论文摘要
随着汽轮发电机单机容量的迅速增加,定子端部绕组所受电磁力亦急剧增大。汽轮发电机在运行时,端部绕组所受的电磁力将引起绕组的振动及绝缘的磨损,严重时会使线圈短路,导致绝缘出现裂纹、端部线圈变形断裂及端部固定件损坏等事故,带来巨大的经济损失。因此,通过分析、计算汽轮发电机定子端部绕组电磁力的分布规律,以及受力性质,可提出改进的优化设计方案,提高电机运行的可靠性,减少事故的发生。以上海汽轮发电机有限公司生产的某600MW大型汽轮发电机为研究对象,本文开展了大型汽轮发电机定子端部绕组电磁力的解析研究。研究内容概括为以下三个部分。1.在直角坐标系下,以定子端面为对称面,利用镜像法建立了端部电磁场和绕组受力分析计算的物理模型。在模型中,每根上层和下层线棒各划分为29个直线单元。对于圆锥面上的渐开线部分,采用了一种近似拟合的方法,用平均等距划分的20段直线段来代替原曲线段。根据端部定子铁心和端区媒质的特性,利用镜像法,得到了端部绕组电流的镜像电流。2.在前述工作的基础上应用电磁场的基本理论,建立了汽轮发电机定子端部电磁场和端部绕组所受电磁力的分析、计算的数学模型。根据毕奥—萨法尔定律,应用直接积分法计算端部电磁场;在端部区域媒质材料各向同性的假设前提下,端区任意场点P的磁感应强度利用叠加定理计算;应用安培力公式计算端部绕组电磁力。3.分析、研究了典型样机稳态、动态电磁场和电磁力的分布规律。先后计算了样机在稳态额定运行、负载三相对称短路、空载两相短路和空载单相对中点短路运行条件下端部电磁场和电磁力的时、空变化规律,并对计算结果进行了详细分析,指出了在稳态和不同短路运行工况下,电磁力最大值及其出现的具体位置。所得结论具有一定的实际指导价值,可以作为端部结构改造的理论依据。