[发明专利]空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法

说明书

本发明实施例提供了一种汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合方法。该方法包括：构建空冷汽轮发电机转子的两个半齿、一个槽的三维流体与传热分析模型，并建立对应的空冷汽轮发电机转子的瞬态温度场计算模型；通过电磁场理论，计算汽轮发电机转子的铜排铜耗，齿部基本铁耗和附加铁耗，并将各损耗转化为热密，再将热密附加至温度场计算模型的对应部位；对发电机转子的瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子随着时间变化的温度场计算结果；根据计算出的转子三维瞬态温度场，得出了转子在正常运行时各个部分的温度随时间的变化情况，以及发电机发生短时过电流等故障时，发电机运行的承载能力。本发明提出了一种计算发电机瞬态温度场的新方法。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法。

背景技术

大型空冷汽轮发电机在运行时，受大电网运行中的峰谷情况，会产生过励或欠励的短时扰动，在遭受一定时间的过电流运行后，汽轮发电机的最高温度和平均温度会显著上升，严重影响汽轮发电机的正常运行。

汽轮发电机是电网的主要装备之一，是电能的直接生产者，约80％的电能由汽轮发电机产生。而空冷汽轮发电机作为燃气-蒸汽联合电站，其安全发电也直接关系着一片区域的稳定用电，因此，保证汽轮发电机的正常运行，直接或间接的关系着国民经济的健康发展。

采用现有的稳态温度场计算方法难以仿真发电机运行的动态过程，更不可能确定发电机在动态运行过程中是否因温度超限而使内部受损的问题，因此，很有必要探究汽轮发电机的动态运行过程，建立新的汽轮发电机转子模型，并提出汽轮发电机转子的瞬态温度场计算新方法，对电机转子的正常运行和短时过电流运行进行监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空冷汽轮发电机转子瞬态温度场多场耦合计算方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，该方法包括如下流程步骤：

步骤S110：构建空冷汽轮发电机转子的三维实体模型，并对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子瞬态温度场计算模型；

步骤S120：计算空冷汽轮发电机的铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗，并将所述铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗分别转化为热密，再将热密附加至所述发电机转子温度场计算模型的对应部位；

步骤S130：对所述发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场；

步骤S140：根据所述转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场，得到转子所能承载过电压的临界时间和所述转子任意时刻温度分布规律，根据所述转子最高温度出现的时间和位置，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估。

进一步的，所述步骤S110具体包括：

根据空冷汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子三维实体模型；所述三维实体模型包括转子铁芯、绕组、槽楔和通风沟；

所述转子铁芯包含转子齿和转子轭，所述转子齿与所述转子轭连接，所述转子齿中间有长方体结构的槽，所述长方体结构的槽内放置了绕组和槽楔；所述的绕组内包括铜排、匝间绝缘和主绝缘，所述的铜排和匝间绝缘交替排列在槽内，所述的主绝缘排列在所述铜排和匝间绝缘的外侧，与转子齿相抵触，所述的铜排和转子轭部有通风沟，所述的槽楔排列在靠近槽口的铜排上侧；

对所述发电机转子瞬态实体模型进行网格划分，建立对应于所述发电机转子在正常运行和短时过电流运行时的三维实体模型的发电机转子瞬态温度场计算模型。

进一步的，所述步骤S120具体包括：