水轮发电机组变速技术

1、水轮发电机组变速技术水轮发电机组变速技术指的是：对并入电网运行的水轮发电机组，改变主轴的机械旋转速度而仍能保持电网及机组安全稳定运行的技术。水轮发电机组的变速方式主要有:变极变速、双转子双定子变速、定子变频变速、转子变频交流励磁变速。 变极变速是通过改变定子极数和转子极数使机组转速得以改变的变速方式.一般为两档。定、转子极数改变时，仍要使它们的极数相同。双转子双定子变速采用同轴的双套发电机定子和转子，各对应一个转速。定子变频变速是在发电机出口设容量相当的变频器，使机组转速能在一定范围内连续变化的变速方式。转子变频交流励磁变速是在发电机转子三相绕组回路设变频器，变频器输出频率在一定范围内变动的交

2、流电进入转子，使机组转速能在一定范围内连续变化的变速方式。 恒速水轮机效率是随水头和负载变化的，随着水轮机效率的降低，恒速运行还会引起尾水管脉动和空性恶化，若保持水轮机的高效率运行则需改变转速。因此，从20世纪40年代起就有专家提出水轮机变速运行的设想。抽水蓄能电站一般库容不大，发电水头和抽水扬程的变化范围较宽，为了满足抽水蓄能机组在较大水头(扬程)变化范围内运行的要求，首先在抽水蓄能机组上采用了变速技术。变极变速是最早应用于发电电动机的变速方式，随后经历了双转子双定子变速 一定子变频变速一转子变频交流励磁变速的发展过程。转子变频交流励磁变速技术在70年代开始进行工业试验，80年代末技术上已经

3、成熟并逐步得到应用。这种变速方式除能适应水头和负载的变化提高水 轮机效率，拓宽水轮机运行范围，减少振动和空蚀外，还能有效地改善电力系统的安全稳定运行状况。此外还可通过调整转子交流励磁电流实现有功功率的快速调节。对抽水蓄能机组水泵工况.通过调整转速，可改变其输人功率，实现电网频率自动控制。目前世界上已投运的大容量转子变频交流励磁变速机组是日本大河内电站395 MVA抽水蓄能机组，日本计划在东京电力公司的葛野川电站单机容量为412 MVA的3、4号机采用转子变频交流励磁变速机组，德国1997年开始兴建的金星抽水蓄能电站采用两台变速抽水蓄能机组(单机容量为265 MW)，预计在2002一2003年投

4、产。转子变频交流励磁变速技术先进，是一种有发展前途的变速方式，目前还主要应用在抽水蓄能机组上。 转子变频交流励磁变速方式的原理是基于并网运 行的变速机组对电力系统电气同步的特性，转子变频交流励磁变速机组控制复杂.可调节量 多，如转速踢是可调节量，交流励磁电流的频率、相 位均可调节。此外就是调节的方式多。以并网运行发电工况为例，恒速机组只通过调节导叶开度的办法来调 节发出的有功功率，而变速机组则既可采用调节导叶 开度的办法来调节发出的有功功率，也可通过调节交 流励磁电流来实现。变速机组的转速既可通过调节导 叶开度的办法来实现，也可通过调节交流励磁电流的 频率来实现。基于上述原因，变速机组需要采用高可靠 性的高速数字控制系统。 中国的岗南抽水蓄能电站(1968年第一台机组投 运)、密云抽水蓄能电站(1973年第一台机组投运)、响洪甸抽水蓄能电站(2000年第一台机组投