抽水蓄能发电电动机温度场计算及热应力分析

发布时间：2019-09-25 06:40

【摘要】：针对机组日常运行时仅通过监测固定点的温度来预防热应力的破坏,无法准确监测不同部位的温升,更无法确定热应力分布来判断因应力导致的破坏情况。以南方电网广州抽水蓄能电站的一台已投运机组为例,通过温度场分析和热-结构耦合场分析计算了其电机全域温升及转子结构的应力。研究结果确定了定子和转子的温度分布情况,以及实际运行时应重点监测温升的部位;评估了转子结构整体热应力分布,并确定了峰值应力位置,为检修计划的制定提供理论依据。
【图文】：

温度分布,发电电动机,转子结构,几何模型

为结构的温升。２模型及载荷抽水蓄能发电电动机内的瞬态磁场可近似认为不受端部绕组磁场的影响，根据表１的结构参数建立电机二维模型，如图１（ａ）所示。可以看出，二维模型在结构上具有明显的旋转对称，各转子的温度及热应力分布是对称的。为简化计算，建立１／１２模型如图１（ｂ）所示。电机主要部件为定子铁芯、定子绕组、转子磁极、转子磁轭、阻尼绕组和励磁绕组。其中磁极的鸽尾直接镶嵌在磁轭的鸽尾槽内，为方便说明，以顺时针方向为正方向，定义鸽尾编号如图１（ｂ）所示。图１发电电动机几何模型Ｆｉｇ．１Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｍｏｔｏｒ分析转子结构的温度分布及由其导致的热应力分布时，均采用表１中的相同的运行参数。散热系数计算均以实际散热条件为依据。由式（２）计算定子铁芯表面和转子磁极表面的等效导热系数并将环境温６０９第４期张宇娇，等：抽水蓄能发电电动机温度场计算及热应力分析

发电电动机,转子磁轭,定子铁芯,转子磁极

电动模式线电流ＩＮＤ／ｋＡ１１．１４２表２材料参数Ｔａｂｌｅ２Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ材料参数Ｔ２５００ＴＧＳＤ３２０热膨胀系数／（ｍ·℃－１）１．６８×１０－５１．１２×１０－５１．２５×１０－５弹性模量／Ｐａ１．１３６×１０１１２．２６０×１０１１２．２６０×１０１１泊松比０．３０．４３０．４３屈服强度／ＭＰａ２３６．９６１２７５５抗拉强度／ＭＰａ２５９７０５８１９３结果与分析计算电机全域的温度分布情况，如图２所示。可以看出，由于机组外部安装风冷器带走定子绕组产生的热量使得铁芯温度分布呈现由内径向外径逐渐降低，日常运行时定子温度监测系统安装在定子铁芯中部。由图２（ａ）看出定子槽内的温度为６７℃，明显高于定子铁芯中部５４．９℃．由于温升过高将对绕组绝缘保护层的性能造成很大影响，所以实际运行中监测定子铁芯温升过高时应密切监测其对定子绕组的绝缘性能的影响。由图２（ｂ）给出的磁轭温度分布可以看出，转子磁轭的峰值温度出现在如图２所示的磁轭鸽尾槽过热点达到７８．２℃．上述２个区域的热形变被磁极鸽尾所约束，，从而导致鸽尾部出现热应力集中。结合图２（ｃ）可以看出，转子磁极的峰值温度点位于绕组侧上部，达到７１．２℃．考虑到转子热形变沿半径方向不受约束，不会出现热应力集中。（ａ）定子铁芯（ｂ）转子磁轭（ｃ）转子磁极图２发电电动机温度分布Ｆｉｇ．２Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｍｏｔｏｒ图３（ａ）为机组温度传感器安装在定子铁芯中部的示意图，从图
【作者单位】：三峡大学梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室;国网六安市供电公司;中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心;国网浙江省电力公司金华供电公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51577106) 南方电网科技项目基金资助(K-ST2013-001)
【分类号】：TV734.2;TV743

【参考文献】