抽水蓄能電站發電電動機的特點及選型設計分析

趙洪峰 王軍 谷崢

摘 要：隨著近年來我國經濟的快速發展，各行各業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、工況環境轉換多、響應速度快等特定而得到較快的發展，其對于確保我國工業和居民的用電需求起到了重要的保障作用。而發電電動機的正確選型設計對于確保抽水蓄能電站的正常運行也起到了十分關鍵的作用。基于此，今天本文主要就抽水蓄能電站發電電動機的特點及選型設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。

關鍵詞：抽水;蓄能電站;發電;電動機;選型

一、抽水蓄能電站發電電動機相關內容概述

（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電的方式。其提高了電網的綜合利用效率，同時對于電網系統的穩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中經濟效益最高、使用壽命周期最長、裝機容量大、運行穩定可靠的儲能裝置。它對于我國智能電網的發展水平也起到了關鍵的支撐作用。

（2）抽水蓄能電站類型多樣，目前已由以往側重于用電負荷中心的初級階段發展到綜合能源基地、送出和落地端多方協同發展的新局面。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;按照水庫調節性能可分為季、周、日調節抽水蓄能電站。

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

（4）發電電動機的選型設計主要考慮三個方面的因素：其一，電力系統條件。主要評估參數有電抗、啟動功率、電壓降、穩定性、工況轉換次數、符合頻率控制等;其二，電機設計要求。主要評估參數有電壓等級、絕緣等級、允許溫升、設計尺寸限制等;其三，水力機械條件。主要評估參數有轉速、轉向、轉動慣量和安裝條件等。

二、抽水蓄能電站發電電動機的主要特點

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

（1）根據抽水蓄能電站的特點，其運行機制每天啟停和工況轉換頻次多達3次以上，這就要求發電電動機必須適應這樣的工作機制，才能在電力系統中承擔起調峰、調頻、調相等任務。

（2）在抽水工況環境下，機組在電網低谷時吸收電網多余的功，將電能轉化為勢能;在發電工況環境下，在電網高峰期將以上勢能轉化為電能，這兩種工況的轉向正好相反。發電電動機需要符合以上雙向運轉來設計，其軸承結構和通風冷卻系統設計也需要考慮雙向旋轉。

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

（4）發電電動機的起動。常見的啟動方式有異步啟動、同步啟動和靜止變頻等方式，一般根據總裝機容量來確定。根據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、抽水蓄能電站發電電動機選型設計參數分析

抽水蓄能電站的運行是一個系統性工程，需要各種零部件的高效、無縫緊密配合，其中發電電動機的選型設計尤為重要，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電的兩種工況，發電電動機的容量參數包括發電機容量和電動機容量兩方面，其選型設計參數需要考慮發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電的兩種工況，發電電動機的功率參數也包括抽水和發電兩種工況的功率因素。發電電動機的額定功率參數與接入系統方式和輸電距離的遠近以及系統中無功功率的配置和平衡有關，對發電電動機主體造價、電站相關電氣裝備的選型都有一定的影響。為了獲得最高的經濟效益，發電機和電動機視在功率也應大致相等。具體的參數選擇應根據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，其可適當的減輕發電電動機重量，降低成本。但是太高的參數設置對系統的穩定性會有一定的影響;而選擇較低的額定功率參數，則會相應增加發電電動機視在功率，從而引起材料成本的增加。

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

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

四、結語

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

參考文獻：

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