[科普中国]-发电电动机

发电电动机是既可以作发电机使用，又可作为电动机使用的电机设备。主要用于抽水蓄电能电站。

结构发电电动机按主轴位置分为卧式和立式两种。

立式电机按推力轴承的位置可分为悬式和伞式两大类。 推力轴承装在转子上方的称为悬式；装在转子下方的称为伞式。1

特点双向旋转发电电动机主要用于抽水蓄能电站。由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵运行时旋转方向是相反的，因此电动机也需相应地双向运转。为了实现同步电机双向运转，在电气上要求电源相序能够转换，这在电气主接线和开关设备的选择上可以实现；电机本身如何作双向旋转则要求通风冷却和轴承都能适应双向工作。

频繁起停抽水蓄能电站在电力系统中起填谷调峰的作用，要求起停较为频繁，同时还需经常作调频、调相运行，工况的调整也很频繁。发电电动机处于这样频繁变化的运行条件下，其内部温度变化自然十分剧烈，电机绕组将产生更大的温度应力和变形，也可能由于温度差在电机内部结露面影响绝缘。

需有专门起动措施由于转向相反，发电电动机运行时不能像作发电机那样利用水泵水轮机起动，必须采用专门的起动方法。目前绝大部分抽水蓄能电站采用SFC起动，back-to-back作为备用起动方式。

过渡过程复杂抽水蓄能机组在工况转换中要经历各种复杂水力、机械和电气瞬态过程。在这些过程中将发生比常规水轮发电机组大得多的受力和振动，对于整个电机设计提出更严格的要求。1

主要参数发电电动机的设计应满足以下三方面的参数：

水力机械条件有功功率；转速；飞逸转速；旋转方向（单向、双向）；转动惯量要求；安装条件。

电力系统条件视在功率；功率因数；稳定性要求；瞬态电抗；次瞬态电抗；运行方式（工况转换次数及间隔）；调相运行要求；负荷频率控制（LFC)；启动功率；允许的电压降；可用率要求。

电机设计要求电压等级；允许温升；绝缘等级要求；尺寸限制；设计标准。2

溧蓄发电电动机抽水蓄能机组具有工况转换复杂，运行方式灵活，快速反应等特点。机组在设计时要兼顾高转速、双向运行、快速转换、调频和调相、频繁起动和制动等特性。因此，设计难度远超普通机组，甚至巨型水轮发电机组。机组的运行性能也是一个机组设计、制造和安装质量的综合体现。仙游、响水涧、仙居等蓄能机组投运，标志着国内设备厂家已经完全掌握抽水蓄能机组关键技术。溧阳抽水蓄能电站（简称“溧蓄”）装设 6 台单机容量为 250MW 的混流式水泵水轮机-发电电动机组，为哈尔滨电机厂有限责任公司（简称“哈电”）独立设计制造，是哈电对抽水蓄能机组几十年研究、设计制造经验和技术引进及创新的综合运用，代表着当前国内此类型发电电动机最先进的水平。

溧蓄发电电动机为立轴、半伞式、全空冷、三相凸极、可逆式同步发电机。发电电动机主要由定子、转子、上导轴承、推力及下导轴承和辅助部分组成，如图 1 所示。其通风系统为密闭自循环双路径向、无风扇端部回风方式。定子机座采用钢板焊接的斜支臂结构。铁心下端为大齿压板，在工地叠片、再分段压紧，最后采用拉紧螺杆配合碟形弹簧紧固成整体，拉紧螺杆为全绝缘结构。定子绕组为 F级绝缘条式波绕组，加热模压固化工艺制成，采用315。不完全换位的特殊换位方式，在工地下线。推力轴承采用可自动调整负荷的单波纹弹性油箱支撑方式，装设 12 块巴氏合金瓦，并配有一套高压油顶起系统，在机组起停过程中保护推力瓦。下导轴承设置 16 块巴氏合金瓦，与推力轴承共用一个油槽，推导组合轴承配备一套外加泵外循环系统，对整个油槽润滑油进行热交换。转子支架为钢板焊接的斜支臂结构，磁轭在工地叠装，分段压紧，最后与转子支架采用复合键和热加垫固定，磁极有 4 个“T”尾，在工地挂装于磁轭对应“T”尾槽内，并用楔键固定。上机架为钢板焊接结构，由1个中心体和 8 个斜支臂组成。上导轴承装设在上机架中心体内，设置 8块巴氏合金瓦，导瓦采用球面支柱和调整垫片的径向支撑方式，上导轴承的润滑冷却采用内循环方式。发电电动机容量、转速和整体结构与响水涧和蒲石河发电电动机结构相类似。2

电晕腐蚀主要原因分析发电机槽内，定子线棒绝缘表面电场分布不均匀的，当局部场强达到一定数值时，气体发生局部游离，在通风槽口及出槽口处出现蓝色晕光放电。放电使空气电离而产生臭氧（O3）及氮的氧化物（NO2、NO、N2O4），这些氧化物与气隙内的水分发生化学作用，会使线棒表面防晕层、主绝缘、槽楔和垫条出现胶粘剂变质、碳化，股线绝缘和云母变白，进而导致股线松散、短路、绝缘老化现象。造成电晕的主要因素有：

（1）海拔。海拔越高，空气越稀薄，则起晕放电电压越低。

（2）湿度。湿度加大，表面电阻率降低，起晕电压下降。

（3）温度。起晕电压随温度升高而下降。

（4）间隙。线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产生电火花放电。环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙是在0.2～0.3 mm。

（5）电位和电场。电位和电场越高越易起晕，电场分布越不均匀越易起晕。

（6）线棒存在缺陷。线棒表面防晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不好，存在微小空气气隙，由于在高电场内主绝缘与防晕层之间存在电位差，造成气隙放电。在很多芝麻点的小烧痕甚至外表无任何烧痕的情况下用工具轻按，发现内部存在大量空洞；处理过程中出现的深层损伤面远大于表面，腐蚀面周围从上至下防晕漆连同绝缘漆和防晕层完全脱落，玻璃丝带层粉化，轻轻一戳就脱落，云母层光亮，未发现损伤的情况。由上述现象可以看出，部分线棒最上层的防晕漆层损伤不大，内部接近铜芯的云母层几乎无损伤，而处于云母层和防晕层之间的玻璃丝带层损伤最为严重，因此可以认定电晕腐蚀是由主绝缘的云母层和玻璃丝带层之间发生并向周围扩散的。1

现场的处理（1）针对温度高的问题，只能从改善冷却效果入手。

（2）电位高的问题无法解决，不论怎么排列均有线棒处于高电位区和低电位区，只能加强线棒的制造工艺和绝缘强度。

（3）针对线棒绝缘缺陷问题，只能更换线棒，但备品和在用线棒属同一厂家、批次，也无法保证不存在缺陷。因此，暂时只能采取临时补救方法处理，具体如下：

1）把缺陷线棒端部用无水乙醇清理干净。

2）用细砂纸将腐蚀面清除，不能伤及主绝缘。周围清理出5mm左右的向内的斜坡，露出黑色防晕层。

3）用无水乙醇将创面清洗干净，用环氧树脂将创面填平，凝固后打磨光滑（不平时可重复补胶再打磨）。

4）刷1243半导体漆，待干后刷2道、3道（低阻半导体漆不能刷到铁芯等部位）。

5）刷9130环氧晾干漆。

保守的补救处理并不能彻底消除该机组的电晕腐蚀缺陷，只要线棒的内部缺陷得不到彻底解决，冷却效果得不到很好的提升，电晕腐蚀就会继续发展。但分析该发电机的缺陷，对其他发电电动机的设计和设备采购有一定的借鉴意义。1

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所