汽輪發(fā)電機(jī)不同端部與冷卻結(jié)構(gòu)下電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的研究.pdf

1、作為發(fā)電站中的重要能源轉(zhuǎn)換裝置,汽輪發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生故障不僅影響電力系統(tǒng)的可靠性,還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)負(fù)荷處于低谷時(shí),其過剩無功導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高,為了保證供電質(zhì)量,要求發(fā)電機(jī)具有進(jìn)相運(yùn)行的能力,以便吸收電網(wǎng)中多余的無功。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度過大,會(huì)造成端部磁場(chǎng)過高,電機(jī)端部結(jié)構(gòu)件發(fā)熱嚴(yán)重。此外,水-氫-氫汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的定子繞組空心股線堵塞以及斷水,會(huì)造成定子繞組冷卻能力下降,局部溫度過高。上述問題,都會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定

2、運(yùn)行帶來影響。通過研究汽輪發(fā)電機(jī)不同端部結(jié)構(gòu)和定子冷卻結(jié)構(gòu)對(duì)電磁和溫度分布的影響規(guī)律,優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu),對(duì)降低發(fā)電機(jī)損耗,改善電機(jī)內(nèi)溫度分布,提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行壽命具有重要的意義。
　　本文對(duì)水-氫-氫汽輪發(fā)電機(jī)定子端部采用不同階梯段鐵心結(jié)構(gòu)、不同端部繞組結(jié)構(gòu)尺寸及進(jìn)相運(yùn)行深度對(duì)端部磁場(chǎng)分布和結(jié)構(gòu)件損耗大小的影響開展了研究,對(duì)定子繞組空心股線堵塞及斷水運(yùn)行下繞組溫度變化進(jìn)行了分析,通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了三維電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)求解方法和求解結(jié)果的

3、正確性。
　　首先,對(duì)水-氫-氫汽輪發(fā)電機(jī)有效段區(qū)域二維電磁場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,采用雙收斂迭代方法,確定了發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電流和功角。針對(duì)發(fā)電機(jī)端部復(fù)雜結(jié)構(gòu),建立了包括4段階梯段鐵心的端部電磁場(chǎng)計(jì)算模型,采用三維時(shí)步有限元方法得到了端部階梯段鐵心的磁場(chǎng)分布和鐵耗數(shù)值,給出了端部階梯段鐵心區(qū)域定轉(zhuǎn)子氣隙處磁場(chǎng)沿著軸向的變化規(guī)律,對(duì)比分析了端部漏磁場(chǎng)對(duì)階梯段鐵心損耗的影響程度。建立發(fā)電機(jī)端部采用不同階梯段結(jié)構(gòu)與不采用階梯段結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)

4、模型,揭示幾種結(jié)構(gòu)下發(fā)電機(jī)端部鐵心段齒部磁密的分布規(guī)律,研究幾種結(jié)構(gòu)對(duì)端部鐵心損耗和結(jié)構(gòu)件渦流損耗的影響程度,為汽輪發(fā)電機(jī)的端部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要參考。
　　其次,對(duì)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子端部繞組尺寸變化對(duì)端部結(jié)構(gòu)件渦流損耗、階梯段鐵心鐵耗及端部區(qū)域磁場(chǎng)分布規(guī)律的影響進(jìn)行了研究。計(jì)算分析了發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子端部繞組伸長(zhǎng)量不變、定子繞組端部直線段伸長(zhǎng)和轉(zhuǎn)子繞組端部直線段伸長(zhǎng)三種結(jié)構(gòu)下端部結(jié)構(gòu)件渦流損耗的變化情況,確定了定子和轉(zhuǎn)子繞組端部直線段伸長(zhǎng)

5、對(duì)端部氣隙磁密的影響程度,研究了三種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對(duì)階梯段鐵心發(fā)熱的貢獻(xiàn)程度。
　　再次,針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行端部損耗過大的問題,對(duì)發(fā)電機(jī)端部電磁分布和損耗大小隨進(jìn)相深度的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。在計(jì)及鐵心飽和等因素下,確定了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流和功角隨進(jìn)相深度的變化情況;對(duì)比分析了發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度對(duì)端部結(jié)構(gòu)件渦流損耗和定子端部鐵心損耗的影響程度,綜合評(píng)估了發(fā)電機(jī)不同進(jìn)相深度下的安全運(yùn)行能力

6、;探討了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)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(shì),為發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行情況下端部不同區(qū)域的磁場(chǎng)和渦流損耗的分布及大小提供運(yùn)行參考依據(jù)。
　　最后,對(duì)水-氫-氫汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)斷水運(yùn)行溫度隨時(shí)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(jì)算模型,確定了共軛傳熱的邊界條件,計(jì)算得到了發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行下的繞組溫度分布,分析了空心繞組冷卻能力對(duì)繞組股線