大型水輪發(fā)電機(jī)銅環(huán)固定螺桿損耗計(jì)算

王立芳， 馬云鵬， 魏珊珊

（哈爾濱大電機(jī)研究所，哈爾濱150040）

1 引言

當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，端部銅環(huán)中的三相交流電流會(huì)在固定螺桿中感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生損耗。損耗作用于固定螺桿上，有可能引起固定螺桿溫升過高等問題，為此需要對(duì)固定螺桿上產(chǎn)生的損耗進(jìn)行計(jì)算。

2 發(fā)電機(jī)基本數(shù)據(jù)

某水輪發(fā)電機(jī)基本數(shù)據(jù)如表1所示。

3 計(jì)算方法

水輪發(fā)電機(jī)銅環(huán)固定螺桿損耗采用三維電磁場有限元計(jì)算，電機(jī)周向銅環(huán)引線布置有很多種情況，由于三維電磁場有限元計(jì)算量和求解時(shí)間非常巨大，因此針對(duì)各個(gè)不同位置分別求解固定螺桿上的損耗并不現(xiàn)實(shí)。為此，首先需要判斷固定螺桿損耗可能最大的位置，然后對(duì)此種情況的損耗進(jìn)行計(jì)算。

圖1 銅環(huán)引線及截面示意圖

圖2 不同截面銅環(huán)引線電流相屬情況

圖3 Q-Q截面三維模型圖

通過對(duì)電機(jī)不同位置處的銅環(huán)引線布置進(jìn)行分析可知，截面上銅環(huán)個(gè)數(shù)為10～16之間。其中N-N截面銅環(huán)最少為10個(gè)，S-S截面銅環(huán)最多為16個(gè)，其他截面銅環(huán)個(gè)數(shù)介于這兩個(gè)截面之間，如圖1所示。由于銅環(huán)電流在固定螺桿上都會(huì)感應(yīng)電流，加之電流是三相的，考慮到相互之間的影響，本文選取了幾個(gè)有代表性的截面進(jìn)行計(jì)算，如圖2所示。為便于計(jì)算并盡可能符合實(shí)際情況，等效銅環(huán)長度選為20倍的銅環(huán)外徑。

4 計(jì)算結(jié)果

按照上述方法，本報(bào)告采用三維電磁場有限元法對(duì)以上4種截面銅環(huán)的固定螺桿損耗進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。圖3為QQ截面三維模型圖；圖4為QQ截面的銅環(huán)固定螺桿場圖；圖5為QQ截面的銅環(huán)固定螺桿損耗。

表2 不同截面固定螺桿損耗

圖4 Q-Q截面的銅環(huán)固定螺桿場圖

圖5 Q-Q截面的銅環(huán)固定螺桿損耗

由表2分析可知，所選的截面中，T-T截面情況的固定螺桿損耗最小，Q-Q截面情況的固定螺桿損耗最大，以上截面的銅環(huán)固定螺桿損耗均遠(yuǎn)小于1W/m，不會(huì)引起過高的溫升。