大型水輪發(fā)電機空載電壓波形畸變率與阻尼繞組損耗發(fā)熱抑制研究.pdf

1、作為電網(wǎng)電能的重要源頭,水輪發(fā)電機電能質量的優(yōu)劣,對機組與用電設備的安全運行具有重要影響,特別是由電壓諧波引發(fā)的空載電壓波形畸變,有可能對發(fā)電機并網(wǎng)及運行安全,造成不利影響。作為水輪發(fā)電機的重要組成部分,阻尼繞組是發(fā)電機安全穩(wěn)定運行的重要保障。而在發(fā)電機設計階段,若干結構和材料參數(shù)的選取,不但影響阻尼繞組損耗發(fā)熱的分布,還對空載電壓波形畸變率有著密切影響。為改善水輪發(fā)電機電能質量,預防阻尼繞組過熱斷條故障,保證機組運行安全,本文采用電磁

2、場、溫度場及耦合場分析方法,對大型水輪發(fā)電機空載電壓波形畸變率與阻尼繞組損耗發(fā)熱抑制問題進行了全面深入的研究,論文的主要工作包括:
　　①基于電機電磁場理論與電路理論,建立了水輪發(fā)電機三維分層非線性時變運動電磁場-電路結合模型,用于求解空載電壓波形與阻尼繞組損耗。進而在分析磁極系統(tǒng)熱源的基礎上,從傳熱學基本理論出發(fā),研究了三維穩(wěn)態(tài)溫度場邊值問題。并結合電機結構和通風特點,建立了磁極系統(tǒng)三維穩(wěn)態(tài)溫度場的計算數(shù)學模型。仿真和實驗結果驗

3、證了上述模型的準確性、合理性與先進性,為進一步研究不同設計方案對空載電壓波形質量和阻尼繞組損耗發(fā)熱的影響,奠定了理論基礎。
　?、趹蒙鲜瞿Ｐ?針對大型臥式水輪發(fā)電機中較為典型的q=11/2分數(shù)槽貫流式機組,以及大型立式水輪發(fā)電機中較為常用的q=4整數(shù)槽機組,通過電磁場-溫度場綜合計算,廣泛深入地分析了結構和材料參數(shù)變化對空載電壓波形畸變率和額定工況阻尼繞組損耗發(fā)熱的影響。結果表明,與現(xiàn)有文獻相比,本文的研究工作,較為全面地給出了

4、算例機組空載電壓波形畸變率、阻尼繞組損耗及最高溫度隨若干關鍵結構和材料參數(shù)變化的趨勢,揭示了上述參數(shù)變化對這兩類機組空載電壓波形質量及阻尼繞組損耗發(fā)熱的影響。在此基礎上,討論了同時優(yōu)化上述兩項指標的設計措施。為優(yōu)化空載電壓波形質量,抑制阻尼繞組損耗發(fā)熱,提供了更為全面準確的參考依據(jù)。
　?、蹫檫M一步提高阻尼繞組熱源計算精度,建立了水輪發(fā)電機端部三維非線性時變運動電磁場模型。并提出了將該模型與三維分層非線性時變運動電磁場-電路結合模

5、型相結合,分別求解端部構件和阻尼條直線部分渦流損耗的阻尼繞組總損耗求解方案,有效克服了單純使用發(fā)電機全三維模型所導致的計算資源消耗大、計算效率低等問題,從而具有較高的計算效率。
　?、芨鶕?jù)電機物理場耦合計算理論,提出了基于電阻率及導熱系數(shù)溫度耦合迭代的磁極與阻尼繞組三維電磁場-溫度場全域雙向耦合計算模型,計算與試驗結果表明,與現(xiàn)有文獻相比,該模型不但充分考慮了阻尼繞組與勵磁繞組電阻率隨溫度變化的影響,也考慮了磁極各構件導熱系數(shù)隨溫