大型汽轮发电机动态性能仿真研究和端部涡流场、电动力数值计算

摘要

大型汽轮发电机端部绕组为一组庞大的载流导体。在运行过程，这些载流导体在其端部高强的电磁场环境中将产生很大的电动力。随着汽轮发电机单机容量的不断增加和电磁负荷的持续增大，端部绕组所受的电动力也随之增大。在大型汽轮发电机的正常运行过程中，这种由电动力引发的机械振动将会导致绕组及引线的绝缘磨损和疲劳断裂破坏，引发安全事故。因此，对大型汽轮发电机定子端部绕组涡流及绕组所受电动力的研究，是汽轮发电机设计过程中必须解决的主要关键技术问题之一，它直接关系发电机组的运行性能和安全稳定性。
　　 本文以上海汽轮发电机有限公司生产的某400MW大型汽轮发电机为研究对象，对其不同运行工况下的动态性能、端部动态涡流场、电动力进行了数值分析和计算，得出了具有一定工程指导意义的结论。
　　 1)为解决大型汽轮发电机在不同运行条件下端部绕组的动力响应问题，建立了大型汽轮发电机动态性能计算机仿真的基于全变量法的等效电路模型和计算方法。
　　 2)应用电磁场的基本理论，建立了汽轮发电机端部涡流场分析的三维有限元模型，并探讨了相应的计算方法。
　　 3)应用前述的模型和计算方法，编制了相应的计算机仿真软件，并运用自编软件，以及有限元分析软件ANSYS，对上海汽轮发电机有限公司生产的某400MW大型汽轮发电机不同运行工况下的端部动态涡流场、电动力进行了有限元分析和计算，得出了具有一定工程指导意义的结论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第二章 大型汽轮发电机动态电磁性能仿真计算的数学模型

2．1 发电机模型

2．2 变压器模型

2．3 输电线方程

2．4 故障线路(投切操作)的处理

2．5 不同模型的接口

2．6 时间离散模型

2．7 仿真过程中数值振荡的抑制

2．8 本章小结

第三章 大型汽轮发电机端部动态涡流场、电动力数值分析的数学模型和方法

3．1 发电机端部三维涡流场的数学模型

3．1．1 基于动态位函数的三维涡流场的控制方程

3．1．2 边界条件

3．2 三维涡流场的有限元方程

3．2．1 发电机端部三维正弦涡流场的边值问题

3．2．2 加权余量法

3．2．3 三维涡流场中的伽辽金(Galerkin)有限元法

3．3 场量与电动力的计算

3．3．1 场量的数值计算

3．3．2 电动力的数值计算

3．4 ANSYS商用软件的实现

3．4．1 ANSYS软件和Pro／E软件的接口

3．4．2 三维有限元剖分

3．4．3 定子绕组三相电流加载

3．4．4 边界条件的处理

第四章 400MW汽轮发电机动态电磁性能以及端部电磁场、电动力的分析和计算

4．1 400MW汽轮发电机动态性能的仿真研究

4．2 400MW汽轮发电机端部电磁场、电动力的数值分析与计算

4．2．1 稳态运行时端部涡流场、电动力的数值分析与计算

4．2．2 动态运行时端部涡流场、电动力的数值分析与计算

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢