[發明專利]可變速水輪發電機

無效

• 申請號: 201310085408.9
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103701235A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 苗立杰;高超;王福家;趙云凱;趙一軍;范磊;張巖;吳光宇;劉壯志
• 申請（專利權）人: 哈電發電設備國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H02K1/22
• 分類號: H02K1/22;H02P9/04;H02P9/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、?????技術領域

本發明涉及一種可變速水輪發電機，該水輪發電機適用于水頭變幅較大的水電站。該水輪發電機轉子采用三相繞線式設計，通過交流勵磁裝置進行勵磁。采用可變速水輪發電機可有效解決常規水輪發電機組因為水頭變幅較大所造成的運行效率低、水輪機葉片氣蝕磨損嚴重等問題。這為水頭變幅較大的水電站提高機組運行效率提出了新的解決方案。

二、?????背景技術

水輪發電機將水能轉換為電能，是水電站中的基本單元。常規水輪發電機組通常采用直流勵磁的同步發電機，只能在額定同步轉速下運行，發電機轉速固定不變，無調整余地；另外，常規水輪機通常都設計成在加權平均水頭下達到最優單位轉速，水輪機運行在最優單位轉速附近具有良好的性能和較高的效率。然而當水頭變化時，水輪機單位轉速也隨之變化，當其偏離了最優單位轉速時水輪機效率降低，氣蝕系數加大，磨蝕和機組振動增加，機組運行工況惡化。

通常的水電站不管是初期投運還是正式投運，其水頭都存在較寬的變化范圍，使得水輪機無法持續運行在最佳工況。因此，為了改善機組運行工況，適合采用可變速水輪發電機。我國水力資源豐富，多泥沙的河流較多，如果機組采用可變速水輪發電機，則可以在水頭變幅較大時，相應地調節發電機轉速，使發電機組始終運行于水輪機的最優單位轉速附近，從而，提高了水輪發電機組運行效率，減少了水輪發電機組振動、氣蝕和磨損，延長水輪機的壽命。?

目前我國已建和在建的水電站基本上是采用直流勵磁的常規水輪發電機組，采用交流勵磁的可變速水輪發電機組目前國內還沒有相應的技術引進，國外對我國一直采取技術嚴格保密的態度。我單位自上個世紀八十年代開始就著手自主開發和設計交流勵磁可變速水輪發電機組，現在已掌握交流勵磁可變速水輪發電機組的開發和設計能力。目前，由我單位自主研發的6500kW可變速水輪發電機組已在新疆伊犁人民電站成功投入運行，填補了國內交流勵磁可變速水輪發電機組的空白。

三、?????發明內容

為了彌補常規水輪發電機組因為水頭變幅較大造成的機組運行效率低、水輪機葉片氣蝕磨損嚴重等問題，特發明此可變速水輪發電機。

發電機轉子采用繞線式結構設計，通過交流勵磁裝置為其提供三相交流勵磁電流，發電機轉子機械頻率和勵磁電流頻率的關系滿足：

f_1?=?f₂?+f_m

注：f₁=50Hz為定子磁場頻率；f₂為勵磁電流頻率；f_m為轉子機械頻率，f_m的范圍為45~55Hz。

可變速水輪發電機為立式三相變速發電機，采用全密閉循環空氣冷卻器系統，發電機為立軸懸式機組。

發電機具體參數如下：

額定功率：6500kW

額定電壓：6300V

額定電流：744.6A

額定頻率：50?Hz

額定功率因數：0.8(滯后)

額定轉速：250r/min

飛逸轉速：500r/min

相數：3

短路比：0.96

旋轉方向：俯視為順時針

可變速水輪發電機根據水頭的變化由交流勵磁裝置來調節勵磁電流的頻率，用以彌補水頭變化帶來的發電機轉速的變化，從而有效地調節水輪機工作在高效率區；機組既可以實現亞同步發電又可實現超同步發電。

四、?????附圖說明

圖1為發電機總裝圖；

示意圖中的零部件標號說明：

1集電環??2刷架??3上機架??4轉子??5定子??6空氣冷卻器??7制動器??8下機架??

圖2為發電機外形圖；

示意圖中的零部件標號說明：

3上機架??6空氣冷卻器??8下機架

圖3為圖1中發電機轉子4的裝配圖；

示意圖中的零部件標號說明：

20轉軸??21磁軛??22磁極??23風扇??24發電機引接線

圖4為圖1中發電機定子5的裝配圖；

示意圖中的零部件標號說明：

30出線夾??31定子鐵心??32匯流排??33支架??34定子線圈

圖5為圖1中發電機上機架3的裝配圖；

示意圖中的零部件標號說明：