水轮发电机不对称运行转子温度场分析

论文摘要

为研究水轮发电机的不对称运行能力,准确反映水轮发电机各种不对称运行工况下的运行状态,本文对水轮发电机的稳态不对称运行工况以及因负载突然短路故障所造成的短时不对称运行工况下的电磁场和温度场进行了系统的分析,总结了各种运行工况下的电磁场和温度场分布规律。首先,针对水轮发电机不对称运行时的不同运行工况,分别建立了水轮发电机转子的二维时谐稳态电磁场计算模型和二维时变运动电磁场计算模型。并对其中的场路耦合问题、转子旋转问题及后处理中阻尼绕组电流与损耗确定等问题进行了深入的研究。其次,建立了水轮发电机转子磁极的稳态温度场和暂态温度场数学模型,对其中热源载荷的确定、散热系数确定、迎风面与背风面散热系数差异以及电磁场和温度场的耦合求解方法等问题进行了探讨。随后,采用有限元法对水轮发电机负序稳态运行时的电磁场和温度场进行稳态分析,得到了该工况下电磁场和温度场分布,总结了其分布规律,并对磁极表面附加损耗、阻尼绕组气隙建模、耦合场热源加载及负序电流比等因素对温度场的影响进行了研究。最后,采用有限元法对水轮发电机在额定运行基础上发生的负载突然单相接地短路、两相短路和三相短路故障工况时的电磁场和温度场进行了瞬态分析,得到了故障瞬态过程结束后的电磁场及温度场分布规律和转矩、定子电流及阻尼绕组电流及损耗在瞬态过程中的变化曲线,确定了各种负载突然短路故障对水轮发电机的危害程度及造成危害的主要原因。本文的研究对水轮发电机的合理设计和可靠运行,乃至整个电力系统的安全运行都具有十分重要的意义,具有非常高的工程价值和学术价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传统的解析方法
• 1.2.2 计算机动态仿真法
• 1.2.3 有限元数值计算法
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 水轮发电机电磁场计算模型
• 2.1 基本假设与求解区域的选择
• 2.1.1 基本假设和约定
• 2.1.2 求解区域的选择
• 2.2 水轮发电机电磁场的边值问题
• 2.2.1 发电机电磁场的Maxwell方程组描述
• 2.2.2 发电机电磁场的磁矢量位A方程描述
• 2.2.3 电流密度矢量J的确定
• 2.2.4 发电机二维电磁场问题的边界条件
• 2.3 水轮发电机转子运动问题的处理
• 2.3.1 负序时谐稳态电磁场转子运动问题的处理
• 2.3.2 时变运动电磁场转子运动问题的处理
• 2.4 场路耦合问题的分析
• 2.4.1 阻尼绕组耦合电路及方程
• 2.4.2 定子绕组耦合电路及方程
• 2.5 阻尼绕组电流及涡流损耗的确定
• 2.6 本章小结
• 第三章 水轮发电机温度场计算模型
• 3.1 基本假设及求解区域的选择
• 3.1.1 基本假设与约定
• 3.1.2 求解区域的选择
• 3.2 热力学基本理论
• 3.2.1 热力学第一定律
• 3.2.2 热传递的方式
• 3.2.3 温度场边界条件
• 3.3 水轮发电机转子温度场边值问题
• 3.3.1 水轮发电机转子温度场边值问题
• 3.3.2 导热系数、环境温度及散热系数的确定
• 3.3.3 热源的确定
• 3.4 水轮发电机转子温度分布的耦合场求解
• 3.5 本章小结
• 第四章 水轮发电机负序稳态运行分析
• 4.1 负序稳态运行时的电磁场场源加载及分析结果
• 4.1.1 负序稳态电磁场分析的场源加载
• 4.1.2 负序稳态运行时的电磁场分析结果
• 4.2 负序稳态运行时热源的确定及温度场分析结果
• 4.2.1 负序稳态运行时温度场的热源载荷
• 4.2.2 负序稳态运行时的温度场分析结果
• 4.3 温度场分析准确度提高的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 水轮发电机负载不对称短路故障分析
• 5.1 水轮发电机负载突然短路故障的电磁场分析
• 5.1.1 负载突然短路故障时电磁场负载的确定
• 5.1.2 负载突然短路故障电磁场分析结果
• 5.1.3 9%负序运行的时变运动电磁场分析
• 5.2 水轮发电机负载突然短路故障的三维温度场分析
• 5.2.1 负载突然短路故障温度场负载的确定
• 5.2.2 负载突然短路故障的温度场分析结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 文章发表录用情况