摘要：本文已抽水蓄能电站发电电动机相关内容概述，抽水蓄能电站发电电动机的主要特点，推力轴承解析以及抽水蓄能电站发电电动机选型设计参数分析。
关键词：抽水蓄能；电站发电电动机；特点；选型设计
引言
随着近年来我国经济的快速发展，各行各业对于电力的需求也日益增加。基于我国水力资源的分布以及相应气候、地理条件的特点，抽水蓄能电站因其运行方式灵活多样、工况环境转换多、响应速度快等特定而得到较快的发展，其对于确保我国工业和居民的用电需求起到了重要的保障作用。而发电电动机的正确选型设计对于确保抽水蓄能电站的正常运行也起到了十分关键的作用。
1抽水蓄能电站发电电动机相关内容概述
（1）抽水蓄能电站的工作原理是指其利用电力负荷低谷时的电能将水抽至上水库，而在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的方式。其提高了电网的综合利用效率，同时对于电网系统的稳压和周波起到了重要的作用，是一种新型的电站运行模式。抽水蓄能电站是目前电力系统中经济效益最高、使用寿命周期最长、装机容量大、运行稳定可靠的储能装置。它对于我国智能电网的发展水平也起到了关键的支撑作用。（2）抽水蓄能电站类型多样，目前已由以往侧重于用电负荷中心的初级阶段发展到综合能源基地、送出和落地端多方协同发展的新局面。常见的抽水蓄能电站按照有无天然径流可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站；按照水库调节性能可分为季、周、日调节抽水蓄能电站。（3）作为抽水蓄能电站中的核心设备之一，发电电动机起到了关键性的作用，其既可当作发电机使用，又能当作电动机使用。常见的发电电动机按照其主轴位置可分为立式和卧式两种。（4）发电电动机的选型设计主要考虑三个方面的因素：其一，电力系统条件。主要评估参数有电抗、启动功率、电压降、稳定性、工况转换次数、符合频率控制等；其二，电机设计要求。主要评估参数有电压等级、绝缘等级、允许温升、设计尺寸限制等；其三，水力机械条件。主要评估参数有转速、转向、转动惯量和安装条件等。
2抽水蓄能电站发电电动机的主要特点
根据抽水蓄能电站机组运行的工况要求，相较于常规水电发电机，其在设计和制造等方面提出了更高的要求，其主要表现出如下的特点：（1）根据抽水蓄能电站的特点，其运行机制每天启停和工况转换频次多达3次以上，这就要求发电电动机必须适应这样的工作机制，才能在电力系统中承担起调峰、调频、调相等任务。（2）在抽水工况环境下，机组在电网低谷时吸收电网多余的功，将电能转化为势能；在发电工况环境下，在电网高峰期将以上势能转化为电能，这两种工况的转向正好相反。发电电动机需要符合以上双向运转来设计，其轴承结构和通风冷却系统设计也需要考虑双向旋转。（3）为了确保发电电动机在抽水工况下启动电流平稳，必须要制定专门的启动措施。其相较于传统的水轮发电机组具有尺寸小、磁极对数少、通风冷却难度高等特定。（4）发电电动机的起动。常见的启动方式有异步启动、同步启动和静止变频等方式，一般根据总装机容量来确定。根据国际上目前使用情况来看，静止变频起动方式能较好的配合抽水蓄能电站的运行模式而成为主流的起动方式。
3推力轴承解析
3.1油膜厚度分布特性
推力轴承运行中关键因素是运行油膜的厚度，特别是最小动压油膜厚度更是直接关系到推力轴承运行性能好坏，以及能否安全稳定运行。从图1～图3推力瓦的周向和径向解析图中可以看出，从瓦内径侧、瓦中心再到瓦外径侧渐变情况来看油膜厚度呈现出很好的连续、均匀、动态的楔形收敛过程，最小动压油膜厚度出现在推力瓦中心部分距出油侧20%左右的区域内，并且最小油膜厚度达到了0．04mm以上，而在瓦面的周向中心位置最小油膜厚度更是达到了0．08mm，由此可以看出中心对称布置的弹簧簇支承方式并没有对收敛的楔形油膜建立产生多大不利影响。
图1 周向分布图（瓦中心处）
图2 径向分布图（瓦中心处）
图3 推力瓦体变形图（以瓦出油侧中心为基准）
3.2油膜温度分布特性
推力瓦的最高瓦温经常是作为判定推力轴承能否安全稳定运行的一个标准，从图1～图3可以看出，周向油膜温度上升缓慢，径向油膜温度基本呈正态对称分布，在油膜压力最大区域油膜温度也不到70℃，而最高油膜温度出现在推力瓦出油边的局部区域，为100℃左右，瓦面大部分区域油膜温度为60℃左右，总体推力瓦的平均油膜温度并不高，所以由于油膜温度升高（平均油膜温升不大）而对推力瓦和推力镜板造成的热凸变形值是在一定范围内的。
3.3油膜压力分布特性
推力轴承油膜压力的分布主要反映的是对瓦体的弹性变形产生的影响。如图1～图3油膜压力分布在推力瓦内径侧和外径侧、进油侧和出油侧，均呈现低值压力。图2反映出周向油膜压力从瓦进油边逐渐缓慢上升到最大值后迅速下降，最大值偏移推力瓦中心在瓦面60%左右范围出现。图2反映出径向油膜压力按瓦半径中心对称分布，由于高顶孔的设立减缓了周向和径向的油膜压力上升，因此可以看出，由于油膜压力产生的瓦体弹性变形是按推力瓦周向缓慢加深和径向中心对称分布扩大的渐凹变形过程，并且这个瓦体凹变形在瓦周向60%左右达到最大后，又开始周向变浅，径向缩小直至瓦的出油侧。
4抽水蓄能电站发电电动机选型设计参数分析
抽水蓄能电站的运行是一个系统性工程，需要各种零部件的高效、无缝紧密配合，其中发电电动机的选型设计尤为重要，主要从以下方面来考虑和评估：（1）额定容量。为了适配抽水蓄能电站抽水和发电的两种工况，发电电动机的容量参数包括发电机容量和电动机容量两方面，其选型设计参数需要考虑发电工况时与水轮机工况在额定水头下的额定出力匹配；而电动工况时的输出轴功率则与水泵工况在最小扬程下的最大输入轴功率匹配。（2）功率因素。为了适配抽水蓄能电站抽水和发电的两种工况，发电电动机的功率参数也包括抽水和发电两种工况的功率因素。发电电动机的额定功率参数与接入系统方式和输电距离的远近以及系统中无功功率的配置和平衡有关，对发电电动机主体造价、电站相关电气装备的选型都有一定的影响。为了获得最高的经济效益，发电机和电动机视在功率也应大致相等。具体的参数选择应根据抽水蓄能电站的总体情况综合考虑。若选择较高的额定功率参数，其可适当的减轻发电电动机重量，降低成本。但是太高的参数设置对系统的稳定性会有一定的影响；而选择较低的额定功率参数，则会相应增加发电电动机视在功率，从而引起材料成本的增加。（3）额定转速。其主要根据水泵水轮机额定转速来进行参数的选择，同时还需要结合水轮机工作水头、转轮直径、转轮型式等。而为了符合发电电动机的电磁设计要求，需要对几种可能的额定转速进行综合分析比较。（4）额定电压及其调节范围。其主要反映发电电动机的绝缘水平，其必须考虑到发电电动机回路电压配电装置、主变压器等设备的选型。其与定子绕组的并联支路数关系最为密切，为了选择适合的槽电流，需对其进行适配调整。
结语
综上所述，抽水蓄能电站是水利水电行业发展的大势所趋，有其存在的必要性，而且也确实发挥了越来越重要的作用。而根据发电电动机的特点进行选型设计分析对于确保其正常、高效的运行也起到了极为关键的作用。
参考文献：
［1］中华人民共和国国家发展和改革委员会．抽水蓄能电站设计导则：DL/T5208－2018［S］．北京：中国电力出版社，2017．
［2］骆如蕴．水电站动力设备设计手册［M］．北京：中国水利水电出版社，2017：31．
论文作者:朱冲
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：油膜论文; 电动机论文; 电站论文; 推力论文; 工况论文; 功率论文; 参数论文; 《电力设备》2019年第4期论文;