什么是抽水蓄能电机?

[拼音]：choushui xuneng dianji

[外文]：electrical machine for pump storage power station

抽水蓄能电站用的一种三相凸极同步电机，又称发电电动机。在电力系统中可用于调节系统负荷。当系统中电力有多余时，抽水蓄能电机作为电动机运行，带动水泵（水轮机）把下游的水抽入水库，将电能转换成水的位能储存起来。当系统出现高峰负荷时，则水库放水，由水轮机带动抽水蓄能电机作发电机运行，把水库中水的位能转化成电能供给电网。此外，由于火电厂和核电站的机组只有在其额定功率附近连续运行，才能获得较高的运行效率，而电网的负荷却是时刻变化的，因此电力系统需要水电站或抽水蓄能电站来解决这种负荷的剧烈变动。随着电力系统容量的不断增大和火力发电厂与核电站的增加，抽水蓄能电站日益增多，其容量也越来越大。

在小型抽水蓄能电站中，抽水蓄能电机可采用同时与水轮机和水泵相联结的形式，称做串联式机组。这种抽水蓄能电机和一般的同步电机没有什么大的差别。在大型抽水蓄能电站中，抽水蓄能电机往往只和一台水力机械相联接，称为可逆式机组。这种水力机械在作水轮机和水泵运行时，不但其旋转方向不同，而且为了提高作水泵运行时的效率，转速应比作水轮机时适当提高，因此要求抽水蓄能电机不但能正反旋转，而且能根据其运行情况相应地改变电机的极数以改变转速。

在同步电机中改变极数，需同时改变定子绕组和转子绕组的极数。改变定子绕组极数的一种办法是在定子上放两套单层绕组，各适用于一种极数。这种办法接线简单，辅助设备少，但电机运行时只有一套绕组工作，材料利用率较低。另一种办法是只用一套绕组，根据变极的需要把这个绕组分成若干个线圈组，通过改变这些线圈组的接法以形成不同极数的绕组。图中所示为一三相双层绕组在两种不同极数下的接线示意。采用这种方法，电机材料利用率较高，但接线比较复杂，需要用较多的切换开关。

转子变极数方法较多，有简单的成组反接方式、部分磁极线圈短接再进行成组反接方式和大小磁极加成组反接方式等。成组反接方式办法简单，但磁场中谐波分量较大，且电机材料利用率也比较低。为减少谐波，提高导磁材料利用率，可采用部分磁极极靴宽度和励磁磁通势不同的所谓大小极方式。这种变极方案中气隙磁场的谐波分量较小。

抽水蓄能电站机组的单机容量往往比较大，当它作电动机运行时，若采用一般同步电机的异步起动方式直接起动，对电网的扰动较大。通常采用同步起动方式或用专门的起动电动机起动的办法。起动电动机一般用绕线式转子异步电动机。其容量约为被起动主机的5～8％。其极数比主机少2～4极，以使机组有可能升速到主机的同步转速，然后并入电网。同步起动方法是利用同一电站的一套机组作为水轮发电机，供电给另一台待起动的电机。在这二台电机开始起动以前先分别加上适当的励磁，然后缓慢起动水轮发电机组，使它馈电给被起动的电动机，将它也慢慢地起动起来，并与发电机进入同步。以后在两台电机同步运行的状态下逐渐升速，直至达到额定转速后共同并入电网。这种起动方法附加设备少，但起动时间比较长。倘若作发电机用的那台机组也要作电动机带动水泵运行，则需要另行解决它的起动问题。

20世纪70年代以来，随着电力电子技术的发展，在大型抽水蓄能电站机组的同步起动方式中，开始广泛采用晶闸管变频器代替同步发电机。通常把晶闸管变频器和同步电机有机地结合，组成无换向器电动机进行起动。这种变频器结构简单，对晶闸管元件的快速性要求不高。晶闸管变频器的容量通常只有主机的5～10％，设备价格较低，起动过程也比较快速。一个抽水蓄能电站中配备1～2套这种容量不太大的变频装置即可解决全部抽水蓄能机组的起动问题。