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超高压发电机Powerformer

时间:2017-5-15 13:47:00   来源:本网   添加人:admin

  计上有巨大变化,同时使发电、输变电和用电都产生了新的变化。

  众所周知,发电机额定电压由于绕组绝缘限制至今未超过30kV.为了减少输电损耗,电网电压却已升至220、500kV或更高,因此,送电端要配置升压变压器,受电端要有降压变压器。ABB工程师摒弃了传统电机的绝缘结构,研制出与电网直接相连的超篼压发电机,从而引起了一系列创新。

  Powerformer的原理及优点abb公司利用集成概念对系统进行了优化,历经8年的时间,开发出一种新型的超高压发电机。用于水力发电和火力发电,商品名称为Powerformer;用在风力发电上,就称为Windformer;用在电动机上,就称这种新型超篼压发电机的定子绕组与常规电机不同,采用电缆绕制的集中绕组。是利用交联聚乙烯(XLPE)电缆制成的定子高压绕组,它可避免定子电流过大而引起的一系列的麻烦,如冷却问题、绕组振动和焊接困难等问题。每根电缆长约100m,用标准的电缆接头连接。电缆的电场分布均匀,这更符合麦可斯威定律,为矩形定子线棒和圆形电缆电场分布的比较。

  矩形定子线棒与电缆式绕组电场分布图超篼压发电机的转子结构与常规电机一样用空气冷却,定子铁心用XLPE管通水冷却。Powerformer简化了系统,取消了发电机出口开关、封闭母线、升压变压器,可以直接与电网连接,维护工作量减少,系统效率可提高2%,造价可节约10%左右。通过寿命周期评估(LCA)表明,Powerformer与普通发电机生产同样电能,所用燃料少,废气排放量低,对环境影响小。

  又因其惯性常数(GD2)通常比传统发电机的大,有利于电力系统的安全稳定运行。但是,就发电机来说,Powerformer的体积比常规发电机的要大,重量约为传统发电机的1.2-1.4倍。

  的Powerformer设计参数见表1.ABB公司研制的用在水、火电上的Powerformer运行参数表见表2.Pow-erformei的供货范围与传统发电机不同,包括主机及其控制和保护设备,如励磁、继电保护、仪表及并网设备,将发电机连接到电网的设备包括高压电缆,篼压开关和测量变压器等。

  表1使用在水电、火电上的Powerformer设计参数表电站容量/MW电压/kV频率/Hz转速/r励磁方式水电无刷或静态火电无刷或静态表2不同电站上的Powerformer运行参数表电站名称容置电压转速备注样机运行,全面试验老机改造样机,经过全面试验传统发电机与超高压发电机的比较见表3.铜耗和铁耗相比,铜耗远远小于铁耗,正好和传统发电机相反。因此,冷却重点放在铁心上。在当前设计中,Powerformer有两套主要的冷却系统,转子和定子绕组端部用空气冷却,而定子铁心用水冷却。冷却水管轴向插人定子铁心。冷却水管也是由交联聚乙烯材料制成,与绝缘材料本质相同,只是水管用的是更篼密度的材料。塑料管的使用可以消除管子和铁心间短路的危险,也可以避免在接头和管子中产生涡流。由于铁心处于低电位,所以冷却水不必像传统的水冷却定子绕组那样,要对水进行去离子。而Power- former所用的冷却水可以采用普通的自来水。用水冷却的定子铁心比用空气冷却的定子铁心具有以下优点:①水冷却定子的空气流量低,风阻和摩擦损耗降低;②水冷却定子没有通风槽,使电机更为紧凑,缩小了电机体积。

  表3传统发电机与Powerforme「的比较传统发电机电压低(<电流大电流小温升高温升低定子铁心齿短定子线心齿长允许局部放电(PD)无局部放电(PD)绕组挤压成型成型分布绕组电缆线集中绕组Poius水电站装有世界上第1台Powerformer.该水电站建于1910年,前7台已退役,第8、9号机组为更新的机组,2台的规格一样。对该机的试验项目制定的很全,安装了大量的PD测试仪器和振动探测器。Powerformer的定子铁心齿篼约为扼的4~5倍,铁心齿的振动较大,Porus水电站第9号机组(Power-former)磁通计算图见。

  对ProU8水电站第9号机组的试验项目有:①损耗、效率、时间常数、容量曲线测试;②电缆表面电位、电压谐波测量;③机械振动等测童;④噪声测量;⑤甩负荷试验;⑥温升试验;⑦空载、短路试验;⑧辅助绕组(供低压厂用电)负荷及对主绕组的影响;⑨单相、两相、三相突然短路试验,绕组单相接地试验;⑩雷电冲击试验。)的专家们认为,Power-former很有前途,它节约了成本,并提高了发电系统的可靠性。专家们也针对有关事宜提出了问题。例如,对电缆耐压的要求,这么硬的电缆将如何成型,电缆在槽内如何固定,定子齿的振动幅值,突然短路电流与常规相比的大小等。有趣的是Powerformei与传统电机相比,突然短路电流比预计的要小很多,在Es-kilstuna电站进行的传统电机与Powerformer内部短路时故障电流的比较见表4.由于环保问题已引起全世界的关注,努力开发再生能源,大力发展风力发电已形成世界潮流。仅是2001年全世界的风力发电装机容量就增加了6500MW,达到了24GW,由此可证明风电已成为受欢迎的一种能源。风力发电技术在工业发达国家已形成竞争市场。ABB公司正是看准了这一极有前景的市场,他们以Powerformer的技术为基础,颇有新意的又开发出Windformer.它同Powerformer―样,与传统风力发电机相比,有着许多诱人的特点。

  表4传统电机与Powerformer内部短路时故电流的比较传统发电机15kV外部网150kV外部网短路电流/kA三相对地两相对地相间短路单相对地Windfonnei和常规设备的比较新开发的Windformei是高度集成的又一典范,为Windformer与常规风力发电机的主要结构的比较。该发电机采用同步电机,定子绕组由电缆绕成,额定电压为20kV.转子为永磁钢,取消了常规电机用的齿轮变速箱,使维护工作量减少。频率是随风速而变化的高压交流电经整流器变成直流电,由直流电缆传送减少了损耗。输送到逆变器变成所需的交流电,经系统变压器升压后并网。一个Windformei包括若干个风力发电机组,每台为3MW,每组容量为40MW.首批单机容量为3MW的风力发电机已在瑞典的Nilsudden电站安装。

  Windformer的主要优点是损耗小,可以对有功、无功分别进行控制。装有Windformer和传统的异步发电机的风力发电站的不同之处见表5.表S装有Windformer和传统异步发电机的风力发电站设备的组成的风力发电场装有异步发电机的风力发电场透平无齿轮箱同步发电机异步发电机永磁铁转子功率因数校准器二极管整流器软起动无透平变压器图端部绑扎续表S风力发电场装有异步发电机的风力发电场直流电缆交流电缆束输电变压器无输电变压器海上平台用于HVDC站及输电变压器的海上平台直流输电电缆交流输电电缆直流输电电缆直流逆变器SVC电站系统变压程师们根据同样的原理,成功的开发出称为Motor-forniei的超篼压电动机。它具有降低投资、节省场地、提篼效率、减少维护等优点。以往用于驱动压缩机和泵之类的工业机械所使用的大型电动机,其功率范围在1000~5000kW之间,电压在3~15kV之间。由于输电线路的电压比上述电机的额定电压要篼的多,所以在电网和电动机之间必须安装一个或多个降压变压器。这些变压器不仅需要一大笔费用,而且还存在引发火灾和漏油之类的隐患。Motorformer不需要使用降压变压器,可直接连到高压电网,在Motor-former中,如同Powerformer―样,使用交联聚乙嫌电缆,制成定子绕组,额定电压有35、66、150kV,其他部件如转子和机座等均无变动。Mmorforner采用直接的在线起动方法,起动电流为2 ~5倍额定电流。在电动机不产生过热的前提下,通过对机械转矩和电网电压降的优化,求出电动机的合适参数。第1台Mo-torfonner是同步电机结构形式,以后如市场需求量大,将会再开发出这种结构形式的异步电机。

  由于ABB公司掌握着全新的工艺技术,而使海上钻井平台所用设备得到彻底简化。他们最近又向设在挪威海湾70km处的Troll海上钻井平台提供两台Motorformer.它用于压缩机系统的传动。Motor-former的单台功率是40MW,直接和72kV的母线相连接,电压为70kV.为Motorformer定子绕组端部绑扎。

  4结论国外超篼压发电机这项新技术现已进人商业应用阶段并日趋成熟。日本、加拿大、美国等紧随其后也在加紧开发。由于这项新技术涉及到发电机、输变电、供电等领域的创新并带来切实的经济效益和生态效益,因此也引起了国内同仁的极大兴趣。哈尔滨大电机研究所、哈尔滨理工大学等单位也在跟踪和研究。希望这项电机界的创新技术能引起各有关方面的关注。