發電電動機

發電電動機是既可以作發電機使用，又可作為電動機使用的電機設備。主要用於抽水蓄電能電站。

基本介紹

• 中文名：發電電動機
• 外文名：generator-motor

結構

發電電動機按主軸位置分為臥式和立式兩種。

立式電機按推力軸承的位置可分為懸式和傘式兩大類。 推力軸承裝在轉子上方的稱為懸式；裝在轉子下方的稱為傘式。

特點

雙向旋轉

發電電動機主要用於抽水蓄能電站。由於可逆式水泵水輪機作水輪機和水泵運行時旋轉方向是相反的，因此電動機也需相應地雙向運轉。為了實現同步電機雙向運轉，在電氣上要求電源相序能夠轉換，這在電氣主接線和開關設備的選擇上可以實現；電機本身如何作雙向旋轉則要求通風冷卻和軸承都能適應雙向工作。

頻繁起停

抽水蓄能電站在電力系統中起填谷調峰的作用，要求起停較為頻繁，同時還需經常作調頻、調相運行，工況的調整也很頻繁。發電電動機處於這樣頻繁變化的運行條件下，其內部溫度變化自然十分劇烈，電機繞組將產生更大的溫度應力和變形，也可能由於溫度差在電機內部結露面影響絕緣。

需有專門起動措施

由於轉向相反，發電電動機運行時不能像作發電機那樣利用水泵水輪機起動，必須採用專門的起動方法。目前絕大部分抽水蓄能電站採用SFC起動，back-to-back作為備用起動方式。

過渡過程複雜

抽水蓄能機組在工況轉換中要經歷各種複雜水力、機械和電氣瞬態過程。在這些過程中將發生比常規水輪發電機組大得多的受力和振動，對於整個電機設計提出更嚴格的要求。

主要參數

發電電動機的設計應滿足以下三方面的參數：

水力機械條件

有功功率；轉速；飛逸轉速；旋轉方向（單向、雙向）；轉動慣量要求；安裝條件。

電力系統條件

視在功率；功率因數；穩定性要求；瞬態電抗；次瞬態電抗；運行方式（工況轉換次數及間隔）；調相運行要求；負荷頻率控制（LFC)；啟動功率；允許的電壓降；可用率要求。

電機設計要求

電壓等級；允許溫升；絕緣等級要求；尺寸限制；設計標準。

溧蓄

抽水蓄能機組具有工況轉換複雜，運行方式靈活，快速反應等特點。機組在設計時要兼顧高轉速、雙向運行、快速轉換、調頻和調相、頻繁起動和制動等特性。因此，設計難度遠超普通機組，甚至巨型水輪發電機組。機組的運行性能也是一個機組設計、製造和安裝質量的綜合體現。仙遊、響水澗、仙居等蓄能機組投運，標誌著國內設備廠家已經完全掌握抽水蓄能機組關鍵技術。溧陽抽水蓄能電站（簡稱“溧蓄”）裝設 6 台單機容量為 250MW 的混流式水泵水輪機-發電電動機組，為哈爾濱電機廠有限責任公司（簡稱“哈電”）獨立設計製造，是哈電對抽水蓄能機組幾十年研究、設計製造經驗和技術引進及創新的綜合運用，代表著當前國內此類型發電電動機最先進的水平。

溧蓄髮電電動機為立軸、半傘式、全空冷、三相凸極、可逆式同步發電機。發電電動機主要由定子、轉子、上導軸承、推力及下導軸承和輔助部分組成，如圖 1 所示。其通風系統為密閉自循環雙路徑向、無風扇端部迴風方式。定子機座採用鋼板焊接的斜支臂結構。鐵心下端為大齒壓板，在工地疊片、再分段壓緊，最後採用拉緊螺桿配合碟形彈簧緊固成整體，拉緊螺桿為全絕緣結構。定子繞組為 F級絕緣條式波繞組，加熱模壓固化工藝製成，採用315^。不完全換位的特殊換位方式，在工地下線。推力軸承採用可自動調整負荷的單波紋彈性油箱支撐方式，裝設 12 塊巴氏合金瓦，並配有一套高壓油頂起系統，在機組起停過程中保護推力瓦。下導軸承設定 16 塊巴氏合金瓦，與推力軸承共用一個油槽，推導組合軸承配備一套外加泵外循環系統，對整個油槽潤滑油進行熱交換。轉子支架為鋼板焊接的斜支臂結構，磁軛在工地疊裝，分段壓緊，最後與轉子支架採用複合鍵和熱加墊固定，磁極有 4 個“T”尾，在工地掛裝於磁軛對應“T”尾槽內，並用楔鍵固定。上機架為鋼板焊接結構，由1箇中心體和 8 個斜支臂組成。上導軸承裝設在上機架中心體內，設定 8塊巴氏合金瓦，導瓦採用球面支柱和調整墊片的徑向支撐方式，上導軸承的潤滑冷卻採用內循環方式。發電電動機容量、轉速和整體結構與響水澗和蒲石河發電電動機結構相類似。

主要原因分析

發電機槽內，定子線棒絕緣表面電場分布不均勻的，當局部場強達到一定數值時，氣體發生局部游離，在通風槽口及出槽口處出現藍色暈光放電。放電使空氣電離而產生臭氧（O3）及氮的氧化物（NO2、NO、N2O4），這些氧化物與氣隙內的水分發生化學作用，會使線棒表面防暈層、主絕緣、槽楔和墊條出現膠粘劑變質、碳化，股線絕緣和雲母變白，進而導致股線鬆散、短路、絕緣老化現象。造成電暈的主要因素有：

（1）海拔。海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。

（2）濕度。濕度加大，表面電阻率降低，起暈電壓下降。

（3）溫度。起暈電壓隨溫度升高而下降。

（4）間隙。線棒與鐵芯線槽壁間的間隙會使槽部防暈層和鐵芯間產生電火花放電。環氧粉雲母絕緣最易產生局部放電的危險間隙是在0.2～0.3 mm。

（5）電位和電場。電位和電場越高越易起暈，電場分布越不均勻越易起暈。

（6）線棒存在缺陷。線棒表面防暈層與線棒主絕緣之間粘接接觸不好，存在微小空氣氣隙，由於在高電場內主絕緣與防暈層之間存在電位差，造成氣隙放電。在很多芝麻點的小燒痕甚至外表無任何燒痕的情況下用工具輕按，發現內部存在大量空洞；處理過程中出現的深層損傷面遠大於表面，腐蝕面周圍從上至下防暈漆連同絕緣漆和防暈層完全脫落，玻璃絲帶層粉化，輕輕一戳就脫落，雲母層光亮，未發現損傷的情況。由上述現象可以看出，部分線棒最上層的防暈漆層損傷不大，內部接近銅芯的雲母層幾乎無損傷，而處於雲母層和防暈層之間的玻璃絲帶層損傷最為嚴重，因此可以認定電暈腐蝕是由主絕緣的雲母層和玻璃絲帶層之間發生並向周圍擴散的。

現場的處理

（1）針對溫度高的問題，只能從改善冷卻效果入手。

（2）電位高的問題無法解決，不論怎么排列均有線棒處於高電位區和低電位區，只能加強線棒的製造工藝和絕緣強度。

（3）針對線棒絕緣缺陷問題，只能更換線棒，但備品和在用線棒屬同一廠家、批次，也無法保證不存在缺陷。因此，暫時只能採取臨時補救方法處理，具體如下：

1）把缺陷線棒端部用無水乙醇清理乾淨。

2）用細砂紙將腐蝕面清除，不能傷及主絕緣。周圍清理出5mm左右的向內的斜坡，露出黑色防暈層。

3）用無水乙醇將創面清洗乾淨，用環氧樹脂將創面填平，凝固後打磨光滑（不平時可重複補膠再打磨）。

4）刷1243半導體漆，待乾後刷2道、3道（低阻半導體漆不能刷到鐵芯等部位）。

5）刷9130環氧晾乾漆。

保守的補救處理並不能徹底消除該機組的電暈腐蝕缺陷，只要線棒的內部缺陷得不到徹底解決，冷卻效果得不到很好的提升，電暈腐蝕就會繼續發展。但分析該發電機的缺陷，對其他發電電動機的設計和設備採購有一定的借鑑意義。