基于端部绕组模块的定子励磁无刷电机冷却方法

为了提升定子励磁无刷电机的冷却能力,提出了一种基于端部绕组模块的定子励磁无刷电机冷却方法.在电机端部绕组和定子铁芯叠片端部的间隙中插入端部绕组冷却(EWC)模块,以减小定子绕组热点区域和冷却介质之间的间隙,从而提高端部绕组的冷却能力.对非重叠式集中绕组长度计算模型进行改进,评估采用EWC模块前后电机定子电枢绕组长度的变化,分析EWC模块的电导率对电机定子损耗的影响.采用计算流体动力学(CFD)模型,对比EWC模块在不同铜耗和励磁源损耗密度下的冷却性能.结果表明,采用EWC模块可以使端部绕组的稳态温升降低约50%,热态时的绕组电阻降低7.51%,从而改善了定子的冷却条件.

大型发电机端部绕组电磁力物理数字孪生建模

为了在“智慧汽轮机”中更好地结合物理信息模型先验知识与数据驱动模型,并向真实机组模型迁移试验模型,进一步实现可靠的实验室数值仿真数据和真实运行数据互相印证与混和建模驱动,以600 MW大型汽轮发电机为研究对象,建立融合演进因素的汽轮发电机定子绕组本体模型,提出集成数字孪生智能绕组研究框架,并提出智能绕组内涵的形式化定义。基于镜像法、气隙回转电流应用叠加法、毕奥-萨伐尔定律和安培力定律建立定子端部绕组电磁力的数学机理物理信息模型。对有限元电磁力和数字化电磁力进行了分析对比,验证了所建立电磁力数字化物理信息模型的合理性。对比分析振动响应结果,进一步验证了数字化电磁力物理信息建模的正确性以及有限元电磁力对比验证的正确性。研究将对“智慧汽轮机”运维的振动动态基于物理机理与数据驱动混和建模的数字孪生故障诊断与预测提供有力的支撑。

大型汽轮发电机定子端部绕组物理参数识别及数学模型建立方法研究

从结构的数字化模型频响函数出发,利用最小二乘复频域法识别模态参数,进一步用获取的模态参数修正集中质量法推导出的物理参数,从而建立符合结构动力特性的数学模型。首先通过固支梁模型算例验证该方法的可行性;然后对600 MW大型汽轮发电机端部绕组的精细化有限元模型进行模态分析,并与实测结果进行对比,验证了该模型的合理性;此后,基于该有限元模型获取的频响函数和模态参数,识别出端部绕组的物理参数并建立其数学模型。结果表明:在75~115 Hz频率段中,最小二乘复频域法识别出的端部绕组模态与有限元结果对比表明,固有频率和阻尼比的最大误差出现在第一阶模态中,分别为0.27%和0.50%,模态振型接近;通过数学模型和有限元模型计算的端部绕组固有频率最大误差为0.27%,模态振型一致;数学模型计算的频响函数与有限元结果对比表明,测点的频响函数最高匹配度可达95%,多数测点的频响函数匹配度超过85%。该方法可为大型汽轮发电机定子端部绕组动力学的准确建模提供依据。

一起发电机定子接地故障分析和定位

为了快速精准定位出大型发电机组定子接地故障位置,首先通过装置动作报文、故障波形等判断是否发生定子接地故障,然后利用定子接地保护动作时机端电压计算出机端零序电压和分支电动势,最终确定定子绕组的接地位置,实现对定子绕组接地故障的定位。本研究可为以后处理类似故障提供借鉴。

国内某抽水蓄能电站发电电动机通风系统改造

国内某抽水蓄能电站发电电动机定子绕组端部通风冷却效果不佳,温升偏高,长时间运行会引起线棒绝缘加速老化。笔者对定子绕组端部温升偏高的原因进行分析,提出通风系统改造方案,并采用经典网络法和CFD流体解析法对通风系统改造方案进行分析。试验结果表明,改造后定子绕组端部温升大幅下降,改造效果显著。该改造实践结果可为类似机组通风系统设计提供一些借鉴。

大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模及振动特性分析

以600 MW大型汽轮发电机为研究对象。建立了汽轮发电机定子端部绕组的高精度有限元模型并进行模态分析,得到与实测结果吻合较好的模态参数;对定子端部绕组进行数字化机理建模,将双层绕组结构视为壳体,内外层支撑结构作为环肋与筋条,基于离散单元法可将端部绕组等效为叠层加筋加肋圆锥壳模型。借助适用于各种复杂弹性边界条件的改进傅里叶级数的瑞利-里兹法,建立了端部绕组的固有、受迫振动方程。通过计算得到端部绕组模态参数的解析解,并与有限元仿真结果进行对比,验证了所建立等效数字化机理模型的合理性与正确性,可为后续端部绕组电磁振动的研究打下基础。

基于近似模型的大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应预测研究

针对电磁力作用下大型汽轮发电机定子端部绕组动力响应建模及计算复杂问题,提出一种基于数据驱动的支持向量回归动力响应预测方法。通过少量典型样本构建某600 MW汽轮发电机动力响应近似模型,从而代替复杂耗时的有限元模型预测不同结构参数下的动态性能。以端部绕组鼻端位移峰值作为动力响应的关键指标,首先选取绑环刚度、径向支架刚度以及滑销和径向支架之间的固定约束数目为设计变量,通过正交试验设计获取样本,在ABAQUS软件中分别建立试验样本对应的有限元模型,再对其进行计算获得鼻端位移时程曲线;然后通过遗传算法对支持向量机中的参数寻优构建端部绕组动力响应的近似模型,对比结果显示,该近似模型精度优于基于响应面法和克里金插值法构建的预测模型;最后基于近似模型探讨了设计参数对鼻端位移峰值的影响规律。该方法可用于后续的优化设计以及装备数字孪生系统中电气和力学性能的实时求解与计算。

汽轮发电机定子线棒磨损原因分析及处理方案

大型汽轮发电机定子端部振动导致的定子线棒磨损现象,严重影响发电机的安全稳定运行。结合某1 000 MW水氢冷汽轮发电机定子线棒磨损实例,基于定子绕组结构进行原因分析,提出有针对性、合理的处理方法及措施,并在实际运行中得到验证。

抽水蓄能发电机定子线棒端部电磁屏蔽研究

针对发电机定子线棒电磁屏蔽问题的瞬态电磁场分析,从理论上选择能够同时兼顾计算速度和计算精度的模型边界,分别建立同槽两根线棒、不同槽多根线棒计算模型,计算相邻线棒对电场分布的影响。同时建立单根线棒三维计算模型,计算分析线棒在轴向和法向上的场强分布特性。研究表明线棒在离开槽口后端部表面电位接近相电位,最大场强出现在高低阻带的搭接处。为改善场强和电位分布,提出改进表面场强分布的措施,在原高低阻搭接层增加敷设高阻材料和原设计方案保持一致,而原线棒高阻层涂敷低阻材料,可以大大抑制线棒端部的场强和电位。

1750 MW发电机定子绕组端部压板破裂分析与处理

1750 MW发电机为在运容量最大核能发电机,但缺乏成熟的设计制造经验。发电机容量增加给端部固定结构设计带来严峻的考验,制造期间曾出现材料设计选型问题导致定子端部绝缘压板出现破裂现象。本文对定子绕组端部固定上层压板破裂原因进行分析,研究处理方案,给后续大型发电机设计制造、运行维护方面提供经验借鉴。

同步电机定子三维温度场数值模拟

为保证某同步电机定子通风系统设计合理,对其温度场进行了研究。建立了包括端部绕组、气隙、铁心段的定子通风系统三维实体模型,选取三维湍流流动和传热数学模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件,对控制方程进行数值模拟计算。计算得到两种额定转速时,原始结构及改进结构——减少端部上层绕组间绑扎和垫块后的定子三维温度场,并着重分析了端部绕组、压指等部件的温度分布特点。结果表明,定子的最高温度点位于端部绕组内部;减少绑扎、缩小垫块尺寸,可使端部绕组的工作温度低于对应绝缘等级耐热的极限温度。

大型汽轮发电机定子端部电磁力作用动态响应分析

针对某600 MW大型汽轮发电机端部,建立电磁分析三维实体有限元模型,数值模拟得到额定负载下电机端部定子绕组上的电磁力密度的周期变化规律。在ABAQUS/CAE中建立端部结构分析的三维精细有限元模型,将计算得到的作用于绕组上的随时间变化的电磁力导入结构分析模型中,数值模拟得到额定负载下端部结构的变形和应力响应。

大型空冷汽轮发电机定子端部温度场与流体场的计算与分析

根据200MW大型空冷汽轮发电机通风系统内流体流动与传热的特点,建立定子端部和多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的数学模型和物理模型,并给出求解域相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对流体场和温度场控制方程进行耦合计算,可以得到定子端部流体出口处流量及端部绕组、压板周围的流体速度空间分布特性,从而确定多风路求解域中各风路入口的边界条件及端部各结构件的散热系数。分析了端部绕组、压板周围不同散热系数下,定子绕组、铁心、压指和压板温度的分布情况。将耦合场计算结果与实测结果进行分析,结果表明,端部计算模型计算出的各风路风量可作为多风路模型计算中各入口的流量边界条件,也表明多风路模型中的基本假设是合理的。结论对大型电机定子端部散热系数选择提供方法和依据。

1000MW空冷水轮发电机端部结构件涡流损耗

巨型水轮发电机端部损耗计算是准确计算电机端部温升的前提,也是研究发电机组安全运行的关键之一。本文详细分析了巨型水轮发电机定子端部结构件涡流损耗分布及其影响因素。以一台1 000MW全空冷式水轮发电机端部为例,建立了三维场-路-运动耦合时步有限元模型,得到了空载、额定负载以及进相0.95三种运行工况下端部结构件涡流损耗分布,在此基础上讨论了端部结构参数变化对涡流损耗的影响。研究结论为巨型水轮发电机端部结构设计和优化提供了理论依据。

大型二极汽轮发电机定子端部绕组共振的二重点理论

为解决大型二极汽轮发电机定子端部绕组常出现的振动问题,建立了端部绕组的简化模型,采用有限元法计算了该结构的低阶模态,给出了端部绕组主振型的近似表达式;基于磁拉力的空间分布,通过振型叠加法推导出了端部绕组强迫振动响应的计算公式。研究发现,大型发电机端部绕组只有同时满足2个条件——磁拉力频率等于或接近端部绕组固有频率,主振型的周向行波数等于发电机的极数,才可能发生共振,简称为端部绕组共振的二重点理论。根据二重点理论,当额定工作转速为3 000r/min的二极发电机定子端部绕组发生共振时,可以调整端部绕组的固有频率使其避开100Hz,也可以选择修改端部绕组的结构使其主振型中不再出现椭圆振型。

汽轮发电机定子铁心端部温度的在线监测

为便于运行人员实时监测发电机定子铁心端部的温度,针对同步发电机铁心温度随运行工况变化的特点,提出了汽轮发电机定子铁心端部温度在线监测的新方法。首先,研究了汽轮发电机定子铁心端部温度随发电机运行时的有功功率、无功功率、电枢端电压、端部冷却介质等参数变化的数学模型;然后,根据定子铁心端部的温度模型,推导了一种新型的定子铁心端部温升限制曲线,以实时指导发电机的进相运行。通过发电机的运行及实验结果验证了文中所提方法的正确性。

交直流混合供电发电机定子绕组端部漏电感的计算

在考虑绕组端部的喇叭口和绕组上下层位置的条件下 ,推导了交直流混合供电发电机绕组端部漏电感的计算公式 ,根据公式编制了端部漏电感的计算程序 ,计算结果与样机上测试线圈的实验结果进行了比较。

发电机定子绕组端部径向和切向电磁力分析

针对大型汽轮发电机端部结构固定比较薄弱极易发生事故的特点,提出了采用镜像原理、比奥萨格尔定律和叠加原理计算定子绕组端部电磁力密度解析式的方法。以国产600MW大型汽轮发电机端部结构为分析对象,对沿圆周分布的各个线棒鼻端同一段处和几个关键点的径向和切向电磁力密度的分析结果表明,不同时刻切向力最大值出现的位置是有规律的,且径向和切向电磁力是一个数量级的,总体上看径向电磁力大于切向电磁力,但就最大值而言,径向电磁力是小于切向电磁力的。计算仿真结果为发电机端部结构的固定和事故的预防提供了参考。

150MW空冷汽轮发电机定子绕组端部磨损动态特性试验分析

本文以四川某发电有限责任公司#1发电机为例,介绍了150MW空冷汽轮发电机定子绕组端部磨损及动态特性试验情况,分析了磨损的原因,并提出了相应的改进措施。

TBB-800-2EY3型汽轮发电机定子绕组及其端部支撑结构的改造

由于TBB-800-2EY3型汽轮发电机定子端部绕组支撑结构等的设计存在严重弊病,导致运行中数次发生线棒磨损、漏水故障。按原结构修复投运后再次发生类似故障。为根除上述弊病,采用当代汽轮发电机设计、制造新技术,改造800 MW大容量汽轮发电机定子端部绕组的支撑结构、定子绕组、定子压圈及屏蔽结构。发电机改造后,定子端部绕组的振动值、定子绕组的附加铜损耗和基本铜损耗以及压圈的损耗与温升均大幅度降低,发电机的效率和运行可靠性均有提高。