大型水轮发电机铜环固定螺杆损耗计算

王立芳， 马云鹏， 魏珊珊

（哈尔滨大电机研究所，哈尔滨150040）

1 引言

当发电机正常运行时，端部铜环中的三相交流电流会在固定螺杆中感应电流，进而产生损耗。损耗作用于固定螺杆上，有可能引起固定螺杆温升过高等问题，为此需要对固定螺杆上产生的损耗进行计算。

2 发电机基本数据

某水轮发电机基本数据如表1所示。

3 计算方法

水轮发电机铜环固定螺杆损耗采用三维电磁场有限元计算，电机周向铜环引线布置有很多种情况，由于三维电磁场有限元计算量和求解时间非常巨大，因此针对各个不同位置分别求解固定螺杆上的损耗并不现实。为此，首先需要判断固定螺杆损耗可能最大的位置，然后对此种情况的损耗进行计算。

图1 铜环引线及截面示意图

图2 不同截面铜环引线电流相属情况

图3 Q-Q截面三维模型图

通过对电机不同位置处的铜环引线布置进行分析可知，截面上铜环个数为10～16之间。其中N-N截面铜环最少为10个，S-S截面铜环最多为16个，其他截面铜环个数介于这两个截面之间，如图1所示。由于铜环电流在固定螺杆上都会感应电流，加之电流是三相的，考虑到相互之间的影响，本文选取了几个有代表性的截面进行计算，如图2所示。为便于计算并尽可能符合实际情况，等效铜环长度选为20倍的铜环外径。

4 计算结果

按照上述方法，本报告采用三维电磁场有限元法对以上4种截面铜环的固定螺杆损耗进行了计算，计算结果如表2所示。图3为QQ截面三维模型图；图4为QQ截面的铜环固定螺杆场图；图5为QQ截面的铜环固定螺杆损耗。

表2 不同截面固定螺杆损耗

图4 Q-Q截面的铜环固定螺杆场图

图5 Q-Q截面的铜环固定螺杆损耗

由表2分析可知，所选的截面中，T-T截面情况的固定螺杆损耗最小，Q-Q截面情况的固定螺杆损耗最大，以上截面的铜环固定螺杆损耗均远小于1W/m，不会引起过高的温升。