汽輪發(fā)電機不同端部與冷卻結構下電磁場與溫度場的研究.pdf

1、作為發(fā)電站中的重要能源轉換裝置,汽輪發(fā)電機一旦發(fā)生故障不僅影響電力系統(tǒng)的可靠性,還會造成巨大的經濟損失。電力系統(tǒng)負荷處于低谷時,其過剩無功導致電網電壓升高,為了保證供電質量,要求發(fā)電機具有進相運行的能力,以便吸收電網中多余的無功。發(fā)電機進相運行深度過大,會造成端部磁場過高,電機端部結構件發(fā)熱嚴重。此外,水-氫-氫汽輪發(fā)電機運行中發(fā)生的定子繞組空心股線堵塞以及斷水,會造成定子繞組冷卻能力下降,局部溫度過高。上述問題,都會對發(fā)電機的安全穩(wěn)定

2、運行帶來影響。通過研究汽輪發(fā)電機不同端部結構和定子冷卻結構對電磁和溫度分布的影響規(guī)律,優(yōu)化電機結構,對降低發(fā)電機損耗,改善電機內溫度分布,提高發(fā)電機的運行壽命具有重要的意義。
　　本文對水-氫-氫汽輪發(fā)電機定子端部采用不同階梯段鐵心結構、不同端部繞組結構尺寸及進相運行深度對端部磁場分布和結構件損耗大小的影響開展了研究,對定子繞組空心股線堵塞及斷水運行下繞組溫度變化進行了分析,通過實測數(shù)據(jù)驗證了三維電磁場和溫度場求解方法和求解結果的

3、正確性。
　　首先,對水-氫-氫汽輪發(fā)電機有效段區(qū)域二維電磁場進行了計算,采用雙收斂迭代方法,確定了發(fā)電機額定運行時勵磁電流和功角。針對發(fā)電機端部復雜結構,建立了包括4段階梯段鐵心的端部電磁場計算模型,采用三維時步有限元方法得到了端部階梯段鐵心的磁場分布和鐵耗數(shù)值,給出了端部階梯段鐵心區(qū)域定轉子氣隙處磁場沿著軸向的變化規(guī)律,對比分析了端部漏磁場對階梯段鐵心損耗的影響程度。建立發(fā)電機端部采用不同階梯段結構與不采用階梯段結構電磁場數(shù)學

4、模型,揭示幾種結構下發(fā)電機端部鐵心段齒部磁密的分布規(guī)律,研究幾種結構對端部鐵心損耗和結構件渦流損耗的影響程度,為汽輪發(fā)電機的端部結構優(yōu)化設計提供重要參考。
　　其次,對發(fā)電機定轉子端部繞組尺寸變化對端部結構件渦流損耗、階梯段鐵心鐵耗及端部區(qū)域磁場分布規(guī)律的影響進行了研究。計算分析了發(fā)電機定轉子端部繞組伸長量不變、定子繞組端部直線段伸長和轉子繞組端部直線段伸長三種結構下端部結構件渦流損耗的變化情況,確定了定子和轉子繞組端部直線段伸長

5、對端部氣隙磁密的影響程度,研究了三種結構下壓圈合成磁密及其軸向和徑向分量的變化規(guī)律,揭示了端部繞組結構對階梯段鐵心發(fā)熱的貢獻程度。
　　再次,針對汽輪發(fā)電機進相運行端部損耗過大的問題,對發(fā)電機端部電磁分布和損耗大小隨進相深度的變化規(guī)律進行了研究。在計及鐵心飽和等因素下,確定了轉子勵磁電流和功角隨進相深度的變化情況;對比分析了發(fā)電機進相深度對端部結構件渦流損耗和定子端部鐵心損耗的影響程度,綜合評估了發(fā)電機不同進相深度下的安全運行能力

6、;探討了發(fā)電機進相運行工況下,端部壓指、壓圈和銅屏蔽磁密在不同位置的分布趨勢,為發(fā)電機進相運行情況下端部不同區(qū)域的磁場和渦流損耗的分布及大小提供運行參考依據(jù)。
　　最后,對水-氫-氫汽輪發(fā)電機定子繞組空心股線堵塞及斷水故障下定子溫度分布、絕緣熱承受能力及發(fā)電機斷水運行溫度隨時間變化規(guī)律開展了研究。建立了定子三維共軛傳熱耦合計算模型,確定了共軛傳熱的邊界條件,計算得到了發(fā)電機正常運行下的繞組溫度分布,分析了空心繞組冷卻能力對繞組股線