贯流式水轮发电机空载电压波形畸变与阻尼条损耗发热抑制
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摘要：为改善水轮发电机电能质量，预防阻尼绕组过热，保证机组与电网运行安全，基于电机电磁场、电路及传热学理论，建立了水轮发电机三维分层非线性时变运动电磁场一电路结合模型与磁极系统三维稳态温度场模型。进而针对一台q=1（1/2）的36 MW贯流式机组的128种结构设计方案，通过电磁场一温度场综合计算，广泛深入地分析了定转子槽距比、定子斜槽程度以及每极阻尼条根数等结构参数对空载电压波形畸变率和额定工况阻尼绕组损耗发热的影响，在此基础上，讨论了同时抑制空载电压波形畸变率与阻尼绕组损耗发热的设计措施。计算结果与实测数据相吻合。关键词：贯流式水轮发电机；空载电压波形畸变；阻尼绕组损耗与发热；电磁场；温度场
DOI：10.15938/j.emc.2016.04.003
中图分类号：TM 312 文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2016）04-0017-10
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由电压谐波引发的空载电压波形畸变，可能对水轮发电机电能质量与并网运行安全造成不利影响。作为水轮发电机的重要组成部分，阻尼绕组是发电机与电网安全稳定运行的重要保障。在发电机设计阶段，定转子槽距比、每极阻尼条根数、以及定子斜槽等结构参数的选取，不但影响着阻尼绕组损耗发热分布，还对空载电压波形有着密切影响。特别是对于近年在低水头大流量电站广泛应用的贯流式水轮发电机而言，在其设计制造与运行中，不但面临电压谐波导致空载电压波形畸变的难题，还屡次在额定负载工况下发生阻尼条过热故障。为改善贯流式水轮发电机电能质量，预防阻尼绕组过热断条故障，保证运行安全，很有必要采用电磁场与温度场综合分析方法，针对其空载电压波形畸变率与阻尼绕组损耗发热抑制问题，进行全面深入的研究。
在水轮发电机空载电压波形分析与优化方面，早期文献多采用电磁场解析法或电路磁路法进行研究。其中，文献着重研究了发电机附加磁场与谐波电动势的解析计算；文献则在上述文献成果的基础上，较为全面地分析了增大气隙、采用分数槽绕组、采用定子斜槽或转子斜极、改善极靴表面形状、移动磁极位置、改变阻尼绕组几何形状等方法对空载电压波形的改善效果。以上解析方法具有概念清晰，便于工程人员理解的优点，然而由于难以考虑铁磁材料饱和、定子斜槽、...
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