大型同步发电机定子绕组涡流损耗的理论分析与计算

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1、哈尔滨理工大学工学硕士学位论文1．1课题的研究意义第1章绪论目前，世界各国的发电设备和发电量主要还是由火力发电、核电和水电组成。其中，80％的发电量是由汽轮发电机提供的。据中国电力企业联合会公布的相关数据显示，截止至1J2006年底，全国发电装机容量达至1]62200万千瓦，居世界第二位，其中火电48405万千瓦，占总容量的77．82％。截至2007年底，全国发电装机容量达到71329万千瓦，同比增长14．36％，其中火电达至fJ55442万千瓦，约占总容量77．73％，同比增长14．59％。根据2009年2月份的最

2、新统计，截止至tJ2008年底，中国电力装机总容量达79253万千瓦，比上年增长lO．34％，其中火电机组仍然占据较大比例。此外根据美国能源部信息管理局发布的《国际能源展望2006))预计，截止至tJ2030年，全世界煤电装机容量将从11．19亿千瓦，增加至U2030年的19．97亿千瓦，核电装机容量将从3．61亿千瓦增加到4．38亿千瓦，增加最多的三个国家将是中国、印度和俄罗斯，此外，至U2015年中国全国民用电量将达到4．5万亿千瓦时，超过美国成为世界用电量最大的国家。2020年中国发电总装机容量预计达到11．8

3、6亿千瓦，将超过美国跃居世界第一位n嘲。我国电力工业自20世纪80年代起进入大机组、高参数、大电网的阶段，目前开始进入全国电网互联，实现资源优化配置阶段。汽轮发电机是发电厂的主要设备之一，是电能的直接生产者，我国约有80％的发电量来自汽轮发电机，所以汽轮发电机的发展在电力工业的发展中占有重要地位H1。进入80年代以来，国外汽轮发电机发展迅速，设计工艺日趋成熟。近年，国内汽轮发电机研究领域在自主研发的同时，通过从国外引进技术，并积极的消化吸收，逐步掌握了国际上一些最先进的汽轮发电机生产技术协1。2007年8月，国内最大

4、的超超临界汽轮发电机——百万千瓦超超临界汽轮发电机由哈尔滨电机厂有限责任公司制造成功。哈电机在引进日本东芝公司技术的基础上，对其设计、工艺等进行了全面的消化吸收，迅速掌握了百万千瓦超超临界汽轮发电机的制造技术，成功制造出国产化率达80％的百万千瓦超超临界汽轮发电机。这标志着哈电机乃至中国的汽轮发电机设计制造技术已达到世界一流水平。众所周知，提高汽轮发电机单机容量主要通过两种途径实现，即增加发电机的线性尺寸和增加电磁负荷。然而在实际工程中由于受到定子运输尺寸和转哈尔滨理工大学工学硕士学位论文子锻件及转子挠度的限制，汽轮

5、发电机容量的提高主要通过增加电磁负荷来实现。但增加电磁负荷同时就会在线棒、定转子铁芯以及其他结构部件中产生更多的损耗，在降低效率的同时，也增加了电机的发热。目前，采用的冷却方式主要有空气冷却、氢气表面冷却、导体内部直接氢冷和导体内部直接水冷等。氢冷和水冷主要用于大容量的汽轮发电机组，目前我国300MW以上的汽轮发电机均采用这两种冷却方式。但由于需要昂贵的辅助设备，而且运行成本比较高，因此，结构简单，维护方便的空冷汽轮发电机越来越受到用户的青睐。目前，世界上各大电机公司都在致力于空冷汽轮发电机的研究，不断提高单机的容量

6、睁1¨。在上世纪70年代以前，受各方面条件的限制，空冷汽轮发电机的容量长期停留在100MW以下，效率低于氢冷汽轮发电机。70年代以后，国外一些大公司利用优化的冷却系统和大型氢冷汽轮发电机的开发经验，开发了一些大容量的空冷汽轮发电机。BBC公司在20世纪70年代末制造出当时世界上容量最大的135MW空冷汽轮发电机，突破了过去100MW的限制。到80年代单机容量已经提高到200MW的水平，目前，最大容量的空冷汽轮发电机当属ALSTOM研制的500MW的汽轮发电机。国内空冷汽轮发电机的研制起步较晚，上世纪80年代，单机容量

7、仅为35MW。进入90年代后，由于国家加大对电力行业的扶持和电力市场的需求，而且随着余热发电、热电联产、石油、化工及冶金行业自备电站，联合循环发电等的发展对空冷汽轮发电机的需求增加，空冷汽轮发电机的技术得到了较快的发展。各大电机制造公司通过技术引进和自主研发，开发研制了60MW~150MW的一系列的空冷汽轮发电机组n射。随着设计技术的日趋成熟，国产生产电机的容量也逐步提高，大型汽轮发电机损耗的准确计算就变得愈加重要。发电机的损耗不仅影响发电机的效率指标，而且还影响电机参数的选择和方案的优化。目前国内还沿用20世纪50

8、年代的汽轮发电机指导性技术文件《汽轮发电机电磁计算公式》。但是经过几十年的发展，发电机从尺寸、结构、容量等方面已经和早期发电机有了很大的差别，导致一些早期的公式不再适用于新的大型汽轮发电机。如国内某一台600kW水氢氢发电机短路附加损耗的测试值为610kW，而计算值为925kW，相差较大。因此，多年来这些公式得到了不断改进和修正。但是在大多数情