大型水轮发电机汇流环形引线通风、温升研究
水轮发电机讲义
一、水轮发电机的发展
中国在1949年以前自制的水轮发电机单机容量不 超过200kW,1949年以后电机工业获得了蓬勃的发
展，1958年已能生产7.25万kW单机，1972年已制
造出30万kW双水内冷水轮发电机。 目前位于世界前列的大容量水轮发电机为大古力 水电站、伊泰普水电站 、三峡水电站、溪洛渡水 电站、龙滩水电站等已经超过700MW，而今年建 成的向家坝水电站已经达到800MW。同时单机 1000MW的水轮发电机组也已经开始设计。
二、水轮发电机结构
二、水轮发电机结构
转子
立轴水轮发电机转子结构
二、水轮发电机结构
磁极 –磁极是提供励磁磁场的磁感应部件，由磁极铁芯，线圈 ，上、下托板，极身绝缘，阻尼绕组及钢垫板等零部件 组成。 –磁极铁芯分实心和叠片两种结构。 –中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用实心磁极 结构，整体锻造或铸造而成。转速大于或等于750r／ min的小型水轮发电机，常采用磁极铁芯连同转子的磁 轭与主轴整体锻造加工。 –磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。
水 轮 发 电 机
目录
水轮发电机的发展 水轮发电机的结构 水轮发电机的原理 水轮发电机的运行 水轮龙滩发电机的特点
一、水轮发电机的发展
世界第一座水电站于1878年建于法国。
美洲第一座水电站于1882年建在美国威斯康星州，
采用直流发电机。
1889年后,开始使用三相交流发电机。此后,单机容
交流电容电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与电
场能量之间的往复转换。
三、水轮发电机的原理
无功的类型： 容性无功：由于电容器是储存电场能量的元件，当电
灯泡式水轮发电机运行温度偏高原因探讨
２０ ０ ２年 第 ３期
灯 泡 式 水 轮 发 电机 运 行 温 度 偏 高 原 因探 讨
（ 建省 水 利水 电科 学研 究所 ， 福建 福州 ３ ０ ０ ） 福 ５ ０ １ 摘要 ：该文 在介 绍灯 泡 式水 轮 发 电机 的冷 却方 式及 其优 缺点 的基础 上 ，分析 了高砂 水 电厂 机 组
风结构复杂化等 。
２． 通 风 方 式 Ｉ
上
图 Ｉ 径 向通 风 风 路 示 意 图
冷却器
对 大 中型 灯 泡 贯 流 式 机 组 经 常 采 用 的 通 风 方 式 有 ：径 向 通 风 、轴 向通 风 和 径 轴 向通 风 方 式 。 （ ） 径 向 通 风 方 式 ， 其 风 路 见 图 １ 这 是 一 种 以径 向通 Ｉ ， 风 方 式 为 主 、 轴 向通 风 为 辅 的 通 风 结 构 。 风 路 走 向 ：风 机 的 冷 却 空 气 经 转 子 支 架 ，通 过 转 子 磁 轭 的径 向 通 风 孔 冷 却 磁 极 后 进 入 定 子 铁 芯 通 风 沟 ， 冷 却 定 子 线 圈和 铁 芯 ， 然 后 经 定 子
４ ９
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ２—０ ７—３ １
维普资讯
２０ ０ ２年 第 ３期
是 循 环 风 量 轴 向分 布 不 均 ，冷 却 效 果 差 ， 往 往 造 成 铁 芯 局 部 过 热 现 象 。发 电 机 运 行 温 度 偏 高 。 斑 竹 溪 机 组 的 通 风 方 式 为 径 向 通 风 方 式 ， 高 砂 机 组 的通 风 方 式属 于 轴 向通 风 方 式 。其 他 电 厂 的 机 组 大 多 属 于 径 轴 向 混 合通风方式 。
机 座 上 的 通 风 孔进 入 空 气 冷 却 器 ， 再 经 风 机 进 行 循 环 。其 优
汽轮发电机转子通风及温升计算研究
图 ３ 空 心 通 道 尺 寸
（ ５ ） 端部进风孔 距端 部轴向 中心线 ８ ０ ａ ｒ ｍ， 补 风孔 距转 子径 向 中心线 ８ ４ ６ ｍｍ， 进 风孔 尺 寸 与
空 心风 道尺 寸相 同。
１ ４
由于 ７号线 圈最长 ， 通风 条件最 恶劣 ， 所 以转 子端 部温升 计算按 ７号线 圈进 行 。 （ 下转 ２ ６页）
图 ２ 端 部 通 风 系统 示 意 图
２ ． ２ 结构尺 寸
３ 温 升 计 算
３ ． １ 转子 本体温 升计 算 转子 本体温 升 采 用计 算 程 序 计 算 ， 本体 温 升
计 算结 果列于 表 ２ 。
表 ２ 转子本体温升计算结果
鼹
（ １ ） 转子 副槽采用直槽结构 ， 槽深 为 ２ ５ ａ ｒ ｍ， 槽宽 为 １ ８ ａ ｒ ｍ。
第４ 第 ４ ８ ８ （ 卷 总 盖 第 雾 １ ７ ２ 期 ） （ ｆ Ｅ ｘ Ｘ Ｐ Ｌ ｏ Ｏ ｓ Ｓ Ｉ ｏ Ｏ Ｎ — Ｐ Ｒ ｏ Ｏ ｏ Ｏ Ｆ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｉ Ｃ Ｍ Ａ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ｅ ）
Ｐ 万 爆电机 １ ｉ 番 ’ 、 巴 ｂ
参 考 文 献
１ ５ ： Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ… ｎ’ ［ Ｓ ］ ． ［ ５ ］ 黄 国治 ， 傅 丰 礼． 中小旋 转 电机设 计 手册 ［ Ｍ］ ． 北 京： 中国电力出版社 ， ２ ０ ０ ７ ． ［ ６ ］ 盛骤 ， 谢式 千， 潘承 毅． 概 率论 与数理 统计 ［ Ｍ］ ． 上 海： 高等教 育出版社 ， ２ ０ ０ １ ．
水轮发电机转子系统磁悬浮承重装置散热研究
ＭＡ Ｈ ｎ ｚｏｇ Ｇ Ｏ Ｘ ａｎｎ ， Ｈ Ｎ Ｙ ａｊｎ ｏ ｇｈｎ ， Ｕ ｉ ｉｇ Ｃ Ｅ ｕｎｕ ｏ
（ ｏ ｅｅｏ ｌ ｔｃｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｈ ｈ ｉ ｎｖｒｔ，Ｎ ｍｉｇ ２０ ９ ， ｉ ｇｕ ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｏ ａ Ｕ ｉｅｓｙ ａ ｎ １０ ８ Ｊ ｎｓ ，Ｃ ｉａ ｌ Ｅ ｃｉ ｉ ｉ ａ
场仿 真分析 。 结果 显示 ，在 满足 水轮 机组 承 重要 求的 前提 下 ，合理 设计 通风 孔 可 以使 电磁 悬浮装 置 线
圈温度 大 大降低 ，满足 系统 应 用要 求。 关磁 线 圈 ； 风孔 ；对流散 热 ； ｎｙ 通 Ａ ｓｓ
中 图分 类 号 ：Ｔ １ Ｍ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ８０ ２ １ ） １０ ６ —４ ００ ０ ６ （０ １ ０ —０ ９０
Ｓ ｕｄｙ ｏ ａ ｓ ｉ ｔｏ ｏ ａ ｎｅ ｉ－ｅ ｔ ｔｏ ｂ ａ ｉ ｇ ｄｅ ｉｅ ｆ ｒ ｔ ｎ ｈｅ ｔｄｉｓｐａ ｉ ｎ ｆｍ ｇ ｔｃ ｌｖｉａ ｉ ｎ ｅ ｒ ｎ ｖ ｃ ｏ ｒ ｔ ｒ ｓ ｓｅ ｆｈｙ ａ ｉ ｕｒ ｎｅ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｉ ｏ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｄｒ ｕｌｃ ｔ ｂｉ － ｅ ｒ ｔ ｒ ｕｎ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ ｉｃ ｈ ｘ ｉ ｔ ｎ ｃ ｉ ｆｅｅ ｔ ｍａ ｎ ｔ — ｖ ｔｔ ｎ ｂ ａｉ ｇ ｓ ｓｅ ｆｒｔ ｅ ａ ｉ ｏ ｄ ｏ ｙ ｒｕ ｉ ｕ ｂ ｎ — ｅ ｅ ａｏ ｓｒ ｃ ：Ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｅ ｃｔ ｉ ｏ ｌ ｏ ｌｃ ｒ ａｏ ｓ ｏ ｇ ｅｉ ｌ ｉ ｉ ｅ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｈ ｘ ａ ｌａ ｆｈ ｄ ａ ｌ ｔ ｒ ｉ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｃｅ ａｏ ｌ ｃ ａ ｅ ｓ ａ ｅ ｎ ｉ ｅ ｏ ｈ ｙ ｔｍ ，ｔ ｅ ｈ ａ ｎ ｉ ｅ ｉ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ａｅ ｒ ｅ ｌｄ ｉ ｓｄ ｆｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｈ ｅ ｔｉ ｓｄ ｓ ｉ ｉ ｕ ｔ ｏ ｂ ｉｓ ｔｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｖ ｒ ｈｇ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｒ ｅ ｗ ｕ ｄ ｏ ｃ ｒ ｆ ｐ ｎ ｈ ｎ ｏ ｅ ・ ｉｈ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｓ ｏ ｌ ｃ ｕ ｉ
灯泡式贯流水轮发电机组发导瓦瓦温过高的原因分析和解决方案——以江西赣州某水电站为例
灯泡式贯流水轮发电机组发导瓦瓦温过高的原因分析和解决方案——以江西赣州某水电站为例发布时间：2022-09-20T03:27:40.874Z 来源：《城镇建设》2022年9期5月作者：金强刚、詹君萌、许志翔[导读] 本文对某水电站灯泡式水轮发电机组发导瓦瓦温高的问题进行了剖析金强刚、詹君萌、许志翔中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江省杭州市 311100摘要：本文对某水电站灯泡式水轮发电机组发导瓦瓦温高的问题进行了剖析，并对发导瓦瓦温高问题提出解决方案——修磨加深发导瓦油槽及修磨加深发导瓦进、出油边深度。
望能对遇到类似问题的技术人员提供一定的参考价值。
关键词：水轮发电机组;发导瓦瓦温过高;解决方案前言近年来，新建水电站越发少了，水电站的检修、改造工程日渐兴盛、节节攀高。
水电站检修是因为水轮发电机组出现了各种各样的故障，又或者是使用年限到了总会出现一些这样那样的故障需要检修才能恢复正常使用功能。
面对越来越多的机组检修、改造工程，也会遇到越来越多的疑难杂症，本文对造成水轮发电机组发导瓦瓦温过高的原因进行了探究和分析，并结合某水电站实际应用案例给出了合理的解决方案。
某水电站位于赣州市八境台风景点附近的章江河段，距下游章贡两江汇合口450m，是一座以改善城市环境、增加旅游景观为主，兼有河道整治、发电和航运等综合利用效益的水利枢纽工程。
电站装机容量为3×2500KW。
机组为灯泡式贯流机组，发导瓦位于组合轴承内部，从上游至下游方向，其组成为8块反推瓦、镜板、8块正推瓦，发导瓦。
发导瓦由两瓣瓦面组成，内瓦面由巴氏合金铸造而成，外部由高强度合金铸造，外部外围是球面结构。
发导瓦的设计报警瓦温是60摄氏度。
整套组合轴承无水冷系统，供油分为反推瓦供油、正推瓦供油、发导瓦供油。
润滑油经过对轴承的润滑及冷却后，由一根总排油管排出至低位油箱，再由低位油箱的润滑油泵泵至高位油箱，高位油箱的润滑油通过供油管对组合轴承供油，形成组合轴承润滑油循环系统。
大型水轮发电机冷却方式
2.1 全空冷方式 近 20 年来，国内外在空冷系统设计理论、风循环
系统和风沟的合理设置、风道密封及减少风损等方面, 取得了长足的技术进步，主要表现在：
（1）近几年结合水电工程，对 700MW 级水轮发 电机做了多个通风模型试验，并在 840MVA 的真机进 行了型式试验，不断修正通风系统的仿真计算，掌握 了：根据水轮发电机的额定容量和结构确定全空冷方
（4）上世纪 90 年代初，国内外普遍认为，700MW 水轮发电机采用全空冷是处在极限容量的临界状态。 国产第一台 840MVA 全空冷水轮发电机的成功投运和 全空冷技术的进步，标志着设计制造全空冷 800MW 级 水轮发电机己无问题，提高了全空冷水轮发电机制造 极限容量。
2.2 半水内冷方式 发电机采用半水内冷方式，定子线棒由导电的实
2
大型水轮发电机冷却方式
2008.№1
式所需的有效总风量及风量的分配；为降低运行温度 并使温度分布趋于均匀，调整风道和风沟的科学合理 设置的方法；在温度场计算中对流换热流体及其温度 与界面的对流换热系数，并考虑风沟中风温逐步升高 对不同风速、不同温度下物性参数的影响，计算出相 应的换热系数；考虑了铁心叠片、线棒股线绝缘、材 料三维各向异性、附加损耗等因素的影响。表明己基 本掌握了通风系统的设计理论和仿真计算。700MW 全 空冷水轮发电机实际运行表明，定子线棒实测的 RTD 温度比计算值小，相差约 10%，还需日趋完善。
心股线和通冷却水的空心股线组成，一般由一根空心 股线带走 4 根实心股线产生的损耗热量。经过纯水处 理装置处理过的冷却水（水质纯净、无固体杂质、PH 值为 7.5～8.5、硬度小于 2µmol/l、水温 25℃时电导率 小于 1.7µs/cm），用泵打入定子线棒的空心股线进行冷 却并带走实心股线产生的热量，升温的纯水进入冷却 器，与二次冷却水进行热交换，降温后的纯净冷却水 经过纯水处理装置，再进入定子线棒空心股线形成水 冷循环系统。半水内冷发电机空冷部分与前述全空冷 方式基本一致。半水内冷方式在大容量水轮发电机中 己被广泛采用，技术上不断改进，日趋完善，具体表 现在：
大型发电机冷却方式的发展及特点
发电机是电能的生产者，它在运行过 程中会产生电磁损耗以及机械损耗，具体 包括随发电机负荷的变化而变化的定子绕 组损耗、涡流以及高次谐波的附加损耗和 固定的铁损耗、轴承摩擦机械损耗、励磁 损耗和通风损耗。随着损耗的增加，发电 机内部的温度也不断升高。发电机温度越 高。发电机的效率就会随之降低，并且很 可能会因发电机局部过热而破坏定子线圈 的绝缘。造成发电机事故。为保障发电机 的正常高效运转，必须采取冷却措施。将 发电机在运行中产生的热量及时散发出去， 以控制发电机各部的温度，把温升控制在 一定的范围内，以确保发电机的安全可靠 运行，并延长发电要的使用寿命。
１．３液冷 旱在１９１７年，匈牙利冈次茨工厂就曾 用变压器油作牵引电机的冷却介质。３０年 代后，又曾从事水外冷的研究，但长期以 来没有取得重大进展。１９５６年，英国开始 采用净化水冷却电机定子绕组。目前定子 绕组采用水冷已相当普遍。液体的比热， 导热系数比气体大，所以液冷的散热能力 较气冷大为提高。水是很好的冷却介质， 它具有很大的比热和导热系数，价廉无毒， 不助燃。无爆炸危险。通水冷却的部件冷 却效果极为显著，允许承受的电磁负荷比 空冷、氢冷高，提高了材料的利用率，但 是由于水垢的产生及空心铜线被水中的氧 离子氧化产生的氧化铜和氧化亚铜等沉积 造成水路堵塞，继而产生绕组局部过热而 烧毁，同时水接头及各个密封点处由于承 受水压漏水的问题将造成短路和漏电危险。 近些年，各地的水内冷机组都发生了一种 新的漏水现象，被称为水力钻孔，这是由 于水中的微小颗粒在空心导线的转弯或粗 糙点慢慢沉积下来。由于受到水流的冲击 而以颗粒与空心线的接触处为支点旋转起 来．日积月累就会将这一点钻穿，这种现
区域治理Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
水轮发电机空冷器热风温度偏高在实际应用中的解决
水轮发电机空冷器热风温度偏高在实际应用中的解决发电机运行中，由于有电流和磁场的存在，必定会产生铁损和铜损，这种损耗以热的形式传给绕组和铁芯，如不把热量散发出去，轻则使绕组温度升高，电阻增大，降低发电机的效率，重则会使发电机的绕组和铁芯绝缘烧毁引起发电机着火，所以必需保证空冷器的正常运行。
标签：空冷器；热风；温度；解决一、绪论发电机运行中，由于有电流和磁场的存在，必定会产生铁损和铜损，这种损耗以热的形式传给绕组和铁芯，如不把热量散发出去，轻则使绕组温度升高，电阻增大，降低发电机的效率，重则会使发电机的绕组和铁芯绝缘烧毁引起发电机着火，所以必须装设空气冷却器，使发电机内的热风经冷却器变成冷风，其热量由冷却水带走，从而降低发电机内部温度，保证发电机在额定温度下运行。
二、概况鱼塘电站空冷器为密闭双路径向自循环通风系统。
循环风路由上挡风板、下盖板和基坑组成。
转子旋转所产生的离心风压为循环通风的压力源。
发电机设有6个穿片式空冷器，每个冷却器由6排冷却管组成，热风吹拂散热匝，热量由管中的冷却水带走，冷却后风温不超过40℃，冷却器容量能满足发电机以110%额定出力连续运行的冷却要求。
空冷器均布置在定子机座外壁上。
它们并联在两个环形供水管上，当一台冷却器退出运行时，不影响发电机按额定数值运行并且各部分的温升不超过规定。
最高水压为0.6MPa。
选用的穿片式空气冷却器为新型高效式冷却器，其结构不但坚固耐用，而且冷却效率高，该型空冷器在同等条件下运行比老式的绕簧式空冷器的散热效率高30%以上。
同时新型的空冷器风阻小、抗振性强、耐腐蚀、使用寿命长。
冷却器工作水压为0.2MPa～0.3MPa。
三、运行情況于2005年10月投入运行。
投入运行以后，各点的温度最高点49℃，随着运行年限的增大，空冷器各点的温度偏高，最高温度达68℃。
超过正常值。
四、原因分析引起空冷器热风温度偏高的原因有：1. 空冷器内部管道的水垢过多使用过水能力较差。
双水内冷汽轮发电机转子线圈水量及温升研究
双水内冷汽轮发电机转子线圈水量及温升研究张小虎;胡磊;钟后鸿【期刊名称】《电机技术》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】Network node method was applied to cal-culate the water-flow volume of the rotor winding of the 300 MW double water inner cooled turbine generator, the average tolerance between the calculated and tested value was less than 5%, to prove that this method was of higher accuracy in the field of the engineering research. Then, this method was utilized into the research of the water-flow volume and temperature-rise of the rotor winding of 600 MW double water inner cooled turbine generator, the result showed that the rotor winding employing quadrangular hol-low pipe of large wire gauge possessed the predominance in the field of the temperature rise.%采用网络节点法对一台300 M W双水内冷汽轮发电机转子线圈水量进行求解，计算值与试验值平均误差小于5%，证明该方法用于工程研究具有较高的精度。
将其应用于660 M W双水内冷汽轮发电机转子线圈水量和温升研究，结果表明转子线圈使用大线规、方形通水孔结构在温升方面有一定优势。
大中型水轮发电机基本技术条件
大中型水轮发电机基本技术条件SD152－871987-2-13发布1987-9-1实施中华人民共和国水利电力部队批准1适用范围1.1本条件适用于三相50Hz额定容量为12500kV A及以上的水轮发电机。
可逆式发电—电动机，贯流式及其他特殊形式的水轮发电机应另有专门的技术规定。
1.2本条件未规定事项应按国家标准GB755－81《电机基本技术要求》及其他有关的标准执行。
如有特殊要求，用户和制造厂可在水轮发电机专用的技术协议中商定。
2一般要求2.1水轮发电机的设计应在保证机组运行可靠的基础上，提高效率，降低造价。
水轮发电机的设计审查应有用户代表参加。
2.2当水轮发电机及其附属设备的设计结构及新技术、新材料的采用足以引起某些特性参数或经济效益发生重大变化时，应经过工厂试验、中间试验、工业试验等阶段，并由主管部门组织用户、科研等有关单位鉴定合格后才能正式使用。
如果需要直接用水电厂作为某种新技术(新材料)的试验场所，事前必须经过水电部有关部门批准。
2.3水轮发电机主要结构部分的材料如金属材料、电工材料等应按国家标准进行检查验收。
制造厂应对其所使用材料的质量负完全责任。
2.4水轮发电机各部件的加工必须符合图纸的要求。
工件公差应符合国家标准。
对标准零件的加工必须保证其通用性，对相同工件的加工必须保证其互换性。
2.5经考试合格并持有证明的焊接人员才能担任主要部件的焊接工作。
焊接工艺须遵守《焊接通用技术条件》(Q/ZB74－73)的规定。
需要消除焊接应力的机械加工面，在应力消除后再加工到最终所需的尺寸。
对重要的焊缝除进行外观检验外，应采用超声波等探伤方法进行非破坏性检查；在高应力区尚应进行射线照像检查。
如用户对某部位的焊缝机械性能要求进行检查时，由用户与制造厂协商确定。
按国家标准GB2649～2656－81《焊接接头机械性能试验方法》进行检验。
2.6水轮发电机的铸锻件应符合专门技术条件(如JB1270－72《水轮机、水轮发电机大轴缎件技术条件》等)的规定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
研 究。
关键词
水轮 发 电机
汇流环 形 引线
数值 计算
集肤 效应
邻近 效应
损耗
温 升
１ 引 言
三峡 地下 厂房 ７ ０ ０ ＭＷ 水 轮发 电机汇 流环形
有 限元 网格剖 分 图如 图 ２ 示 。 所
＿ ｌ
＿
磊
～
～
一
一
一
Ⅲ
＿
一
一
一
一
图 ４ ； 流 环 形 引线 （ 排 ） 力 线 ｒ － 铜 磁
图 ２ 网 格 吾 分 图 ４
２ ２ ３ 场路 藕 合 电路 模 型 ．．
根据 发 电机 引 出线 的实 际连接情况 ， 计算 的场
环形引线的设计 ， 通风、 温升模型的验收 ， 并可将这 计算手 段以及试验 台推广应用于其他各型水轮发 电机或更大容量发 电机 的汇流环 形引线的设计 中。
一
引线拟采用空冷形式 ， 汇流环形引线支路电流有效 值高达 ４５Ａ， ８０ 汇流环形引线表面的集肤效应以及 ２ 汇流环 形引线 交流损耗计算 各 汇流环形 引线 之 间的邻 近效应 成为 不可忽 视 的 因素 ， 电流汇 流环形 引线 的发热 问题 ， 引起我 大 应 计算 采用 电磁场 通用 软件 Ｆ Ｕ ２ ３ 该软 Ｌ Ｘ Ｄ／Ｄ， 们足 够 的重视 ， 因此 ， 我们选 用 了 国外 商用 电磁分 件 是法 国 Ｃ ＤＲ Ｔ研 制 ， Ｅ Ａ 可用 于 电场 和磁场 分析
（Ｘ ｛
～
２ ２ ２ 有 限元 计算 模 型 ．． 汇 流环 形 引线计 算 区域 内的三 角形 单元 电流
密度 ：
Ｊ
＝
、
』 — ∽ ｇ 一 ＋ ＋ ‘
．
图 ３ 场路 藕 合 电路 模 型
单元 损耗 密度 １ ）
２ ０
汇 环 引 交 损 ） ∑１ 流 形 线 流 耗Ｉ ） △
《 东方 电机 ｝ ００年 第 １期 ２１
２ ２ 计 算方 法 ． ２ ２ １ 二维 涡流 电磁 场 数学 模型 ．． 发 电机 的汇流 环形 引线 实际上 是 一个 轴对 称
●
＾
３ ３
●
‘
一 ＋ － — 『 ＿ ＋一
ＧＳ 。 ＇ ｃ 一
＝ ｌ ｆ ∽ ｌｇ ｌ ，＋ ｊ ｝
引线的实际发热情况， 以及配合有限元分析计算， 我们在研究试验中心电机研究试验室建立了单位 长度汇流环形引线（ ：） 风 、 升模型试验 台 ， １１ｉ 匾 温 开 展 并完成 了相应 的通 风 、 升试验 研究 。 温 通过对 三峡 地下 厂房水 轮发 电机 汇流 环形 引
线通风、 温升的分析计算和模型的试验研究 ， 针对 我公司水轮发电机产品特点和制造工艺， 分阶段提 出了汇流环 形引线 结构 方案一 各方 案 的对 比分 析
路藕 合 电路 模 型如图 ３ 示 （ 中各 支路 电流均 为 所 图
４ ５ Ａ） ８０ 。
２ ３ 主要计 算 结果 ．
有 限元 损耗计 ５ １ 环 形 引 线（ 排 ） 密 云 图 ２ 流 铜 磁
３ ４
有 限元损 耗计算 结 果
Ａ的 值 足 束 件： ｚ＜ 。数 满 约 条 ｐ ｄ ， ｓ
其 中 ， 为矢 量 磁位 ， 为传导 电流密度 ， 为 仃 汇流环 形 引线 电导 率 ， 为交 变 电流 的角频 率 。 ∞
与上述 边值 问题 等 价 的变分 问题 为 ：
ｒ 、・
卜
・
１
１ ２
１
汇流环形 引 线
计算 汇流环形引线模型方案的提 出一场路耦合 有限元数值计算、 流场计算—模型试验计算 、 试验 的对比 优化计算和设计—提出推荐方案 ， 最终完 成 了来 自业 主方对 三峡地 下厂房水 轮 发 电机 汇流
来稿时间： ０ ９ ０ — ８ ２０ — ９ ２
图 １ 汇 流环形 引线设计方案
３ ２
《 东方电机） ０ ０ 第 １ ） １年 ２ 期
大型水轮发 电机汇流环形引线通风 、 温升研究
汤岷 刘传 坤
摘
要 本 文介 绍 了大型水轮 发 电机 端部 环形 引线 电流和 损耗 的场路耦 合 有限元数 值分析 方 法， 并针对三峡地下厂房水轮发电机的汇流环形引线电流、 损耗分布进行 了具体的分析计算 ， 建
． 环形引线的损耗分布， 并将其耦合到汇流环形引线 ２ １ 设计方 案 的流场计算 中，完成汇流环形 引线的温升分布计 ２ｍｍ￣ ４ｍｍ 汇流环 形 引线 （ ０ １５ 矩形铜 排 ）中 ， ２ｍｍ 如 所示 。 算。同时为了解空气的实际冷却效果及汇流环形 心 间距 １０ 布置 ， 图 １
计算 ， 主要包括静态 、 瞬态电磁场计算及谐波分析 ， 磁热耦合、 场路耦合等 ， 该软件计算精度高， 已用于 电机的设计中， 白莲河 ３ ０ 如 ０ ＭＷ抽水蓄能电动发 电机、 金安桥 ６ ０ ０ＭＷ水轮发电机阻尼系统的优化 设计、 电压波形畸变率、 电话谐波因数的计算、 电枢 反应系数 、 极弧系数等的精确计算 。
， Ｉ１ ？；
模型， 考虑 到引线 的半径 远大 于汇流环 形引线 截面 半 径 ， 可 以用直 角坐标 描 述 。忽 略位 移 电流 ， 故 这
ｊ
（ ，Ｆ＝ －（ （ ７
外边 界ｒ ＝ 。 足 第一类 边 界条 件 ） （ 满
种线性媒质二维涡流场 的边值问题可表达为 ：
析和流场分 析软件 ， 根据发 电机汇流环形 引线 的实 际空 间布置 ， 取较 为集 中的一段 单位 长截 面 ， 立 建 汇流环形 引线 涡流 场的 场路 耦 合有 限元数 值计算 模 型 ， 分考虑汇流 环形引线表面 的集肤效应和 汇 充 流环形 引线 之 间的邻 近效应 的影 响 ， 根据汇流环 再 形 引线 内电流 的不 同相位进行加载 ， 出各汇流 计算