【摘要】：針對機組日常運行時僅通過監(jiān)測固定點的溫度來預防熱應力的破壞,無法準確監(jiān)測不同部位的溫升,更無法確定熱應力分布來判斷因應力導致的破壞情況。以南方電網(wǎng)廣州抽水蓄能電站的一臺已投運機組為例,通過溫度場分析和熱-結構耦合場分析計算了其電機全域溫升及轉子結構的應力。研究結果確定了定子和轉子的溫度分布情況,以及實際運行時應重點監(jiān)測溫升的部位;評估了轉子結構整體熱應力分布,并確定了峰值應力位置,為檢修計劃的制定提供理論依據(jù)。
【圖文】：

為結構的溫升。２模型及載荷抽水蓄能發(fā)電電動機內的瞬態(tài)磁場可近似認為不受端部繞組磁場的影響，根據(jù)表１的結構參數(shù)建立電機二維模型，如圖１（ａ）所示�？梢钥闯觯S模型在結構上具有明顯的旋轉對稱，各轉子的溫度及熱應力分布是對稱的。為簡化計算，建立１／１２模型如圖１（ｂ）所示。電機主要部件為定子鐵芯、定子繞組、轉子磁極、轉子磁軛、阻尼繞組和勵磁繞組。其中磁極的鴿尾直接鑲嵌在磁軛的鴿尾槽內，為方便說明，以順時針方向為正方向，定義鴿尾編號如圖１（ｂ）所示。圖１發(fā)電電動機幾何模型Ｆｉｇ．１Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｍｏｔｏｒ分析轉子結構的溫度分布及由其導致的熱應力分布時，均采用表１中的相同的運行參數(shù)。散熱系數(shù)計算均以實際散熱條件為依據(jù)。由式（２）計算定子鐵芯表面和轉子磁極表面的等效導熱系數(shù)并將環(huán)境溫６０９第４期張宇嬌，等：抽水蓄能發(fā)電電動機溫度場計算及熱應力分析

電動模式線電流ＩＮＤ／ｋＡ１１．１４２表２材料參數(shù)Ｔａｂｌｅ２Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ材料參數(shù)Ｔ２５００ＴＧＳＤ３２０熱膨脹系數(shù)／（ｍ·℃－１）１．６８×１０－５１．１２×１０－５１．２５×１０－５彈性模量／Ｐａ１．１３６×１０１１２．２６０×１０１１２．２６０×１０１１泊松比０．３０．４３０．４３屈服強度／ＭＰａ２３６．９６１２７５５抗拉強度／ＭＰａ２５９７０５８１９３結果與分析計算電機全域的溫度分布情況，如圖２所示。可以看出，由于機組外部安裝風冷器帶走定子繞組產(chǎn)生的熱量使得鐵芯溫度分布呈現(xiàn)由內徑向外徑逐漸降低，日常運行時定子溫度監(jiān)測系統(tǒng)安裝在定子鐵芯中部。由圖２（ａ）看出定子槽內的溫度為６７℃，明顯高于定子鐵芯中部５４．９℃．由于溫升過高將對繞組絕緣保護層的性能造成很大影響，所以實際運行中監(jiān)測定子鐵芯溫升過高時應密切監(jiān)測其對定子繞組的絕緣性能的影響。由圖２（ｂ）給出的磁軛溫度分布可以看出，轉子磁軛的峰值溫度出現(xiàn)在如圖２所示的磁軛鴿尾槽過熱點達到７８．２℃．上述２個區(qū)域的熱形變被磁極鴿尾所約束，，從而導致鴿尾部出現(xiàn)熱應力集中。結合圖２（ｃ）可以看出，轉子磁極的峰值溫度點位于繞組側上部，達到７１．２℃．考慮到轉子熱形變沿半徑方向不受約束，不會出現(xiàn)熱應力集中。（ａ）定子鐵芯（ｂ）轉子磁軛（ｃ）轉子磁極圖２發(fā)電電動機溫度分布Ｆｉｇ．２Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｍｏｔｏｒ圖３（ａ）為機組溫度傳感器安裝在定子鐵芯中部的示意圖，從圖
【作者單位】： 三峽大學梯級水電站運行與控制湖北省重點實驗室;國網(wǎng)六安市供電公司;中國南方電網(wǎng)調峰調頻發(fā)電公司檢修試驗中心;國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(51577106) 南方電網(wǎng)科技項目基金資助(K-ST2013-001)
【分類號】：TV734.2;TV743

【參考文獻】

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【共引文獻】

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本文編號：2541292