【干货】抽水蓄能电站机电设备简介

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世界上第一座抽水蓄能电站于1882年诞生于瑞士,已有100多年的历史,我国抽水蓄能电站建设起步较晚,第一台11MW抽水蓄能机组到1968才在岗南水电站投入运行,但我国抽水蓄能发展速度很快,目前已是世界装机容量最大的国家。下面对抽水蓄能电站机组电设备简单进行介绍。

1.发电电动机

发电电动机是既可用做发电机也可用做电动机的同步电机。

作发电机用时,其运行原理如下: 当励磁绕组通以直流电源后,电机内就会产生磁场。水轮机带动转子转动,则磁场与定子线棒之间有相对运动,就会在定子线棒中感应出交流电势。这些线棒联成三相绕组,则可在绕组出线端产生交流电动势。

作同步电动机运行时,则在定子三相绕组加以交流电,三相交流电流通过定子绕组时就会在电机内产生一旋转磁场,当转子上的励磁绕组加上励磁电流,旋转磁场就带动转子,并按旋转磁场的转速来旋转。

由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反,所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反。为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反,这就需改变三相绕组相序排列,所以发电电动机需加装相应的换相设备(换相刀闸)。

发电电动机主要由定子、转子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、制动系统、高压减载装置、冷却系统等部分组成。

2.水泵水轮机

水泵水轮机包括水轮机和调速器、球阀等附属设备和冷却水系统、高压气系统等辅助设备。水泵水轮机本体由以下几大部件构成:转轮、主轴密封、水导轴承、导水机构、导叶、水轮机轴、中间轴、蜗壳、座环、顶盖、底环、尾水管等。

水泵水轮机的水机的调相运行系统分压水系统、水环排水系统、蜗壳排气系统和尾水水位测量系统。

水泵水轮机

3.进水主阀

在水轮机过水系统中,装置在水轮机蜗壳前的阀门统称水轮机进水主阀。抽水蓄能电站一般都具有水头高,压力大的特点,进水主阀一般为过流球形形式,即球阀。进水主阀的作用:

(1) 对于一洞多机岔管引水的水电站,检修时隔离机组与上游水道,保证机组检修安全与其它机组正常运行。

(2) 对于高水头水电站,因其水头高,压力大,导叶漏水量大,设置进水主阀可减少能量损失。当机组发生故障时,迅速关闭进水主阀,截断水流,防止发生飞逸事故。

(3) 对于长引水管道的水电站,因其充水时间长,延长了机组的启动时间。装设进水主阀可缩短重新启动时间,提高机组运行的灵活性和速动性。

(4) 投产初期,用做未投产机组压力钢管的堵头,保证厂房安全。

4.调速器系统

水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、水轮机、发电机及负载)共同组成的。

调节的任务是根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出,以维持机组转速(频率)在规定范围内。

对调速器必需的要求是保证调节系统的稳定性和相当好的速度调节过程质量。

近年来,新投产的机组都采用了数字式电液调速器即微机调速器。调节参数的整定和修改都非常方便,运行状态的查询和转换也很灵活。机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可根据调保计算要求,灵活地实现折线关闭规律;开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。而且便于直接与厂级或系统级上位机相连接,实现全厂的综合控制,提高水电厂的自动化水平。

5.压缩空气系统

压缩空气系统由空气压缩装置(空气压缩机及其辅助设备)、管道系统和测量控制元件三部分组成。

水电站压缩空气的使用主要有以下几个方面:电站油压装置压力油罐充气,是水轮机调节系统和球阀控制系统的能源;机组停机时的机械制动用气;机组作调相运行时转轮室压水用气;检修维护室风动工具及吹污清扫用气;离相封闭母线的微增压用气和水轮机主轴检修密封供气等。

按照空压机出口压力等级,压缩空气系统可分为高压压缩空气系统、中压压缩空气系统和低压压缩空气系统。

6.调相压水系统

水泵水轮机在抽水之前,机组必须先作抽水调相工况运行。当机组抽水或抽水调相启动时,需要靠SFC或BACK TO BACK进行逐步拖动,此时,利用压缩空气强制压低转轮室水位,使转轮在空气中旋转,可以减少阻力,即减少电能的消耗,同时机组的振动也可以相应的减轻,机组转速能快速达到额定转速进行同期并网。机组调相运行中,需要转向抽水时,转轮室排气之后打开导叶,工况即可转换,提高了机组的响应时间。

机组作调相运行时的有功损耗与发无功功率有关,发电调相满发时,转轮在水中旋转约为额定有功功率的15%左右,在空气旋转则为4%左右,由此可见,调相压水的经济效益是很大的。

机组调相时的压缩空气是从专用的气罐中引来,强制压低尾水管中的水位。气罐最小压力,必须等于转轮室所要求压低的水位与下游水位之差。

7.静止变频启动装置(SFC)

静止变频器起动是利用可控硅变频装置(SFC)产生从零到额定频率的变频起动电源,将发电电动机起动并同步拖动起来。基本结构主要分为四个部分:静止变频器起动适用于容量大、机组台数多的大型抽水蓄能电站。因变频器都是静止元件,维护工作量小,工作可靠性高,设备布置比较灵活,每台机组可公用一套。

静态变频器的主要优点是无级变速、启动平稳、反应速度快,具有很强的自诊断能力,但其所需控制设备比较复杂,元件质量要求高。

静止变频器(SFC)用于机组抽水(抽水调相)工况启动,主要由输入单元、变频单元、输出单元、控制单元、保护单元及辅助单元几部分组成。

8.主变压器

主变压器由以下部分组成:

1)铁心:铁心是变压器的磁路,通常用含硅量约为5%表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。

2)线圈:绕组是变压器的电路部分,一般由外面包有绝缘纸的铝线或铜线绕制而成。

3)绝缘结构:变压器绝缘主要指外部绝缘和内部绝缘。外部绝缘指高、低压绕组引出油箱外时用的瓷套管,它是带电的引线与接地的油箱间的绝缘。套管装在油箱盖上。套管中心穿有导电杆,下端伸进油箱,与绕组引线相连,上端露出油箱外,以便与外部电路连接。高压引线一般用充油式或电容式套管。

4)油箱及其它部件:油浸式变压器油箱具有容纳器身、变压器油及散热冷却作用,它用钢板焊成,呈椭圆桶状。油箱内的变压器油既是绝缘介质,又是冷却介质。

9.监控系统

计算机监控系统是以微机为基础,以数据总线为通信介质,能远方监控,自动运行的智能型分层分布的开放式控制系统,整个系统由调度级、电站控制级和现地单元控制级组成。


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