汽轮发电机端部结构件涡流损耗与定子线棒环流损耗计算

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1、哈尔滨理工大学工学硕．卜学位论文1．1本课题的研究背景第1章绪论国民经济的发展，人民生活的提高，都离不开电能。人均装机容量代表了一个国家或地区电力的发展水平，一般来说与其经济发展水平和人民生活水平成正比。作为一个发展中国家，电力的不足已经严重制约了我国现代化建设的步伐，大力发展电力事业，为经济生活的发展提供强大的能源动力支持，成为当前的首要任务。到目前为止，世界各国的发电设备和发电量主要还是由火力发电、核电和水电组成。其中，80％的发电量是由汽轮发电机提供的【lB,IZl。为提高材料利用率及电机效率，汽轮发电机的容量都比较大。但随着单机容量的增

2、大，电机的负荷越来越高，发热越来越严重。当前，采用的冷却方式主要有空气冷却、氢气表面冷却、导体内部直接氢冷和导体内部直接水冷等。氢冷和水冷主要用于大容量的汽轮发电机组，目前我国300MW以上的汽轮发电机均采用这两种冷却方式。但由于需要昂贵的辅助设备，而且运行成本比较高，因此，结构简单，维护方便的空冷汽轮发电机越来越受到用户的青睐。目前，世界上各大电机公司都在致力于空冷汽轮发电机的研究，不断提高单机容量。70年代以前，由于受各方面条件的限制，空冷汽轮发电机的容量长期停留在100MW以下，效率低于氢冷汽轮发电机。70年代以后，国外一些大公司利用优化

3、的冷却系统和大型氢冷汽轮发电机的开发经验，开发了一些大容量的空冷汽轮发电机。BBC公司在20世纪70年代末制造出当时世界上容量最大的135MW空冷汽轮发电机，突破了过去100MW的限制。到八十年代单机容量已经提高到200MW的水平，目前，最大容量的空冷汽轮发电机当属Alstom研制的500MVA的汽轮发电机。国内空冷汽轮发电机的研制起步较晚，80年代，单机容量仅为35MW。进入90年代后，由于国家加大对电力行业的扶持和电力市场的需求，而且随着余热发电、热电联产、石油、化工及冶金行业自备电站，联合循环发电等的发展对空冷汽轮发电机的需求增加，空冷汽

4、轮发电机的技术得N-r较快的发展f3l。各大电机制造公司通过技术引进和自主研发，开发研制了60MW150MW的一系列的空冷汽轮发电机组。相对于氢冷和水冷汽轮发电机，采用空气冷却主要有以下一些优点14，5】：1．空冷汽轮发电机系统简单，容易维护，安全性好。由于不需要水处理和制氢设备，减少了设备环节，冷却系统变得简单。同时，不会因为这些辅助设吩尔滨理工丈学工学硕上学位论文备的失灵影响电机的可用性，并且使用的冷却介质是空气，无爆炸及短路的危险，提高了电机的安全性和可靠性。2．空冷汽轮发电机的经济性高。空冷汽轮发电机由于少了一些辅助系统，减少了投资，而

5、且运行维护方便，其运行费用低于效率相当的氢冷汽轮发电机，而且由于采用了新的冷却技术，同容量的空冷汽轮发电机的效率已较氢冷的有所提高，可以达到98．74％。3．燃气、蒸汽联合循环电站的迅速发展成为开发大型空冷汽轮发电机的重要动力。目前全国各地区用电峰谷之差很大，除大力建设水电站和抽水蓄能电站以外，采用燃汽轮机组发电调峰也是一条重要途径。与氢冷汽轮发电机相比，空冷汽轮发电机具有起停方便、对负荷变化特别是间歇负荷变化不敏感等优点，使其在联合循环系统中与燃汽轮机配用特别适宜。但在目前，我国在容量上跟国外还有很大差距，关键原因就是不能解决散热的问题。由于

6、端部结构件有很大的涡流损耗，定子线棒中的环流损耗也很突出，损耗问题已成为空冷汽轮发电机容量增大的一个巨大障碍。本课题的目标就是通过端部磁场的研究，得到端部结构件的涡流损耗分布和股线的环流损耗，给电机设计者提供依据，改进电机的结构和优化通风冷却系统，使得电机的发热和散热能够满足要求。1．2汽轮发电机端部磁场及结构件涡流损耗计算的研究现状大型汽轮发电机端部磁场的计算是研究电机端部结构件损耗分布、温度分布、端部绕组电磁力和端部电磁参数的重要基础，与电机的安全运行密切相关，特别是随着容量的增加，电机的线负荷剧增，端部磁场和损耗分布是否合理就更加重要。加

7、上端部结构特别复杂，定子端部绕组空间渐开线分布，结构件的材料特性各异且其中存在涡流，使得端部磁场的理论分析和实验验证都具有很大难度，成为电机设计中的难点。自汽轮发电机问世以来，对其研究主要经历了以下几个过程：1．工程近似方法汽轮发电机端部磁场的计算结果主要包括端部漏抗和端部损耗。在汽轮发电机电磁计算公式当中，端部漏抗的计算采用如下公式：1．五=E÷断lDj×lo叫(1·1)式中：K，电抗计算系数；p为极对数；K矿。为绕组系数；口为定子铁心内径。在最先的汽轮发电机电磁计算公式当中，对端部结构件的附加损耗并未予哈尔滨理_-IT．大学工学硕士学位论文

8、以考虑。而在《TPK》书中按下式计算：如-10(蒜)2喘)2(1-2)式中：AS．为定子线负荷。对于短路或负载运行时定子端部金属件、边段铁心、压圈和电