(jī)雙向�(yùn)�(zhuǎn),在電氣上要求電源相序能夠轉(zhuǎn)換,這在電氣主接線和�(kāi)�(guān)�(shè)備的選擇上可以實(shí)�(xiàn);電機(jī)本身如作雙向旋轉(zhuǎn)則要求通風(fēng)冷卻和軸承都能適�(yīng)雙向工作。至于組合式水泵水輪�(jī),因其作水輪�(jī)和水泵運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)方向不變,故與之配合的電�(dòng)�(fā)電機(jī)與常�(guī)�(fā)電機(jī)相差不多�

    2、頻繁起�

    抽水蓄能電站在電力系�(tǒng)中起填谷�(diào)峰的作用,一般每天至少要起停2�,有的蓄能電站則要求起停更為頻繁,同�(shí)還籍�(jīng)常作�(diào)�、調(diào)相運(yùn)�,工況的�(diào)整也很頻�。蓄能機(jī)組要求能迅速增減負(fù)�,大型機(jī)組要求有每秒鐘變�(dòng)10MW�(fù)荷的能力。從空載到滿�(fù)荷以及從抽水直接�(zhuǎn)換到�(fā)電運(yùn)�,也都要求在很短�(shí)間內(nèi)完成。電�(dòng)�(fā)電機(jī)處于這樣頻繁變化的運(yùn)行條件下,其�(nèi)部溫度變化自然十分劇烈,電機(jī)繞組將產(chǎn)生更大的溫度�(yīng)力和變形,也可能由于溫度差在電機(jī)�(nèi)部結(jié)膝而影響絕�。英�(guó)狄諾威克抽水蓄能電站是近年建�(shè)的蓄能電站中起停操作要求很高的一�(gè)�(shí)�,設(shè)�(jì)每天要起�40次�

    3、需有專門起動(dòng)措施

    由于�(zhuǎn)向相�。電�(dòng)�(fā)電機(jī)作電�(dòng)�(jī)�(yùn)行時(shí)不能像作�(fā)電機(jī)那樣利用水泵水輪�(jī)起動(dòng),必須采用專門的起�(dòng)方法。為此在采用異步起動(dòng)方法�(shí)需在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)起動(dòng)用阻尼繞組或使用�(shí)芯磁�,當(dāng)采用其他起動(dòng)方法�(shí)均需增加專門的電氣設(shè)備和相應(yīng)的電站接�。這些措施都增加設(shè)備造價(jià),并使操作復(fù)��/4、過(guò)渡過(guò)程復(fù)�

    抽水蓄能�(jī)組在工況�(zhuǎn)換過(guò)程中要經(jīng)歷各種復(fù)雜的水力、機(jī)械和電氣瞬態(tài)�(guò)程。在這些瞬態(tài)�(guò)程中將發(fā)生比常規(guī)水輪�(fā)電機(jī)組大得多的受力和振動(dòng),對(duì)于整�(gè)電機(jī)�(shè)�(jì)都提出更�(yán)格的要求�

主要參數(shù)

    �(fā)電電�(dòng)�(jī)的設(shè)�(jì)�(yīng)滿足以下三方面的參數(shù):

    (1)水力�(jī)械條�:有功功率;�(zhuǎn)�(單轉(zhuǎn)速、雙�(zhuǎn)�);飛逸轉(zhuǎn)�;旋轉(zhuǎn)方向(單向、雙�):�(zhuǎn)�(dòng)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;�(yùn)行方式〔工況轉(zhuǎn)換次�(shù)及間�);�(diào)相運(yùn)行要�;�(fù)荷頻率控�(LFC);啟動(dòng)功率;允許的電壓降;可用率要��

    (3)電機(jī)�(shè)�(jì)要求:電壓等級(jí);允許溫升;絕緣等級(jí)要求;尺寸(空間)的限�;�(shè)�(jì)�(biāo)�(zhǔn)�

�(jié)�(gòu)

    �(fā)電電�(dòng)�(jī)的結(jié)�(gòu)方式和常�(guī)水輪�(fā)電機(jī)是相近的。早期使用的臥式組合式蓄能機(jī)組配有橫軸的電動(dòng)�(fā)電機(jī),有名的一�(gè)�(shí)例是1964年在盧森堡投�(chǎn)的維也丹(Viander)臥式蓄能�(jī)�,其功率�115MVA。但近年的抽水蓄能機(jī)組更多地使用立式�(jié)�(gòu)�

    立式電機(jī)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(zhuǎn)子上方的稱為懸式;裝在�(zhuǎn)子下方的稱為傘式;如轉(zhuǎn)子上方還有一�(gè)�(dǎo)軸承的稱為半傘式,如�(wú)此軸承的稱為全傘�?,F(xiàn)在抽水蓄能機(jī)組對(duì)于額定轉(zhuǎn)速高�400-500r/min的多用懸式結(jié)�(gòu),而低于此�(zhuǎn)速的多數(shù)用半傘式或全傘式�(jié)�(gòu)�

    傘式�(jī)組的推力軸承可連同下導(dǎo)軸承裝在電機(jī)的下�(jī)架上;另外為減小機(jī)組高度,也有的推力軸承裝在水泵水輪機(jī)頂蓋�。從�(jié)�(gòu)的高度來(lái)�,懸式機(jī)�,半傘式其次,全傘式最�。懸式電�(jī)的總高度雖然,但其穩(wěn)定性較�,推力軸承處于電�(jī)的頂�,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(dòng)�(fā)電機(jī)的主要部�,右�2為不同結(jié)�(gòu)的電�(dòng)�(fā)電機(jī)高度的相�(duì)比較�

    1、轉(zhuǎn)�

    電動(dòng)�(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和常規(guī)�(fā)電機(jī)是相像的,由�(zhuǎn)子支�、磁扼和磁極三部分組�。轉(zhuǎn)�

    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�(jī)磁路的組成部�;磁極上裝有磁極繞組和阻尼繞組�

    �(zhuǎn)子支架包括輪毅和輪輻。常�(guī)的輪毅是整體鑄造的,運(yùn)到現(xiàn)�(chǎng)與主軸熱套成一�。輪輻有臂式和圓盤式兩種�(jié)�(gòu)形式。圓盤式支架一般運(yùn)至現(xiàn)�(chǎng)后拼焊成整體,可逆式�(jī)組的旋轉(zhuǎn)方向是雙向的,不能裝�(shè)常規(guī)的風(fēng)扇葉片,故圓盤式輪輻要設(shè)�(jì)成合適的形狀,可以在雙向起扇�(fēng)作用,臂式輪輻通常為裝配式��

    2、轉(zhuǎn)�(dòng)部分

    抽水蓄能�(jī)組的電機(jī)�(zhuǎn)子為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的要求(額定�(zhuǎn)速為500r/min的機(jī)組在飛逸時(shí)�(zhuǎn)速可能達(dá)�725 r/min),�(yīng)該結(jié)�(gòu)緊湊,在滿足�(zhuǎn)�(dòng)慣量的條件下具有最小的尺寸。在高速電�(jī)上現(xiàn)在開(kāi)始使用實(shí)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(guò)�(zhǎng)照栓連成整體,再與上下兩根主軸聯(lián)�。這樣大大增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子體的整體�,更能防止轉(zhuǎn)速快速變化時(shí)可能�(chǎn)生的變形。水電機(jī)組現(xiàn)在均使用剛性軸�,整�(gè)�(zhuǎn)�(dòng)部分的固有頻率應(yīng)在臨界轉(zhuǎn)速之下一定的安全范圍�(nèi)。在滿足水泵水輪�(jī)和電�(dòng)�(fā)電機(jī)的結(jié)�(gòu)要求�,軸承間的距離應(yīng)縮至最小。在電機(jī)�(zhuǎn)子的上方裝設(shè)一�(gè)�(dǎo)軸承�(duì)減輕�(jī)組振�(dòng)是很有效��

    3、定�

    定子�(jī)架是由鋼板和型材焊接的結(jié)�(gòu),定子機(jī)架主要用于固定定子鐵�,并將上�(jī)架所傳來(lái)的下推力傳到�(jī)墩上。定子機(jī)架必須要有相�(dāng)?shù)膭傂?,能夠承受電磁力和熱作用�,防止定子鐵心出�(xiàn)�(guò)量的變形。在定子�(jī)架的下面�(jīng)常放一塊很厚實(shí)的底�(huán),這樣可以有效地減輕電氣娜路時(shí)�(duì)于基�(chǔ)混凝土的剪切�(yīng)��

    和常�(guī)水輪�(fā)電機(jī)一�,中大型電動(dòng)�(fā)電機(jī)的定子都是分瓣運(yùn)�?shù)浆F(xiàn)�(chǎng)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�(dòng)�(fā)電機(jī)的運(yùn)行條件惡�,溫度變化劇烈而頻�,為加強(qiáng)定子的整體�,增大定子剛度,近來(lái)常采取在�(xiàn)�(chǎng)疊積鐵心和下線的工藝,實(shí)行無(wú)合縫裝配�

    4、推力軸�

    同步電機(jī)(�(fā)電機(jī)或電�(dòng)�(jī))本身是可以向兩�(gè)方向旋轉(zhuǎn)的,同步電機(jī)本身完全適合抽水蓄能�(jī)組的需�,只有在推力軸承和風(fēng)扇的�(shè)�(jì)上需作些特殊考慮�

    推力軸承是支持立式電�(jī)和水泵水輪機(jī)�(zhuǎn)�(dòng)部分和水推力的關(guān)鍵部件,由鏡面推力頭和推力軸瓦組�。常�(guī)水輪�(jī)的推力軸瓦是偏心支撐的,�(jī)組旋�(zhuǎn)以后軸瓦傾斜,在鏡面板和軸瓦之間形成油楔而產(chǎn)生潤(rùn)滑作�。但可逆電�(jī)需要雙向旋�(zhuǎn),推力瓦只能做成�(duì)稱支�,故一般油膜較�,潤(rùn)滑性能�,摩擦損耗大且散熱困�,所以設(shè)�(jì)上要用比常規(guī)自調(diào)整式軸瓦�(shù)目多一倍的軸瓦�

    可逆式電動(dòng)�(fā)電機(jī)�?yàn)檫\(yùn)行條件變化特別頻�,推力軸�(包括�(dǎo)軸承)的設(shè)�(jì)也要求比常規(guī)�(fā)電機(jī)更為�(yán)格�

    5、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

    �1)滋軛徑向通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)冷卻

    電動(dòng)�(fā)電機(jī)或利用轉(zhuǎn)子本身的扇風(fēng)作用,或靠做成適�(dāng)形狀的轉(zhuǎn)子支臂和磁軛�(lái)起扇�(fēng)作用,將冷空氣從�(zhuǎn)子兩端吸入,沿轉(zhuǎn)子磁軛的通風(fēng)槽在離心力的作用下通過(guò)磁極的空間來(lái)冷卻�(lì)磁繞組和定子線圈及鐵�,熱空氣�(jīng)定子外部冷卻器冷卻后循環(huán)流��

    �(dāng)高速機(jī)組轉(zhuǎn)子的高度�(dá)到一定程度后,徑向通風(fēng)已不能保證沿鐵心高度方向均勻冷卻,有的電�(jī)在轉(zhuǎn)子磁軛高度的中部留出1�2�(gè)間隔(相當(dāng)�1�(gè)特別寬的通風(fēng)�),其中安放通風(fēng)葉片,用以加�(qiáng)中段的散��

    �2)直接水冷卻

    �(duì)于大容量電機(jī),為�(jìn)一步加�(qiáng)水冷卻的效果,可以將電機(jī)繞組做成空心�,使冷卻水從中通過(guò)將熱量帶�。如果定子繞組使用水冷而轉(zhuǎn)子繞組仍為風(fēng)冷稱為半水內(nèi)�;如果定子和轉(zhuǎn)子繞組都為水冷則稱為全水�(nèi)�,或雙水�(nèi)冷�

    在汽輪發(fā)電機(jī)上使用過(guò)雙水�(nèi)冷結(jié)�(gòu),但水內(nèi)冷的工藝要求很高,水輪發(fā)電機(jī)的線棒數(shù)目比汽輪�(fā)電機(jī)更多,因此有大量�(fù)雜的接頭,運(yùn)行時(shí)�(fā)生漏水的可能性增加。為保證�(yùn)行的可靠�,在水電�(jī)組上多數(shù)�(chǎng)合只使用半水�(nèi)冷,即只用水冷卻定子繞組,轉(zhuǎn)子繞組仍用空氣冷卻。用水冷卻方式還牽涉到復(fù)雜的水處理過(guò)�,這種�(shè)備在電站廠房?jī)?nèi)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�(diǎn)低的特種液體作為�(nèi)冷介�(zhì),利用其蒸發(fā)熱帶走電�(jī)繞組熱量,保持繞組溫度在低溫沸點(diǎn)附近,蒸�(fā)后的氣體再經(jīng)水冷卻后回復(fù)為液�(tài)返回循環(huán)。由于這種介質(zhì)是絕緣的,少量滲漏不�(huì)影響電機(jī)的安全運(yùn)�,故能提高電�(jī)的運(yùn)行率(可用�)�

起動(dòng)方式

    為使電動(dòng)�(fā)電機(jī)作電�(dòng)�(jī)�(yùn)行時(shí)起動(dòng)電流不致�(guò)�,并�(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生過(guò)大擾�(dòng),必須采用專門的電氣設(shè)備及操作方法。常用的電氣起動(dòng)方法大致�5�:同軸電動(dòng)�(jī)起動(dòng);異步起動(dòng);同步(背靠�)起動(dòng);半同步起�(dòng);變頻起動(dòng)�。各種起�(dòng)方法的典型轉(zhuǎn)矩一�(zhuǎn)速特性。除全電壓異步起�(dòng)方法�,其他起�(dòng)方法均需水泵水輪�(jī)同時(shí)充氣壓水,以減少起動(dòng)�(zhuǎn)��

制動(dòng)方式

    抽水蓄能�(jī)組是電力系統(tǒng)中靈活性的�(diào)節(jié)�(shè)�,要求能最快地從一種工況轉(zhuǎn)入另一種工�。蓄能機(jī)組在從發(fā)電盡抽水工況停機(jī)�(shí),由于轉(zhuǎn)�(dòng)部分的慣性很�,要很長(zhǎng)�(shí)間才能停下來(lái),這就延遲了轉(zhuǎn)入另一工況或�(jìn)入備用狀�(tài)的時(shí)間�

    電氣制動(dòng)可以有效地縮短機(jī)組減速的�(shí)�,使用電氣制�(dòng)由額定轉(zhuǎn)速降到零�(zhuǎn)速的�(shí)間比自由減速加�(jī)械制�(dòng)所需�(shí)間的一半還��

    電氣制動(dòng)又稱為動(dòng)力制�(dòng)。常用的操作方式是在�(jī)組轉(zhuǎn)速降�50%�(shí)加電氣制�(dòng),到5%�(zhuǎn)速時(shí)投入�(jī)械制�(dòng)。與此相比,如不用電氣制�(dòng),待�(zhuǎn)速降�30%�(shí)加機(jī)械制�(dòng),則總時(shí)間要�(zhǎng)很多。我�(guó)近年投產(chǎn)的大型抽水蓄能機(jī)組都配備有電氣制�(dòng)功能�

    電氣制動(dòng)的方法是在同步電�(jī)從電�(wǎng)解列�,把定子繞組直接短路或通過(guò)外加電阻短路,此�(shí)仍具有勵(lì)磁的�(zhuǎn)子就在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出電�(約為額定電流�1.1�)而形成負(fù)�,使�(zhuǎn)子減�。使用電氣制�(dòng)�(shí)�(yīng)防止定子電流超過(guò)安全值,�?yàn)樵诮档娃D(zhuǎn)速以后電�(jī)的散熱能力大為削�,故�(yīng)保證電機(jī)的溫升不要過(guò)�。如果電�(jī)的勵(lì)磁電流是由勵(lì)磁機(jī)供給�,則需為電氣制�(dòng)�(shè)置專用的�(lì)磁裝��

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