600mw大型汽轮发电机电磁优化设计

摘 要：由于大型汽轮发电机的不及掩耳之势的发展，600mw大型汽轮发电机定子端部所受电磁力几乎增大到不能承受。在其工作时，在电磁力的作用下，将使其绕组磨损，甚至于让其电路发生短路。导致事故的发生，不仅损坏设备还可能伤害到工作人员。后果不可估量。所以在此背景的推动下，提出对大型汽轮发电机电磁优化设计。本文主要从600mw大型汽轮发电机入手设计。

关键词：600mw大型汽轮发电机；定子端部绕组；电磁优化

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

在科学技术的推动下，大型发电机的制造和运行都趋于稳定，而且对大型汽轮发电机的要求越来越高。发电机单片机的容量不断增大[1]，伴随着的电磁力也增大。对此，大型大电机的隐患成了整个电网的焦点。

1.1 大型汽轮发电机国内外发展现状

从上世纪80年代开始，大型汽轮发电机电磁研究就受到了国内外该行业的额外的重视。我国也从上世纪末开始了对大型汽轮发电机的研究工作。

由于大型发电机单片机的容量的增大，电磁力也迅速增大。当代对发电机对定子端部绕组电磁力的计算是通过从计算力的角度出发，利用有限元的计算方法分开计算各个端部点的电磁力大小，然后进行总的电磁力计算。此方法局限于工程分析而不利于从理论的角度进行探索[2]。

众所周知，大型发电机的电磁场的研究奠定了求解端部绕组电磁力的基础。在发电机本身内部结构中，突出的发电机的定子端部区域，是不同介质组成且具有非线性、各项异性等特点。形状复杂的特点让发电机的端部电磁场研究工作受到了广泛关注。

1.2 大型汽轮发电机背景以及意义

当代电力工程的日益发展庞大，互联电网容量也不断增大，其结构也日益复杂多变。在对电网的工作环境安全的要求和经济环保来说，出现了历史性的考验。所以必须需要一个强大的系统来保持其稳定系数。提高我国的电网安全、经济，促进其稳定发展，向世界前沿发展是不可动摇的信念。

2 大型汽轮发电机动态性能分析

大型汽轮发电机通常是由定子和转子两大部分组成的隐极式发电机，定子则通常由机座、定子心、电枢三相组绕、线圈等固定在机座上，当定子和转子都在工作状态的时候，由于电流在线圈的作用下会在 、转子的 上产生磁场，磁场从而驱动转子转动。

大型汽轮发电机端部和端部组绕所受磁场力的计算需要它在不同工作状态下的定子三相电流随时间的变化规律。所以，要得到磁场力大小，得利用电动机动模拟的方法计算。

2.1 汽轮发电机的对称与不对称运行

三相对称运行是600mw大型汽轮发电机的最主要的运行方式，但很难确保三相不对称的运行情况不发生。当发生不对称运行时，将对电动机产生不良影响甚至导致电网的不对称电压，使工作环境恶化。所以，对于这种不对称的运行必须有所避免，限制它的发生最好。

而有时候又会出现突然三相短路的情况，这会发生严重的工作故障。这种故障就相当于在电机前端再叠加了与电动机原有的方向相反大小相同的三相电压。此情况下电动机的基本方程是可以用叠加原理处理的线性方程，所以该情况可以的到轻松的缓解。

2.2 电动机的突然三相短路[3]

比如当大型汽轮发电机的定子是对称运行而转子不对称运行时说明该发电机出现了突然三相短路。这种情况是会对电动机有严重损坏的，为了减少这种突然短路的发生，必须设计出更加优秀的方案。这就是为何研究600mw大型汽轮发电机的关键。

3 大型汽轮发电机端部电磁力计算分析

在大型汽轮工作时，因为定子端部的组绕问题，特别容易发生事故。这影响到正常工作和工作人员的生命健康。所以电磁特性的一直受到国内外业内人士的关注，而且由于电动机单机容量的持续增大，该研究项目越来越引起了大家的重视。

计算电磁力的步骤是由镜像基本原理和直接积分的方法组成。首先将镜像电流引入，保证交界条件一致的基础上保证答案的唯一性。其次用直接积分法得出安培公式得出电磁力。

3.1 電磁力计算的数学模型

为了用简便方法得到电磁力的计算分析，通过了多年研究努力得出了很多优秀的方法。在用镜像法在电流不计位移的条件下建立数学模型，采用分成若干段的拟合方法来计算。分的段愈多，所得的结果越正确。

4 发电机的稳态电磁力计算分析

根据大型汽轮发电机的相关参数的研究表明，汽轮发电机在稳态额定工作时不同的时刻的电磁力分布规律。在知晓大型汽轮发电机的电磁力分布规律的情况下，就能了解关于电磁力的各项指标。对于预防事故的发生有极为重要保障。

5 结论

600mw大型汽轮发电机在工作运行时，定子端部的绕组电磁力直接的觉定了整个机组是否能安全的运行。在研究大型汽轮发电机的电磁力优化设计中，通过计算分析电磁力的分布规律。然后对其端部绕组电磁力进行改进，使其降低了危险的一些因素的存在。

参考文献

[1]邱家俊，胡宇达，卿光辉电磁力激发下汽轮发电机定子端部绕组的磁固祸合振动振动工程学报，，2002.9，3（15）

[2]毕纯辉，李淑，戴号民水轮发电机定子端部绕组电动力的计算大电机技术，2001，3；2-3

[3]高景德，张麟征电机过渡过程的基本理论及分析方法上册北京科学出版社，1982

作者简介

陈涛（1987-），男，安徽省淮北人，上海交通大学在读在职硕士，工程师，上海电气电站设备有限公司上海发电机厂，研究方向：大型火力发电机。