抽水蓄能电站发电电动机的特点及选型设计分析

赵洪峰 王军 谷峥

摘 要：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。基于此，今天本文主要就抽水蓄能电站发电电动机的特点及选型设计分析这一论题给大家进行阐述和分析，希望能起到抛砖引玉之效。

关键词：抽水;蓄能电站;发电;电动机;选型

一、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。

二、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。

三、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、电站相关电氣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。

四、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。这就要求项目方必须重视此项工作，积极的提升发电电动机的适配性，以提升其经济效益。因此，我们可以结合国内外的成熟经验和长处，同时吸取相关的经验教训，共同推动抽水蓄能电站的应用范围和健康发展贡献自己的力量，最终为我国经济发展的腾飞奠定坚实的基础，造福于民。

参考文献：

[1]王现勋，梅亚东，段文辉，杨娜.抽水蓄能电站运行优化模型[J].水电自动化与大坝监测，2008，（02）.