一、技术简介

水轮发电(电动)机的极数由原动机最优运行转速决定，在特定转速蓄能机组出现整体参数不协调的问题，突出体现在机组转速、电压和容量不匹配。发电电动机在传统绕组连接方式下，单匝线圈为基本相量的总数被定子槽数所限，在满足电机绕组相对称和支路平衡要求，可选方案下，关键的电负荷水平、暂态电抗参数指标远低于合理设计范围，对支撑电力系统的短路容量也较小，发电电动机的效率提升受限，机组整体技术经济性较差，导致部分机型的转速被列为选型禁区。针对发电机容量、电压与水机转速协调难题问题，首次提出了电机定子绕组单元电机数倍增的方法，并发明了单根线棒接线技术。通过构建单根线棒为基本单元相量的绕组连接分析和定量评估模型，实现了绕组排列可选相量数的倍增，可选对称支路条件扩大一倍，同时基于有限元全电机模型的支路不平衡电流仿真计算和电磁激振力波特性分析、验证，提升了电机性能参数与机组转速的匹配性。实现了特定转速机组整体参数的协调匹配，理论成果在工程真机完成验证。真机实测定子支路不平衡电流差与支路额定电流比值首次达到1.8%，短路容量提升18%，属于国际领先水平。

二、主要技术指标

在永泰抽水蓄能电站首次实现工程应用，真机实测定子支路不平衡电流差与支路额定电流比值首次达到1.8%，属于国际领先水平。采用本技术成果，以14极300MW抽水蓄能机组为例，相对于传统接线方式下的定子7支路设计方案，发电电动机额定效率提高0.2%以上（从98.5%提升到98.7%以上）；铁心缩短 230mm，铁心缩短 8%；机组临界转速（决定机组稳定性品质的指标之一，越高越好）可提高13%，提高了机组稳定性和可靠性；线棒数量减少30%，节省了工地安装周期；直轴超瞬变电抗等参数提高了18%，极限工况短路电流降低 20%~30%左右，提高短路容量支撑裕度，有利于关键一次设备选型。

三、社会经济效益、应用情况及适用范围

（1）社会经济效益：水轮发电机定子单根线棒接线技术，已应用于多个重大工程，创新成果具有较强的移植性和推广性，经济和社会效益明显。永泰抽水蓄能电站4台套机组，合同金额为7.86亿元，全容量投产后，电站在促进清洁能源的消纳方面具有重要作用，相当于每年减少电网煤炭消耗量约20.8万吨，减少排放二氧化碳约42.2万吨，对于构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰、碳中和战略目标具有重要战略意义。项目研究成果推广应用于阜康、芝瑞、哈密、磐安、张掖、肇庆定速、乌海、宁国、泰顺、南山口抽水蓄能等机组，创造总经济效益103.9亿元。

（2）应用情况：水轮发电机定子单根线棒接线技术已应用于已投运的永泰、阜康抽水蓄能机组，及正在研制的芝瑞、哈密、磐安、宁国、泰顺等共47台套抽水蓄能机组。首次应用定子单根线棒接线技术的永泰抽水蓄能电站于2022年8月首台机组投产发电。永泰抽水蓄能项目总投资67亿元，总装机容量120万千瓦，安装4台单机容量为30万千瓦的可逆式水泵水轮发电机组，设计年发电量12亿千瓦时，年抽水耗电量16亿千瓦时。新疆阜康抽水蓄能电站总投资83.68亿元，2024年7月全面投产发电，是西北地区首座投产发电的抽水蓄能电站，电站安装4台30万千瓦可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量120万千瓦，设计年发电量24.1亿千瓦时。

（3）适用范围：水轮发电机定子单根线棒接线技术，该研究成果已推广应用于抽水蓄能典型“443”机型（400m水头段、额定转速428.6r/min、容量300MW等级的抽水蓄能机组），定子采用单根线棒接线技术连接成对称4支路绕组，机组稳定性、经济性和长期运行可靠性将得到大幅提升。本技术也可应用于所有因为水轮机转速与发电机参数不匹配，导致采用传统常规对称接线不能选择参数较优的支路数的水轮发电机组上，尤其是极对数为奇数的发电机组，可以优化提升各项电磁参数从而提升发电机组可靠性和电站的技术经济性。该研究成果还可推广至所有采用传统常规接线无法实现对称接线但又需要选择相应对称支路数的电机上。

四、技术图片

图 1 单根线棒接线法定子绕组排列分布

图 2 永泰蓄能300MW真机不同支路电流测试

五、其他

技术持有单位：东方电气集团东方电机有限公司

技术联系人：周春兰，科技管理，15883886605，0838-2411395，332387474@163.com