優(yōu)化繞組接線改善巨型水輪發(fā)電機(jī)繞組端部電暈

蔣 寶 鋼

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

0 前言

繞組是構(gòu)成電機(jī)的核心部件，電機(jī)就是依靠感應(yīng)于繞組中的電勢和通過的電流來產(chǎn)生電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的目的。繞組的接線方式更直接影響電機(jī)的運(yùn)行特性和經(jīng)濟(jì)性[1]。隨著巨型水輪發(fā)電機(jī)組的廣范應(yīng)用，電機(jī)的額定電壓越來越高，如白鶴灘1000MW發(fā)電機(jī)的額定電壓達(dá)24kV，烏東德850MW發(fā)電機(jī)的額定電壓也達(dá)22kV。發(fā)電機(jī)額定電壓的增高，使電機(jī)繞組防暈的難度越來越大，且防暈結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。

1 優(yōu)化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差

本文提出了一種通過優(yōu)化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差的方法，其基本原則是盡量將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側(cè)，通過優(yōu)化排列，通?？墒估@組任意相鄰線棒間電位差低于電機(jī)相電壓，即低于0.58Un（Un為電機(jī)額定線電壓）。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，一般需電機(jī)每極每相槽數(shù)q不小于3。因此，本方法僅適用于高速大容量發(fā)電機(jī)。

2 應(yīng)用示例

現(xiàn)以白鶴灘、烏東德發(fā)電機(jī)繞組接線為例分述如下。

2.1 白鶴灘1000MW空冷發(fā)電機(jī)

繞組主要參數(shù)如表1。

表1

白鶴灘1000MW空冷發(fā)電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽繞組，波形連接，通常取方塊圖中的臺(tái)階作為繞組連接的始端和末端，以簡化繞組連接，參見圖1。圖中數(shù)字代表各支路已串聯(lián)線圈的匝數(shù)，隨著匝數(shù)的增加，線圈電位按比例增加。白鶴灘1000MW發(fā)電機(jī)每支路共串聯(lián)29個(gè)線圈，因此，圖1中數(shù)字1代表低電位端（中性點(diǎn)端），數(shù)字29代表高電位端（主引出線端）。從圖中可以看出（圖 1中橢圓圈出處）異相線棒間電位差達(dá)0.882Un（21.17kV）。

圖1 q=29/7、2P=56時(shí)，常規(guī)波繞組連接方塊圖（局部）

優(yōu)化后的接線方塊圖如圖2所示，在同一相帶同一高度臺(tái)階處的兩槽處增設(shè)一個(gè)上下層連接的極間連接線，連接線長度為29個(gè)槽距，即可達(dá)到將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側(cè)目標(biāo)。優(yōu)化方案線棒間最大電位差出現(xiàn)在各相帶內(nèi)部（圖2中橢圓圈出處），為0.438Un（10.51kV），較優(yōu)化前降低了 50%以上。且異相線棒間最高電位只有0.369Un（8.85kV）。

圖2 q=29/7、2P=56時(shí)，優(yōu)化波繞組連接方塊圖（局部）

2.2 烏東德850MW空冷發(fā)電機(jī)

繞組主要參數(shù)見表2。

表2

圖3 q=4、2P=64時(shí)，常規(guī)波繞組連接方塊圖（局部）

烏東德 850MW 空冷發(fā)電機(jī)采用整數(shù)槽繞組，也為波形連接，參見圖3。因?yàn)閝為整數(shù)，因此方塊圖無臺(tái)階。圖中數(shù)字代表各支路已串聯(lián)線圈的匝數(shù)，隨著匝數(shù)的增加，線圈電位按比例增加。烏東德850MW發(fā)電機(jī)每支路共串聯(lián)32個(gè)線圈，因此，圖3中數(shù)字1代表低電位端（中性點(diǎn)端），數(shù)字 32代表高電位端（主引出線端）。從圖中可以看出（圖3中橢圓圈出處）異相線棒間電位差達(dá)0.747Un（16.43kV）。

優(yōu)化后的接線方塊圖見圖 4，僅較常規(guī)接線增加了一種斜連接，即可達(dá)到將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側(cè)目標(biāo)。優(yōu)化方案線棒最大電位差出現(xiàn)在各相帶內(nèi)部（圖 4中橢圓圈出處），為0.451Un（9.92kV），較優(yōu)化前降低了近40%。且異相線棒間最高電位差只有0.368Un（8.11kV）。

3 結(jié)論

本文提出的通過優(yōu)化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差的方法，對(duì)電機(jī)繞組端部相鄰線棒間電位差，特別是異相間線棒間電位差降低效果明顯，而接線復(fù)雜性僅有輕微增加。應(yīng)用此方法可有效改善電機(jī)繞組端部線棒間電暈，增加繞組壽命，提高電機(jī)可靠性。本方法僅適用于每極每相槽數(shù)q不小于3的高速大容量發(fā)電機(jī)。

圖4 q=4、2P=64時(shí)，優(yōu)化波繞組連接方塊圖（局部）

[1]蔣寶鋼, 蔣勝千. 一種三相交流電機(jī)雙層定子繞組擴(kuò)大并聯(lián)支路數(shù)接線方法[J]. 大電機(jī)技術(shù),2014(3): 6-7.

[2]白延年. 水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.