变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导,并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算,得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形,分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律,研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台,通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。

多能互补条件下水轮机转轮改造深化设计研究

为适应新型电力系统的多能互补需求,本文以李家峡水电站水轮机适用多能互补改造为研究对象,对多能互补系统中的常规水电站机组进行了深化设计研究,提出了水轮机改造深化设计理念,阐明了多能互补系统要求下机组的运行加权因子计算方法,并提出了机组改造深化设计的水力设计目标,为水轮机改造的深化设计提供了方向指导。根据水轮机改造深化设计后的水力模型试验表明:深化设计后的水轮机比前期改造的水轮机(未经过深化设计)在空化、压力脉动和叶片应力水平相当的情况下,有更高的水力模型额定效率和加权平均效率。深化设计后的水轮机不仅满足新型电力系统对水电站电能负荷调节能力的要求,而且机组的水力性能也得到了明显提升,可为类似水电站的水轮机改造设计提供借鉴。

大容量飞轮储能永磁电机控制策略研究

本文研究了飞轮储能系统在两种常用场景下的拓扑结构和控制策略,在电网调频、新能源电站并网的场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压,再通过逆变器连接电网将电能馈给电网。在轨道交通、大功率不间断电源等场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压连接直流负载。本文重点研究了飞轮储能系统在连接电网和连接直流负载两种应用场景下的充电和放电控制策略,为了实现飞轮储能大功率长时间放电,本文对一台1MW飞轮储能用永磁同步电机进行了研究,以满足永磁电机恒功率1MW放电3min的技术需求。最后搭建了两种应用场景下的暂态仿真模型,分别仿真了连接电网应用场景下充电和放电过程,连接直流负载应用场景下放电过程。验证了大容量飞轮储能用永磁同步发电电动机控制策略研究成果的正确性。

基于深度学习的水电机组健康评估系统设计

大型水电机组装备复杂,故障原因耦合复杂,信号监测和分析困难。传统的检修手段依靠定期巡检、经验判断,或是简单线性评估,难以做到及时发现并准确分析故障所在。对水电机组的智能健康评估,可实现对水电机组的实时监测并进行故障诊断,由此可开展针对性的设备维修,降低运营成本,提升电厂竞争力。本文通过对特征值的提取和分析,利用Gaussian模型和统计模式识别等方法开发健康监测功能,实现水电机组的性能评价,并可对健康指标进行量化评估。通过测试对历史数据的评估,结合专家知识判断,本系统可有效实现对水电机组故障诊断,精确度满足使用要求,解决了水电机组故障诊断困难的难题,可为水电机组的稳定运行提供安全保证。

大型汽轮发电机铜屏蔽优化设计研究

大型汽轮发电机在额定和进相运行期间,由于定、转子绕组端部存在较大的漏磁场,易引起定子端部结构件产生损耗和发热问题。本文针对一台1100MW汽轮发电机在实际工程应用中出现的铜屏蔽局部温升过高问题,从增大磁阻降低涡流损耗和增大散热面积降低温升两个角度,对铜屏蔽进行了多个方案的优化设计,并采用三维瞬变场有限元法对优化方案和原方案在额定工况下的端部结构件损耗进行了计算对比,由此确定最终的铜屏蔽优化设计方案,解决了铜屏蔽底角温升过高的问题,具有一定的工程应用价值。

水电机组故障诊断专家系统运行状态智能预测及故障识别

对水电设备进行智能预测可以将故障诊断提前至故障发生前,由此可预防不稳定运行对机组设备的损害,延长机组寿命。本文基于ARMA模型、匹配矩阵模型(MM)和Hu不变矩原理,针对水电机组需要重点监控的三类数据:自相关性较强参数、自相关性弱参数、轴心轨迹参数,开发了一套水电机组智能预测和故障识别系统。本系统自2019年实际装备以来预测结果和实际数据拟合良好,将各类潜在故障数据输入系统,系统均可预测并准确判断故障类型。综上,本系统可实现对故障的提前预测和诊断,有力保障水电机组的正常稳定发电。

基于欧拉-拉格朗日方法的冲击式水轮机配水机构泥沙磨蚀机理研究

冲击式水轮机凭借其在高山地区,特别是在中国西南地区的独特优势受到越来越多的学术关注度。本文研究了泥沙磨蚀对冲击式水轮机的水力特性,特别是二次流对不同条件下泥沙磨蚀的影响,详细分析了泥沙颗粒参数(泥沙颗粒大小、浓度)。首先对两相流动的数值仿真结果和模型实验结果进行了比较,验证了仿真结果的准确性。在两相流动的基础上,利用欧拉-拉格朗日方法求解了气液固三相流动。针对冲击式水轮机配水系统即配水环管、分叉管和喷嘴结构研究了上述参数对于磨蚀的影响机理。结果表明,泥沙的磨蚀作用破坏了分叉管内的旋涡结构。随着泥沙颗粒直径的增加,不同分叉管的流量趋于均匀。由于喷嘴处颗粒在喷嘴处强烈碰撞作用,磨蚀作用增强。同时,随着浓度的增加,磨蚀程度也增加。

水力机械空化实时检测技术研究

本文从空化现象的发生机理出发,开发出通过分析水力机械发生空化时辐射出的空化噪声时频特征的变化,判定水力机械空化发生及表征空化发生程度的实时检测技术。该技术已应用在包括贯流式、轴流式、混流式和水泵水轮机等水力机械型式的多个电站,具有安装便捷、安全可靠的特点,可以应用在水力机械优化运行和智慧机组建设等领域。

蒲石河电站水泵水轮机转轮S特性优化研究

针对蒲石河抽水蓄能电站机组启动和甩负荷时水泵水轮机转轮S特性诱发的厂房振动问题,本文基于CFD数值仿真计算和模型试验对机组原9叶片转轮的S特性进行了分析研究,发现在S区工况运行时原转轮进口存在回流区,产成较大的水力损失,从而造成转轮的通流能力下降。基于此发现,本研究提出将9叶片转轮改为7叶片转轮的优化方案。通过对比CFD仿真结果及试验验证,新方案的转轮进口回流现象得到调整,从而有效改善了转轮“S”特性,解决了厂房振动的源头问题。实际工程的应用证明新方案起到了很好的效果,本方案思路可为同类型电站类似问题解决及老旧抽水蓄能电站改造提供参考借鉴。

转速对水泵水轮机泵工况压力脉动影响研究

可变速水泵水轮机作为抽水蓄能机组的核心元件,能够实现电能与水能的高效转换和灵活调节,但其内部流态演变较为复杂,压力脉动作为被影响因素之一,关乎水泵水轮机的安全稳定运行,至今,转速与水泵水轮机泵工况压力脉动特性关联情况的研究仍不清晰。因此,为探究转速对水泵水轮机泵工况压力脉动的影响,本文采用试验测量的方法,以某抽水蓄能水电站机组为模型,在导叶开度为19mm时,选取600r/min、800r/min、1000r/min三个转速的不同流量工况点进行研究,利用模型试验提取监测点压力脉动信号,之后通过时频分析揭示转速对水泵水轮机泵工况压力脉动的影响。研究结果表明:在变速调节过程中,压力脉动主要受动静干涉及水力激振的影响。在19mm开度下,随着转速的增加,压力脉动的最大幅值逐渐升高,其中导叶与转轮之间以及活动导叶之间的变化最为显著,但其压力脉动最大幅值频率则随着转速的增加呈先减小后增大的趋势变化。本研究结果为理解转速对压力脉动的影响机制,提高设备运行稳定性提供了指导。

水轮机过流部件Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷覆层制备及组织性能研究

本文通过1200℃热等静压工艺在水轮机过流部件06Cr13Ni4Mo钢表面制备Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层,采用OM、SEM和EDS对金属陶瓷覆层的组织及其与基体的冶金结合进行表征,采用硬度仪检测覆层的显微维氏硬度。结果表明:Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层组织均匀,与钢基体完全融合,微观组织由硬质相和基体相组成,硬质相主要呈等轴块状和少量长条状,均匀分布于基体中;覆层组织的显微维氏硬度为1180 HV1。热等静压后不锈钢基体的强度、硬度降低,塑韧性提高。

大型发电机耐电压试验时的绕组温升现象

本文列举了大型发电机线棒在交流耐电压试验过程中的典型温度数据,对试验过程中的温升现象进行了简要的介绍和分析,通过对温升现象影响因素的阐述,解释了工程实践中经常遇到的问题。目前国内外电机制造企业在制造和安装过程中对线棒耐电压试验产生的温升没有明确的限值规定,作者在大量经验数据的基础上,给出了温升范围的技术性建议,为工程人员提供了参考。

新型可回收氮化硼/环氧树脂复合材料导热与介电性能研究

热固性环氧树脂因具有优异的导热性能与绝缘性能在电工装备领域得到广泛应用,由于其具有稳定的三维网络结构和不溶性,回收再利用存在挑战性。本文将不同质量分数的氮化硼(BN)加入到环氧(EP)/4-甲基六氢苯酐降解体系中,制备出高导热、高绝缘、可降解型BN/EP复合材料,并对BN/EP复合材料的导热性能、介电性能以及可降解性能进行研究。结果表明:以2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚作为催化剂,在乙二醇作用下该BN/EP复合材料可在200℃下实现常压降解。BN质量分数为15%的BN/EP复合材料热导率为0.335 W/(m·K),比纯EP树脂提高了34%;交流电气强度为101.7 kV/mm,比纯EP树脂提高了13%。BN/EP复合材料可经酯交换降解得到EP降解产物(EDP),与EDP复合后,BN/EP复合材料的导热性能和电气强度基本保持不变。

大型发电机用适形材料在哈尔滨电机厂的发展概况

本文重点论述了大型发电机制造用适形材料在哈尔滨电机厂的发展过程。适形材料在降低固化温度和延长适用期方面有显著成效,已成为完善的电机用新型材料。

青海某电站4#水轮发电机定子低频振动原因剖析及处理

本文对青海某电站4#机水轮发电机组调试过程中出现的低频振动问题,经过原因分析,提出解决问题的方法。对其它类似电站(特别是巨型机组)水轮发电机定子低频振动现象的分析处理工作,具有一定的借鉴作用。

大型水轮发电机通风发热场模型研究及通风结构优化计算

将大型水轮发电机的转子三维温度场与电机整体通风网络联系起来，形成通风发热综合计算过程，旨在准确地得到部件中的温度及其分布。并利用优化技术调整结构尺寸，使各部件中温度分布趋于均匀。本文的研究工作对于提高电机设计制造中材料利用率以及电机运行中的可靠性，具有重要意义。

并列转子混合励磁同步发电机转子磁极匹配研究

针对一种用于交流发电的并列转子混合励磁同步发电机,研究了Halbach永磁转子和隐极电励磁转子2种转子磁极匹配对发电机输出特性的影响。基于2种转子的气隙磁场解析模型,一方面通过电压方程研究了不同转子轴向长度匹配下发电机的外特性和励磁电流,给出了一种永磁转子轴向长度的选定原则;另一方面提出了一种转子磁极结构的匹配方法,通过谐波相抵来降低电压波形的畸变率。选择一种特定转子磁极组合,进行了仿真和样机试验验证。研究结果表明:对于所选的轴向长度匹配,既能实现恒压输出,又具有较低的励磁电流;混合励磁发电与永磁转子单独发电相比,电压波形畸变率降低。仿真及试验结果证明了转子磁极匹配方法的正确性。

汽轮发电机不同运行条件下复杂非线性特性对比研究

以理论分析和有限元计算相结合的方法，以1台300MW汽轮发电机为例，系统研究了不同负载条件下的汽轮发电机的负载饱和特性。这些特性揭示了汽轮发电机的气隙电势与气隙合成磁势之间在不同条件下的复杂非线性关系。论文中分别对固定功率角，固定励磁电流等4种不同情况下的负载饱和特性进行了对比分析。结果表明，大部分运行条件下，由负载饱和特性决定的额定电压附近的气隙磁势都比按空载特性所决定的值大25-60％，个别情况下要大1倍以上。最后通过7．5kW模型机的实测结果验证理论分析和数值计算的正确性。

大型发电机定子线棒VPI用绝缘材料的国产化应用研究(Ⅰ)

为降低成本并提高国内绝缘行业的技术水平,对大型发电机定子线棒VPI用绝缘材料进行国产化应用研究。以美国Hexion浸渍漆的性能指标为标准,检测了国产浸渍漆的各项性能、浸渍漆的贮存稳定性;以瑞士丰罗少胶云母带的性能指标为标准,检测了国产少胶云母带的电气性能、力学性能、透气性、促进剂含量和包扎工艺性能。检测结果表明:国产VPI绝缘材料(浸渍漆和少胶云母带)的各项性能都达到国外同类材料的性能指标要求。利用优选出的VPI绝缘材料制作铝排试验线棒,检测试验线棒的介损、介损增量、热态介损、电气强度和电老化性能。检测结果表明,铝排试验线棒的各项性能指标都达到试验要求。

三峡水轮发电机定子线棒防晕材料及防晕结构的研究

通过对国产防晕材料的选择及开发 ,对不同的电阻率及非线性系数的防晕带进行优化设计和搭配 ,确定了适用于 2 0 k V级及以上大型高压水轮发电机定子线棒的防晕材料和防晕结构 ,研究的成果应用到三峡发电机真机线棒上达到 ABB- AL STOM的技术要求。