抽水蓄能電站發(fā)電電動機的特點及選型設(shè)計分析

趙洪峰 王軍 谷崢

摘 要：隨著近年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對于電力的需求也日益增加。基于我國水力資源的分布以及相應(yīng)氣候、地理條件的特點，抽水蓄能電站因其運行方式靈活多樣、工況環(huán)境轉(zhuǎn)換多、響應(yīng)速度快等特定而得到較快的發(fā)展，其對于確保我國工業(yè)和居民的用電需求起到了重要的保障作用。而發(fā)電電動機的正確選型設(shè)計對于確保抽水蓄能電站的正常運行也起到了十分關(guān)鍵的作用。基于此，今天本文主要就抽水蓄能電站發(fā)電電動機的特點及選型設(shè)計分析這一論題給大家進行闡述和分析，希望能起到拋磚引玉之效。

關(guān)鍵詞：抽水;蓄能電站;發(fā)電;電動機;選型

一、抽水蓄能電站發(fā)電電動機相關(guān)內(nèi)容概述

（1）抽水蓄能電站的工作原理是指其利用電力負荷低谷時的電能將水抽至上水庫，而在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的方式。其提高了電網(wǎng)的綜合利用效率，同時對于電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)壓和周波起到了重要的作用，是一種新型的電站運行模式。抽水蓄能電站是目前電力系統(tǒng)中經(jīng)濟效益最高、使用壽命周期最長、裝機容量大、運行穩(wěn)定可靠的儲能裝置。它對于我國智能電網(wǎng)的發(fā)展水平也起到了關(guān)鍵的支撐作用。

（2）抽水蓄能電站類型多樣，目前已由以往側(cè)重于用電負荷中心的初級階段發(fā)展到綜合能源基地、送出和落地端多方協(xié)同發(fā)展的新局面。常見的抽水蓄能電站按照有無天然徑流可分為純抽水蓄能電站和混合式抽水蓄能電站;按照水庫調(diào)節(jié)性能可分為季、周、日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

（3）作為抽水蓄能電站中的核心設(shè)備之一，發(fā)電電動機起到了關(guān)鍵性的作用，其既可當作發(fā)電機使用，又能當作電動機使用。常見的發(fā)電電動機按照其主軸位置可分為立式和臥式兩種。

（4）發(fā)電電動機的選型設(shè)計主要考慮三個方面的因素：其一，電力系統(tǒng)條件。主要評估參數(shù)有電抗、啟動功率、電壓降、穩(wěn)定性、工況轉(zhuǎn)換次數(shù)、符合頻率控制等;其二，電機設(shè)計要求。主要評估參數(shù)有電壓等級、絕緣等級、允許溫升、設(shè)計尺寸限制等;其三，水力機械條件。主要評估參數(shù)有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)動慣量和安裝條件等。

二、抽水蓄能電站發(fā)電電動機的主要特點

根據(jù)抽水蓄能電站機組運行的工況要求，相較于常規(guī)水電發(fā)電機，其在設(shè)計和制造等方面提出了更高的要求，其主要表現(xiàn)出如下的特點：

（1）根據(jù)抽水蓄能電站的特點，其運行機制每天啟停和工況轉(zhuǎn)換頻次多達3次以上，這就要求發(fā)電電動機必須適應(yīng)這樣的工作機制，才能在電力系統(tǒng)中承擔起調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)。

（2）在抽水工況環(huán)境下，機組在電網(wǎng)低谷時吸收電網(wǎng)多余的功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能;在發(fā)電工況環(huán)境下，在電網(wǎng)高峰期將以上勢能轉(zhuǎn)化為電能，這兩種工況的轉(zhuǎn)向正好相反。發(fā)電電動機需要符合以上雙向運轉(zhuǎn)來設(shè)計，其軸承結(jié)構(gòu)和通風冷卻系統(tǒng)設(shè)計也需要考慮雙向旋轉(zhuǎn)。

（3）為了確保發(fā)電電動機在抽水工況下啟動電流平穩(wěn)，必須要制定專門的啟動措施。其相較于傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機組具有尺寸小、磁極對數(shù)少、通風冷卻難度高等特定。

（4）發(fā)電電動機的起動。常見的啟動方式有異步啟動、同步啟動和靜止變頻等方式，一般根據(jù)總裝機容量來確定。根據(jù)國際上目前使用情況來看，靜止變頻起動方式能較好的配合抽水蓄能電站的運行模式而成為主流的起動方式。

三、抽水蓄能電站發(fā)電電動機選型設(shè)計參數(shù)分析

抽水蓄能電站的運行是一個系統(tǒng)性工程，需要各種零部件的高效、無縫緊密配合，其中發(fā)電電動機的選型設(shè)計尤為重要，主要從以下方面來考慮和評估：

（1）額定容量。為了適配抽水蓄能電站抽水和發(fā)電的兩種工況，發(fā)電電動機的容量參數(shù)包括發(fā)電機容量和電動機容量兩方面，其選型設(shè)計參數(shù)需要考慮發(fā)電工況時與水輪機工況在額定水頭下的額定出力匹配;而電動工況時的輸出軸功率則與水泵工況在最小揚程下的最大輸入軸功率匹配。

（2）功率因素。為了適配抽水蓄能電站抽水和發(fā)電的兩種工況，發(fā)電電動機的功率參數(shù)也包括抽水和發(fā)電兩種工況的功率因素。發(fā)電電動機的額定功率參數(shù)與接入系統(tǒng)方式和輸電距離的遠近以及系統(tǒng)中無功功率的配置和平衡有關(guān)，對發(fā)電電動機主體造價、電站相關(guān)電氣裝備的選型都有一定的影響。為了獲得最高的經(jīng)濟效益，發(fā)電機和電動機視在功率也應(yīng)大致相等。具體的參數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)抽水蓄能電站的總體情況綜合考慮。若選擇較高的額定功率參數(shù)，其可適當?shù)臏p輕發(fā)電電動機重量，降低成本。但是太高的參數(shù)設(shè)置對系統(tǒng)的穩(wěn)定性會有一定的影響;而選擇較低的額定功率參數(shù)，則會相應(yīng)增加發(fā)電電動機視在功率，從而引起材料成本的增加。

（3）額定轉(zhuǎn)速。其主要根據(jù)水泵水輪機額定轉(zhuǎn)速來進行參數(shù)的選擇，同時還需要結(jié)合水輪機工作水頭、轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)輪型式等。而為了符合發(fā)電電動機的電磁設(shè)計要求，需要對幾種可能的額定轉(zhuǎn)速進行綜合分析比較。

（4）額定電壓及其調(diào)節(jié)范圍。其主要反映發(fā)電電動機的絕緣水平，其必須考慮到發(fā)電電動機回路電壓配電裝置、主變壓器等設(shè)備的選型。其與定子繞組的并聯(lián)支路數(shù)關(guān)系最為密切，為了選擇適合的槽電流，需對其進行適配調(diào)整。

四、結(jié)語

綜上所述，抽水蓄能電站是水利水電行業(yè)發(fā)展的大勢所趨，有其存在的必要性，而且也確實發(fā)揮了越來越重要的作用。而根據(jù)發(fā)電電動機的特點進行選型設(shè)計分析對于確保其正常、高效的運行也起到了極為關(guān)鍵的作用。這就要求項目方必須重視此項工作，積極的提升發(fā)電電動機的適配性，以提升其經(jīng)濟效益。因此，我們可以結(jié)合國內(nèi)外的成熟經(jīng)驗和長處，同時吸取相關(guān)的經(jīng)驗教訓(xùn)，共同推動抽水蓄能電站的應(yīng)用范圍和健康發(fā)展貢獻自己的力量，最終為我國經(jīng)濟發(fā)展的騰飛奠定堅實的基礎(chǔ)，造福于民。

參考文獻：

[1]王現(xiàn)勛，梅亞東，段文輝，楊娜.抽水蓄能電站運行優(yōu)化模型[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2008，（02）.