发电电动机的特点与启动说明

1、发电电动机陈涛摘抄一、发电电动机的特点抽水蓄能电站使用的发电机， 即可作为发电机运行也可作为 电动机运行。1、运行特点（ 1）旋转方向。可逆式抽水蓄能机组的旋转方向在作发电运行 与作抽水运行时相反， 因此发电电动机需要适应双向旋转。 双向旋转电机在通风冷却和推力轴承结构设计等方面带来 许多与常规水轮发电机不同的特点。关于水泵和水轮机分 开设置的三机式机组，通常发电与抽水工况下机组旋转方 向相同，与其同轴相联的发电电动机也就只有一种旋转方 向。（2）抽水工况的启动方式。发电电动机和常规的水轮发电电动 机一样是同步电机，在抽水工况下机组启动要紧取决于电 网容量及单机容量。当单机容量不大时，能够利用

2、电动机 转子磁极上设置的阻尼绕组产生的异步力矩启动。当单机 容量较大时，为幸免启动电流过大对电网的不利阻碍，必 须采纳其他方法。3）频繁启停。抽水蓄能机组在电网中通常担负调峰填谷任务，每天至少开停机两次。此外还经常担负调频、调相和旋转 备用任务。机组在结构设计上必须要适应这种频繁启停要 求，如定子机座、绝缘线棒设计时要考虑由此产生的温度 变形和应力的阻碍。（4） 运行工况多变产生复杂的过渡过程。发电电动机除运行在 发电、抽水工况外，还可运行在发电调相、抽水调相工况， 这些工况依据电网需要而不断转换，在转换过程中将产生 各种复杂的水力过渡过程、机电暂态过程，使机组产生比 常规水轮发电机大而复杂得

3、多的振动，对机组结构设计提 出了更严格的要求。2、结构特点（1）总体布置发电电动机的总体布置形式与常规水轮发电机相同。 几乎全 部差不多上立式机组。（2）定子结构特点可逆式机组由于向高水头方向进展， 使发电电动机额定转速 不断提高，形成定子外径较小、定子铁芯长度高的特点，这就要 求在通风冷却方面采取措施， 以保证定子线棒沿铁芯长度的温度2 / 36分布尽可能均匀发电电动机由于频繁启停，温度变化剧烈，在定子机座、线 棒在槽中固定等方面都要考虑防止产生热变形的措施。 为增大定 子机座的整体刚度可采纳现场叠片和下线工艺，实现无合缝装 配，并对定子机座、上下机架采纳斜支撑代替传统的径向支撑。 这种结构

4、形式，当支撑受温度阻碍变形时，只会使定子机座、上 下机架沿圆周方向扭转而不产生径向移动，从而保证发电机定、 转子具有较好的同心度。 定子线棒在槽中的固定能够采纳专门的 垫片楔紧，以限制热变形。端部采纳树脂软绳绑扎绕组，确保绕 组固定牢靠。 为防止停机时造成发电机内部结露， 可在发电机风 洞内装设除湿器或电热器。（3）转子结构特点发电电动机的阻尼绕组的设计与启动方式有关。 采纳异步启 动时，为增加启动力矩和提高热容量， 阻尼条常采纳高电阻率的 合金做成，阻尼环仍采纳紫铜。采纳异步启动的大容量机组，当 阻尼条热容量不能满足要求时， 常采纳实心整体磁极， 磁极表面 开有纵向深槽以增大散热面积。（4）

5、推力轴承结构特点单相旋转的电机， 其推力轴瓦为偏心支撑， 机组旋转后轴瓦倾斜形成油膜实现润滑。 在双向旋转的发电电动机中， 推力轴瓦 只能对称支撑， 形成油膜的条件差， 导致散热困难， 润滑性能差。 发电电动机的要紧特点是高负荷、高转速、散热条件差。为适应 工况转换导致轴瓦温度快速变化引起的热变形， 结构上可采取以 下措施： 设置高压油顶起装置。 在启停过程中低速旋转时投入， 将 高压油通过轴瓦中心孔射出， 使镜板与轴瓦之间强制形成 油膜，进行润滑，机组正常运转时退出。 选择性能优良的推力支撑结构。 如十三陵抽水蓄能电站采 纳人工橡胶弹簧束支撑结构， 天荒坪抽水蓄能电站采纳小 弹簧支撑结构，取

6、得了良好的效果。 采纳电磁推力轴承。在推力轴承支架上装有环状励磁绕 组，通一直流电，形成向上的电磁力以减轻轴承负荷。 二、发电电动机的启动方式和启动接线发电电动机在抽水工况时的启动方法， 对三机式机组与可逆 式机组有着本质上的差不。 三机式机组由于发电和抽水工况的旋 转方向一致，故抽水工况能够利用水轮机启动到额定转速并网， 然后关闭水轮机进水阀， 机组就进入抽水工况。 关于可逆式机组， 由于发电和抽水工况的旋转方向不同， 抽水工况的启动方式要复4 / 36杂得多。1、概述（1）选择启动方式考虑的因素可逆式发电电动机抽水工况的启动方式多种多样， 它阻碍到机组结构、电站接线和厂房布置，也阻碍机电设

7、备的投资。启动 方式选择一般考虑以下要紧因素： 电网特性。包括电力系统的规模、短路容量、同意的 电压降和对机组快速响应的要求等。 机组性能。机组的单机容量、电磁参数、冷却方式、 机械惯性时刻常数、启动过程所能承受的温升、机械 应力和热应力等。 电站条件。电站装机台数和规模、电气主接线、厂房 设备布置条件、电站内部或近处有无可供机组启动用 的水轮发电机组等。 制造水平。机组启动设备的制造水平和能力。 经济性。要求综合考虑设备、土建和运行引起的费用 问题。（2）机组启动的物理过程旋转电机转动部分的运动方程式为上式可改写为2Hdn/nNdtT Tl(1-1 )(1-2 )nN dn / nN2 H

8、oTTl式中 H 机械惯性常数，kW- s/kVA ;n转速，额定值为 nN, r/min ；T驱动力矩的标幺值；Tl启动阻力矩的标幺值，可视为与转速平方成正比；ta 启动时刻，So由上式可见，机组的启动时刻ta与惯性常数H成正比，与加速力矩（T-Tl）成反比。图1-1为可逆式机组抽水工况启动的典 型力矩曲线。图中 T、Tl、Tn分不为驱动力矩、启动阻力矩及机组额定力矩；n、nN分不为机组的转速和额定转速。|1/ /、Z:厂7辽一3.60.8 L.C图1-1可逆式机组抽水公况启动的典型力矩曲线c.)rC.4bC.4Cr再Sc,acc，15r .('.1-混流式水轮机启动力矩；2-全压异

9、步启动力矩；3- 降压异步启动力矩；4-降压异步启动力矩（整体磁极 ）；5-变频启动力矩（n>0.2n n为恒功率启动;6-变频 启动（恒力矩启动）或同轴小电机启动力矩； 7-启动 阻力矩（转轮室有水）；8-启动阻力矩（转轮室压水）对比图1-1中曲线7、8可见，启动过程中转轮室压水可降 低启动阻力矩，在额定转速条件下，转轮室有水时的阻力矩为机 组额定转矩的30%左右，转轮室压水后此值即降为机组额定转矩的 1%-5%与式（1-2）相对应，机组在恒定力矩加速下，驱动力矩与启动时刻关系关系曲线如图1-2所示。图中分不示出额定转速时启动阻力矩为2% 5澈组额定力矩下的两种情况。由图可见， 驱动力

10、矩过分加大，并可不能使启动时刻明显减少；而过分延长启动时刻，也可不能使所需的启动力矩明显降低。图中阴影线部分是较佳的选择范围，对应的启动时刻相对值ta/H=3080,若机组的机械惯性常数 H为4kW s/kVA，则对应的启动时刻ta为7 / 36120320s图1-2驱动力矩与启动时间的关系曲线可逆式机组抽水工况的启动方式， 目前几乎都采纳电气的启 动方法，要紧有异步启动、同步启动、半同步启动、同轴小电机 启动和变频启动。2、异步启动异步启动是在机组励磁绕组短接情况下，直接将发电电动机接入电网，利用转子绕组内阻尼绕组所产生的异步力矩使机组启 动并加速，在接近同步转速时加励磁，将机组拉入同步，完

11、成启 动过程。异步启动按所加电压方式不同可分为全压异步启动、变压器降压异步启动和电抗器降压异步启动。(1)全压异步启动这是最简单而又最经济的启动方式，其特点是启动力矩大、 启动时刻短、接线简单，启动过程中要从电网中汲取 200%-400% 的机组额定功率，而且功率因数专门低，引起较大的电压降，同 时阻尼绕组将产生专门大热量。 尽管能够采纳水内冷阻尼绕组或 实心磁极结构加以改善， 但这将使机组结构复杂和增大造价。 此 外，定子绕组短时也将承受较大的热应力和机械应力。 上述缺点 使采纳全压异步启动受到限制， 故通常仅适用于中、 小容量机组。 图 1-3 为全压异步启动接线， 依照情况同步和换相可选

12、在高压侧 或发电机侧。（2）变压器降压异步启动 通常利用主变压器的半电压抽头或第三绕组获得所需的降 低电压进行异步启动，待转速接近同步转速时，切除降压电源， 合上全压电源， 加励磁拉入同步。 以常用的半压异步启动与全压 异步启动相比， 前者的机组启动电流减小一半， 启动力矩降为全 压异步启动的 1/4 ，相应延长了启动时刻，小容量机组还可采纳 两台或多台机合用 1 台变压器的降压异步启动方案，逐台操作。(b)(a)；(b)高压同步(换相幵关在主变压器低(换相幵关在主变压器高压侧(a) 图1-4变压器降压异步启动接线图1-3 全压异步启动接线 低压同步 压侧)；(c)高压同步(a)1台变压器接

13、1台机;(b)1台变压器接2台机图1-4为变压器降压异步启动接线。由图可见，为便于降压异步启动回路的切换操作需设置操作开关，多台机合用1台主变压器的降压异步启动还需设置降压启动母线，但可合用1台降压 启动回路的操作开关。我国岗南水电站采纳图 1-4(a) 的接线； 密云水电站采纳1-4 (b)接线。变压器降压异步启动投励磁的时刻，除采纳全压后投励磁 外，还可在切换到全压之前投励磁， 使机组拉入同步后再切换到 全压，后者可减小切换过程对系统的冲击。变压器降压通常取自低压绕组的中间抽头， 它超前于全电压 60 ，为使全电压断路器合闸时仍能保持同步，应使切换断路器 的时刻间隔等于机组减速 600电角

14、度所需的时刻。( 3)电抗器降压异步启动在机组启动回路串接电抗器， 待机组转速上升到接近同步转 速后，加励磁拉入同步，然后将电抗器短路，完成启动过程。由 于启动回路串接电抗， 减小了冲击电流和系统压降， 启动过程比 较平稳，可用于200MV机组的启动。电抗器降压异步启动接线如 图 1-5 所示， 图中换相隔离开关位于发电机电压侧， 也可位于主 变压器的高压侧。( 4)异步启动主接线举例图 1-6 为日本新冠抽水蓄能电站主接线。该电站装有 2 台105MVA/102MV抽水蓄能机组，采纳主变压器第三绕组供电降压启动方式。3、同步启动（1）工作原理和特点同步启动又称背靠背启动， 由本电站或临近电站的一台机组 （常规机或抽水蓄能机均可）运行于发电机工况作为启动电源。 启动前将启动机组与被启动机组通过启动母线互相连接， 并分不 加上适当的励磁。 当启动机组由水轮机拖动开始旋转后， 其定子 出口即产生频率逐步增高的低频电流， 经启动母线施于被启动机 组，使被启动机组在同步转矩作用下随启动机组同步旋转， 当加 速到额定转速的 80%时，投入各自的励磁调节器接着同步升速至 额定值，同步并网，