百万千瓦级发电机端部电场研究

论文摘要

目前我国的能源问题已经成为关系到可持续发展战略顺利进行的关键。电力是一种应用很广泛的能源,它既可以集中大量生产,又可以经济方便地长距离输送,也能高效地应用于国民经济各部门和日常生活。当前,我国已经制造成单机容量百万千瓦级大型发电机。其定子线棒电压等级达到27千伏,对其定子线棒端部防晕结构提出了很高的要求,要求起晕电压更高、防晕长度更短。因此,有必要研究发电机端部电场理论,计算端部电场的分布,为进一步采取合理的绝缘结构和改进现有绝缘结构奠定基础。本文首先介绍了研究的目的和意义,并叙述了发电机端部电场计算的发展史,针对在设计防晕结构中存在影响因素多,考核指标多的难点,简化端部复杂模型,利用有限元的优点,根据理论知识简化模型,验证了碳化硅半导体材料在端部出槽口防止电晕起到了重要的作用,并进而分析防晕结构中防晕带长度、所加电压、主绝缘厚度、防晕层段数的选择等各要素对防晕效果的影响。通过试算防晕结构中的各个参数,改变介质材料性质和尺寸安排,得出不同的结果。比较和整理结果数据,改善和优化防晕结构,提高防晕效果。本文还提出了汽轮发电机端部电场的数学模型,得到了汽轮发电机的计算区域。利用计算机技术的发展,采用EXCEL/VBA语言编写程序,并结合应用Infolytica/ElecNet软件,先建立单根线棒的模型,进而建立三维电场的时谐场(相量)模型,利用有限元分析计算大型发电机的端部电场,从而得到了汽轮发电机的三维端部电场分布。它首次考虑了二维电场不能考虑的三维匝间、相间的具体结构,考虑了每根线棒的不同电压激励,考虑了线圈的渐开线结构等。通过反复试算和比较,得到了一个能够满足起晕标准能达到27KV级发电机定子线棒的要求的三段防晕层结构,这对汽轮发电机的防晕结构的设计有重要指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 用打靶法求解防晕层电位计算
• 1.2.2 用暂态差分方程组及求解
• 1.2.3 带内屏蔽有表面防晕层计算方法
• 1.3 本论文的任务
• 第二章 百万千瓦级发电机端部电场数值计算
• 2.1 电磁场有限元方法分析的理论基础
• 2.1.1 麦克斯韦方程组
• 2.1.2 电磁场分析方法
• 2.1.3 电磁场有限元的基本理论
• 2.1.4 边界条件与边值关系
• 2.2 百万千瓦级发电机端部电场计算的物理模型
• 2.3 端部电场分析的数学模型
• 2.4 计算软件Infolytica/ElectNet 简介
• 2.5 本章小结
• 第三章 定子线棒端部防晕层的研究
• 3.1 未加防晕层时定子端部出槽口处的电场
• 3.2 定子端部防晕技术的发展
• 3.3 碳化硅防晕层的等效电路模型
• 3.4 直线棒的电场分析
• 3.4.1 碳化硅防晕层对直线棒电场分布的影响
• 3.4.2 关于碳化硅防晕层对电场分布影响的讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 汽轮发电机端部电场三维分析
• 4.1 汽轮发电机端部模型建模
• 4.1.1 定子绕组端部单根线棒模型的建立
• 4.1.2 定子绕组端部外围部件
• 4.1.3 端部模型的组装
• 4.2 汽轮发电机端部电极所加电压计算
• 4.3 端部电场边界条件的设定
• 4.4 模型的剖分
• 4.5 防晕层设置
• 4.6 仿真结果
• 4.6.1 单根线棒电场分析
• 4.6.2 汽轮发电机端部电场的三维电场结果
• 4.6.3 汽轮发电机端部绑扎电场分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文