一、技術簡介

水輪發電(電動)機的極數由原動機最優運行轉速決定，在特定轉速蓄能機組出現整體參數不協調的問題，突出體現在機組轉速、電壓和容量不匹配。發電電動機在傳統繞組連接方式下，單匝線圈為基本相量的總數被定子槽數所限，在滿足電機繞組相對稱和支路平衡要求，可選方案下，關鍵的電負荷水平、暫態電抗參數指標遠低於合理設計範圍，對支撐電力係統的短路容量也較小，發電電動機的效率提升受限，機組整體技術經濟性較差，導致部分機型的轉速被列為選型禁區。針對發電機容量、電壓與水機轉速協調難題問題，首次提出了電機定子繞組單元電機數倍增的方法，並發明了單根線棒接線技術。通過構建單根線棒為基本單元相量的繞組連接分析和定量評估模型，實現了繞組排列可選相量數的倍增，可選對稱支路條件擴大一倍，同時基於有限元全電機模型的支路不平衡電流仿真計算和電磁激振力波特性分析、驗證，提升了電機性能參數與機組轉速的匹配性。實現了特定轉速機組整體參數的協調匹配，理論成果在工程真機完成驗證。真機實測定子支路不平衡電流差與支路額定電流比值首次達到1.8%，短路容量提升18%，屬於國際領先水平。

二、主要技術指標

在永泰抽水蓄能電站首次實現工程應用，真機實測定子支路不平衡電流差與支路額定電流比值首次達到1.8%，屬於國際領先水平。采用本技術成果，以14極300MW抽水蓄能機組為例，相對於傳統接線方式下的定子7支路設計方案，發電電動機額定效率提高0.2%以上（從98.5%提升到98.7%以上）；鐵心縮短 230mm，鐵心縮短 8%；機組臨界轉速（決定機組穩定性品質的指標之一，越高越好）可提高13%，提高了機組穩定性和可靠性；線棒數量減少30%，節省了工地安裝周期；直軸超瞬變電抗等參數提高了18%，極限工況短路電流降低 20%~30%左右，提高短路容量支撐裕度，有利於關鍵一次設備選型。

三、社會經濟效益、應用情況及適用範圍

（1）社會經濟效益：水輪發電機定子單根線棒接線技術，已應用於多個重大工程，創新成果具有較強的移植性和推廣性，經濟和社會效益明顯。永泰抽水蓄能電站4台套機組，合同金額為7.86億元，全容量投產後，電站在促進清潔能源的消納方麵具有重要作用，相當於每年減少電網煤炭消耗量約20.8萬噸，減少排放二氧化碳約42.2萬噸，對於構建以新能源為主體的新型電力係統，實現碳達峰、碳中和戰略目標具有重要戰略意義。項目研究成果推廣應用於阜康、芝瑞、哈密、磐安、張掖、肇慶定速、烏海、寧國、泰順、南山口抽水蓄能等機組，創造總經濟效益103.9億元。

（2）應用情況：水輪發電機定子單根線棒接線技術已應用於已投運的永泰、阜康抽水蓄能機組，及正在研製的芝瑞、哈密、磐安、寧國、泰順等共47台套抽水蓄能機組。首次應用定子單根線棒接線技術的永泰抽水蓄能電站於2022年8月首台機組投產發電。永泰抽水蓄能項目總投資67億元，總裝機容量120萬千瓦，安裝4台單機容量為30萬千瓦的可逆式水泵水輪發電機組，設計年發電量12億千瓦時，年抽水耗電量16億千瓦時。新疆阜康抽水蓄能電站總投資83.68億元，2024年7月全麵投產發電，是西北地區首座投產發電的抽水蓄能電站，電站安裝4台30萬千瓦可逆式水泵水輪發電機組，總裝機容量120萬千瓦，設計年發電量24.1億千瓦時。

（3）適用範圍：水輪發電機定子單根線棒接線技術，該研究成果已推廣應用於抽水蓄能典型“443”機型（400m水頭段、額定轉速428.6r/min、容量300MW等級的抽水蓄能機組），定子采用單根線棒接線技術連接成對稱4支路繞組，機組穩定性、經濟性和長期運行可靠性將得到大幅提升。本技術也可應用於所有因為水輪機轉速與發電機參數不匹配，導致采用傳統常規對稱接線不能選擇參數較優的支路數的水輪發電機組上，尤其是極對數為奇數的發電機組，可以優化提升各項電磁參數從而提升發電機組可靠性和電站的技術經濟性。該研究成果還可推廣至所有采用傳統常規接線無法實現對稱接線但又需要選擇相應對稱支路數的電機上。

四、技術圖片

圖 1 單根線棒接線法定子繞組排列分布

圖 2 永泰蓄能300MW真機不同支路電流測試

五、其他

技術持有單位：東方電氣集團東方電機有限公司

技術聯係人：周春蘭，科技管理，15883886605，0838-2411395，332387474@163.com