600mw大型汽輪發電機電磁優化設計

摘 要：由于大型汽輪發電機的不及掩耳之勢的發展，600mw大型汽輪發電機定子端部所受電磁力幾乎增大到不能承受。在其工作時，在電磁力的作用下，將使其繞組磨損，甚至于讓其電路發生短路。導致事故的發生，不僅損壞設備還可能傷害到工作人員。后果不可估量。所以在此背景的推動下，提出對大型汽輪發電機電磁優化設計。本文主要從600mw大型汽輪發電機入手設計。

關鍵詞：600mw大型汽輪發電機；定子端部繞組；電磁優化

Electromagnetic optimization design of 600MW large turbine generator

Abstract： due to the development of the large turbine generator， the electromagnetic force on the stator end of 600MW large turbo generator is almost too much to bear. In its work， under the action of electromagnetic force， will make the winding wear， or even make the circuit short circuit. Lead to accidents， not only damage the equipment may also hurt the staff. Incalculable consequences. Therefore， under the background of this paper， the electromagnetic optimization design of large turbo generator is proposed. In this paper， starting from the design of 600MW large turbine generator.

Key words： 600MW large turbine generator， stator end winding， electromagnetic optimization

1 引言

在科學技術的推動下，大型發電機的制造和運行都趨于穩定，而且對大型汽輪發電機的要求越來越高。發電機單片機的容量不斷增大[1]，伴隨著的電磁力也增大。對此，大型大電機的隱患成了整個電網的焦點。

1.1 大型汽輪發電機國內外發展現狀

從上世紀80年代開始，大型汽輪發電機電磁研究就受到了國內外該行業的額外的重視。我國也從上世紀末開始了對大型汽輪發電機的研究工作。

由于大型發電機單片機的容量的增大，電磁力也迅速增大。當代對發電機對定子端部繞組電磁力的計算是通過從計算力的角度出發，利用有限元的計算方法分開計算各個端部點的電磁力大小，然后進行總的電磁力計算。此方法局限于工程分析而不利于從理論的角度進行探索[2]。

眾所周知，大型發電機的電磁場的研究奠定了求解端部繞組電磁力的基礎。在發電機本身內部結構中，突出的發電機的定子端部區域，是不同介質組成且具有非線性、各項異性等特點。形狀復雜的特點讓發電機的端部電磁場研究工作受到了廣泛關注。

1.2 大型汽輪發電機背景以及意義

當代電力工程的日益發展龐大，互聯電網容量也不斷增大，其結構也日益復雜多變。在對電網的工作環境安全的要求和經濟環保來說，出現了歷史性的考驗。所以必須需要一個強大的系統來保持其穩定系數。提高我國的電網安全、經濟，促進其穩定發展，向世界前沿發展是不可動搖的信念。

2 大型汽輪發電機動態性能分析

大型汽輪發電機通常是由定子和轉子兩大部分組成的隱極式發電機，定子則通常由機座、定子心、電樞三相組繞、線圈等固定在機座上，當定子和轉子都在工作狀態的時候，由于電流在線圈的作用下會在 、轉子的 上產生磁場，磁場從而驅動轉子轉動。

大型汽輪發電機端部和端部組繞所受磁場力的計算需要它在不同工作狀態下的定子三相電流隨時間的變化規律。所以，要得到磁場力大小，得利用電動機動模擬的方法計算。

2.1 汽輪發電機的對稱與不對稱運行

三相對稱運行是600mw大型汽輪發電機的最主要的運行方式，但很難確保三相不對稱的運行情況不發生。當發生不對稱運行時，將對電動機產生不良影響甚至導致電網的不對稱電壓，使工作環境惡化。所以，對于這種不對稱的運行必須有所避免，限制它的發生最好。

而有時候又會出現突然三相短路的情況，這會發生嚴重的工作故障。這種故障就相當于在電機前端再疊加了與電動機原有的方向相反大小相同的三相電壓。此情況下電動機的基本方程是可以用疊加原理處理的線性方程，所以該情況可以的到輕松的緩解。

2.2 電動機的突然三相短路[3]

比如當大型汽輪發電機的定子是對稱運行而轉子不對稱運行時說明該發電機出現了突然三相短路。這種情況是會對電動機有嚴重損壞的，為了減少這種突然短路的發生，必須設計出更加優秀的方案。這就是為何研究600mw大型汽輪發電機的關鍵。

3 大型汽輪發電機端部電磁力計算分析

在大型汽輪工作時，因為定子端部的組繞問題，特別容易發生事故。這影響到正常工作和工作人員的生命健康。所以電磁特性的一直受到國內外業內人士的關注，而且由于電動機單機容量的持續增大，該研究項目越來越引起了大家的重視。

計算電磁力的步驟是由鏡像基本原理和直接積分的方法組成。首先將鏡像電流引入，保證交界條件一致的基礎上保證答案的唯一性。其次用直接積分法得出安培公式得出電磁力。

3.1 電磁力計算的數學模型

為了用簡便方法得到電磁力的計算分析，通過了多年研究努力得出了很多優秀的方法。在用鏡像法在電流不計位移的條件下建立數學模型，采用分成若干段的擬合方法來計算。分的段愈多，所得的結果越正確。

4 發電機的穩態電磁力計算分析

根據大型汽輪發電機的相關參數的研究表明，汽輪發電機在穩態額定工作時不同的時刻的電磁力分布規律。在知曉大型汽輪發電機的電磁力分布規律的情況下，就能了解關于電磁力的各項指標。對于預防事故的發生有極為重要保障。

5 結論

600mw大型汽輪發電機在工作運行時，定子端部的繞組電磁力直接的覺定了整個機組是否能安全的運行。在研究大型汽輪發電機的電磁力優化設計中，通過計算分析電磁力的分布規律。然后對其端部繞組電磁力進行改進，使其降低了危險的一些因素的存在。

參考文獻

[1]邱家俊，胡宇達，卿光輝電磁力激發下汽輪發電機定子端部繞組的磁固禍合振動振動工程學報，，2002.9，3（15）

[2]畢純輝，李淑，戴號民水輪發電機定子端部繞組電動力的計算大電機技術，2001，3；2-3

[3]高景德，張麟征電機過渡過程的基本理論及分析方法上冊北京科學出版社，1982

作者簡介

陳濤（1987-），男，安徽省淮北人，上海交通大學在讀在職碩士，工程師，上海電氣電站設備有限公司上海發電機廠，研究方向：大型火力發電機。