水轮发电机定子结构设计

作者：宋厚祁日期：2016.12日期水轮发电机定子结构电磁设计：是发电机设计的关键和基础，所有工作都是以电磁设计为基础点展开。设计为基础点展开。机械设计¾发电机设计技术设计：总体结构的布置、选型，各部件各工况下的刚度、强度、应力、通风、冷却等计算。机械设计图纸设计：绘制出各零部件的具体尺寸、材料、工艺、加工要求等。（部套设计）刚度、强度、应力、通风、冷却等计算。¾所涉及的主要：GB/T7894-2009《水轮发电机基本技术条件》GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术》¾《水轮发电机设计与计算》——白延年主编水轮发电机定子结构设计机座加工（焊接）定子装配机座加工（焊接）定子铁心定子线圈（棒）装配引出线装配端箍装配水轮发电机定子结构设计一、机座加工（焊接）1结构介绍构介绍¾多为钢板焊接、圆形结构，多层支撑环板、支撑钢管，盒型筋，机座外壁以及起吊圆钢组成，其内侧承载定子铁心和定子绕组，外侧承载空气冷却器等附件。¾机座加工（焊接）整圆分瓣（234瓣）大合缝板：厂内叠片，工地下合缝线分瓣（2,3,4…瓣）小合缝板：工地整圆，工地叠片下线水轮发电机定子结构设计¾斜立筋从内向外的倾斜方向与机组旋转方向相反（后倾）；斜立筋后倾时，电磁转矩使定子机座直径变大，可以适应定子铁心的热膨胀，有利于防止铁心翘曲。水轮发电机定子结构设计2主要计算2.1带铁心机座的刚度校核（Excel或者ZH计算JZGD）水轮发电机定子结构设计2.2大合缝板相关计算突然短路时，机座合缝板螺栓的拉应力及销钉剪应力分别为：——突然短路扭矩；——合缝板螺栓分布重心直径（cm）;——合缝板螺栓总截面积。式中合缝板螺栓总截面积。式中D——合缝板销钉分布重心直径（cm）；A——合缝板销钉受剪总截面积。水轮发电机定子结构设计3注意事项¾核对定子机座与上机架连接尺寸及方位；¾核对定子机座与基础板连接尺寸及方位；¾机座上空冷器窗口大小及方位与空冷器的配合(并与机组通风方式有关)；¾机座上空冷器窗口大小及方位与空冷器的配合(并与机组通风方式有关)；¾灭火水管方位、开孔大小；¾定子测温及加热装置出线方位、开孔大小（发电机端子箱位置）；定子测热装置线方位开孔大小（发电机端子箱位置）；¾上、下挡风圈安装螺孔位置及大小；¾定子引出线方位与高程；¾大机组考虑起吊穿杆位置及同心度；¾考虑定子铁心固定片焊接操作窗口。水轮发电机定子结构设计二、定子铁心1结构介绍构介绍¾定子铁心由扇形片、通风槽片、定位筋、齿压板、拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成；其是磁路的主要组成部分并用以固定绕组。9红色标记为定子结构设计相关的电磁参数水轮发电机定子结构设计¾定子扇形片设计：①每张扇形片槽数Ze取整数，常用范围为7~13；②定子整圆的扇形片数一般取整数，且应防止产生轴电流，即应满足N/P等于偶数或分子为偶数的分数（N——扇形片叠装时的接缝数；P——极对数）；③结合相关计算数据合理布置定子拉紧螺杆数目；③布杆；④参考以往已运行机组的冲片，并合理选择弦长。鸽尾槽的型式和尺寸水轮发电机定子结构设计‹为避免叠片时相邻扇形片边缘搭叠，接缝边应为避免叠片时相邻扇形片边缘搭叠，接缝边应留有0.2毫米的间隙；‹为防止接缝处槽底错牙损伤线圈绝缘，应将接缝处的槽底直角处冲成30度（2mm）缝处的槽底直角处冲成30度（2mm）。¾通风槽片设计：‹为避免点焊热变形而引起的扇形片齿部、槽底翘曲，导致叠片槽形错牙，需要将扇形片扩槽即沿齿槽周边冲去15毫米扇形片扩槽，即沿齿槽周边冲去1.5毫米的宽度（手册为2毫米）。水轮发电机定子结构设计¾拉紧螺杆设计：‹选择合适的螺杆材料，图纸直线度标注；‹材料须满足Q/EKJ121-2016《发电机拉紧螺杆用材采购技术规范》的要求。2主要计算主要计算2.1定子齿压板与拉紧螺杆的计算（Excel）水轮发电机定子结构设计2.2定位筋、托块焊缝应力计算（手册—计算公式及算例）2.3定子铁心与机座热膨胀作用力计算（手册—计算公式及算例）子与作用力计算（计算式算例）3注意事项¾衬口环A与通风槽钢注意相互位置；¾衬口环B与齿压片长度方向问题；¾固定片在铁心轴向位置安放与机座中环保持适当距离；¾固定片在铁心轴向位置安放，与机座中环保持适当距离；¾固定片与机座上拉紧螺杆孔及机座立筋的位置关系如何确定；¾定子铁心内径公差标注依据：气隙、安装规范、过往已运行机组数据；定子铁内径公差标注依据：气隙、安装规范、过往已运行机组数据；¾注意铁心叠压完工后，槽形尺寸公差标注（如：0到-0.3）；¾计算铁心扇形片重量公式：扇形片净面积、片数/周、Lt-bv*nv、密度、叠压系数；¾通风槽钢斜角方向与机组旋转方向的一致性。水轮发电机定子结构设计三、定子线圈(棒)装配1结构介绍构介绍¾定子线圈(棒)装配由线圈(棒)、槽楔、槽楔垫及绝缘、绑扎材料等零部件组成；其是发电机的导电元件及磁路的组成部分。¾定子绕组设计线圈设计(作图—定子线圈6.3kV/10.5kV，参数化制图)线棒设计(利用El程序进行计算)线棒设计(利用Excel程序进行计算)¾线圈(棒)设计须依据绝缘、防晕规范：电压等级63kV—0EK730234¾线圈(棒)设计须依据绝缘、防晕规范：电压等级6.3kV0EK.730.234电压等级10.5kV—0EK.730.230水轮发电机定子结构设计¾线圈设计作图输入参数明细：20项内容。水轮发电机定子结构设计¾线棒设计(利用Excel程序进行计算)水轮发电机定子结构设计2主要计算2.1依据绝缘规范、结合槽形尺寸对绕组直线部分及端部进行计算。2.2水轮发电机定子线棒4种换位的分析与比较(全换位、不足换位、空换位、延长换位)。3注意事项3注意事项¾槽楔缺口与机组旋转方向一致性；¾考虑到打槽楔艺要求每根槽楔长度以4个铁段长即200240毫米为宜¾考虑到打槽楔工艺要求，每根槽楔长度以4个铁心段长，即200~240毫米为宜；¾立式机组下端必须采取出槽口防槽楔位移措施；¾定子每相电阻计算方法及公式；¾定子每相电阻计算方法及公式；¾大小匝线圈的设计应该注意的地方(Sn=5或7等奇数时)及是否换位的判别。¾槽楔装完后可用测隙规检查定子铁心通风槽口处波纹板压缩量是否达到1.3毫米来确定槽楔是否打紧。水轮发电机定子结构设计四、引出线装配1结构介绍构介绍¾引出线装配由铜环、环氧板支撑、线夹及绝缘、绑扎材料等零部件组成；其是发电机定子电流的输出通道。¾定子接线图线圈接线图(作图—接线圆图，参数化制图)线棒接线图(利用方块图辅助绘制)线棒接线图(利用方块图辅助绘制)¾线圈接线图作图输入参数明细：7项内容。‹夹角：顺时针为负值，逆时针为正值，如第一槽位置与X轴夹角-90/270度。‹每极每相线圈分布：绕组循环序列，根据每极每相槽数q=b+c/d来确定(手册P57)。水轮发电机定子结构设计¾线棒接线图(利用方块图辅助绘制)根据绕组循环序列先绘制方块图‹根据绕组循环序列先绘制方块图；‹按出线方位滚动相应的槽数，使得汇流环最短；‹极间连线不允许交叉；水轮发电机定子结构设计¾圈式线圈端部绝缘距离水轮发电机定子结构设计¾条式线棒端部绝缘距离水轮发电机定子结构设计¾定子引出线(线圈)辅助Excel程序(6张A2图)水轮发电机定子结构设计2主要计算2.1短路时绕组间的作用力(手册P261~264)：当发电机突然短路时，产生很大的冲击电流引起绕组各个导体间的机械力作若绕组槽部端部定牢能使电流，引起绕组各个导体间的机械力作用，若绕组槽部及端部固定不牢，可能使绕组导体发生位移或变形，损伤绝缘。因此，在结构设计时，必须予以考虑。2.2铜环发热计算（手册—计算公式及算例）计算（计算式算例）3注意事项¾注意铜环或铜排在空间位置上的交叉与错位；¾依据电压等级所引用的绝缘规范及手册推荐值选择各零部件之间合理的绝缘距离。¾逆机接线意相出线对为¾逆时针旋转机组定子接线图绘制(任意两相出线对调，为什么？)水轮发电机定子结构设计五、端箍装配1结构介绍构介绍¾端箍装配由端箍、环氧板支撑、角钢及绝缘、绑扎材料等零部件组成；当发电机出线端短路时，端箍将承受绕组端部的径向力，以防止该力引起绕组端部变形与破坏形与破坏。¾端箍形式金属材料端箍(圆形截面、非导磁材料)式绝缘材料端箍(方形截面、玻璃钢)¾端箍尺寸的确定‹端箍圆环分布直径的决定，通常通过作图取得。首先绘制出定子绕组上下端部的细节然后按照实际情况布置端箍要求端箍圆环(绝缘后)与绕组面单侧间隙6毫米左节，然后按照实际情况布置端箍，要求端箍圆环(绝缘后)与绕组面单侧间隙6毫米左右，此时再圆整数据得到端箍分布直径；如果选用方形端箍，要求按几何关系计算方形端箍的倾斜角α。水轮发电机定子结构设计¾端箍数量的选择‹纵坐标lp为绕组端部斜边轴向长度横坐标Hd为绕组端部高度‹纵坐标lp为绕组端部斜边轴向长度，横坐标Hd为绕组端部高度。‹对于某一定子绕组的2Hd值，若lp值在曲线下方，可不必装设端箍；若lp值等于或大于曲线所示数值，则必须装设一个端箍；若lp值大于曲线数值每100毫米，应加一个端箍。水轮发电机定子结构设计2主要计算2.1突然短路时，端箍承受的作用力和应力（1）三相短路时流过某相的短路冲击电流为：式中——相电流（A）；——直轴超瞬变电流（标么值）。（2）三相短路冲击电流为时引起的最大作用力为：（2）三相短路冲击电流为时引起的最大作用力为：式中A——电负荷（A/cm）；（3）端箍横截面中的最大拉应力式中K——每端端箍数；——每个端箍的截面积（）。水轮发电机定子结构设计2.2端箍应力计算谢谢观看THANKS