汽轮发电机定子的温度模型及其在状态监测中的应用研究

摘要

本文对汽轮发电机定子三维温度场的数学模型、定子端部温度的数学模型以及温度模型在状态监测中的应用进行了详细分析和研究。完成的主要工作和取得的主要成果如下：1.建立了适用于状态监测的水氢氢汽轮发电机定子三维温度场的数学模型。该模型解决了对流散热边界中冷却流体温度的确定方法，将定子铁心和绕组的温度与冷却流体的温度计算相耦合。研究了定子三维温度场的数值求解方法。该方法根据热平衡原理对定子温度场模型进行离散化处理，形成非线性方程组，利用迭代法联立求解关于固体温度与流体温度的方程组。采用该温度场模型可以分析计算汽轮发电机在正常以及故障等各种运行状态下定子的三维温度场，为状态监测提供依据。 2.提出了汽轮发电机在稳态运行以及负荷变化时定子铁心、绕组以及定子线棒出水口温度标准值的确定方法。该方法根据任何一种负荷状态下汽轮发电机正常运行时定子三维温度场的分析计算结果，同时确定电机定子各个部位的温度标准值。提出了针对定子线棒温度和冷却水温度监测的多单元回路法和简单单元法，不仅满足了精度要求，而且大大节约了计算时间。 3.研究了汽轮发电机定子线棒冷却水路堵塞时定子铁心、绕组以及冷却水的温度分布及其特征。研究结果表明：负荷的大小以及定子线棒中空心股线堵塞的数目和位置直接影响到定子线棒中冷却水的水质、定子线棒出水口的温度以及定子槽检温计的温度；空心股线堵塞的数目越多、位置越集中，相应定子线棒出水口的温度以及定子槽检温计的温度上升越多。在此基础上，提出了发电机定子线棒发生水路堵塞时的诊断方法。该方法通过分析定子线棒出水口温度以及定子槽检温计温度的变化特点，判断定子线棒堵塞的位置以及严重程度。 4.建立了汽轮发电机定子铁心端部定点温度的数学模型。该模型描述了定子铁心端部温度与电机各运行状态参量(有功功率、无功功率、电枢端电压、端部冷却介质的压力和流量)之间的数学关系。研究了利用电机各运行状态参量确定温度模型中各个参数的方法。推导了一种新型的定子铁心端部温升限制曲线，以指导发电机的进相运行。 5.研制了汽轮发电机定子三维温度场的计算软件。该软件具有结构化和模块化的特点，可以分析计算汽轮发电机在正常运行状态以及热故障状态下定子中的温度分布，从而实现定子的热状态监测。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明及关于学位论文使用授权的说明

第一章引言

1.1课题研究的意义与目的

1.2电机中温升的计算方法及其应用评述

1.2.1简化公式法

1.2.2等效热路法

1.2.3数值计算法

1.2.4参数辨识法

1.2.5基于运行状态参量的电机温度模型

1.2.6指纹系数法

1.2.7各种计算方法的综合分析与比较

1.3本文采取的研究方法

1.3.1研究汽轮发电机定子三维温度场的数学模型

1.3.2研究基于运行状态参量的汽轮发电机定子铁心端部温度的数学模型

1.4本文的主要工作

第二章汽轮发电机定子三维温度场数学模型的研究

2.1建立汽轮发电机定子温度场模型的必要性

2.2汽轮发电机定子三维温度场的数学模型

2.2.1汽轮发电机的结构特点

2.2.2汽轮发电机定子铁心和绕组中的温度场模型

2.2.3汽轮发电机定子冷却介质中的温度模型

2.2.4汽轮发电机定子的温度场模型

2.3汽轮发电机定子温度场模型的数值解

2.3.1汽轮发电机定子铁心和绕组中的温度场模型离散化

2.3.2汽轮发电机定子冷却介质中的温度模型离散化

2.4汽轮发电机定子三维温度场计算软件的编制

2.4.1前处理(剖分)

2.4.2定子三维温度场的求解

2.4.3定子三维温度场计算软件的应用

2.5本章小结

第三章汽轮发电机稳态运行时定子温度标准值的确定

3.1汽轮发电机正常稳态运行时定子的温度模型

3.2汽轮发电机定子各部位温度标准值的确定方法

3.3定子线棒以及出水口温度标准值的确定方法

3.4本章小结

第四章汽轮发电机负荷变化时定子温度标准值的确定

4.1汽轮发电机负荷变化时定子的温度模型

4.2定子的暂态温度计算以及定子各部位温度标准值的确定

4.3定子线棒的暂态温度计算结果和分析

4.4本章小结

第五章汽轮发电机定子冷却水路堵塞时的温度分布特征及其监测方法研究

5.1汽轮发电机定子绕组的冷却水路堵塞时的温度模型

5.2定子绕组空心股线中冷却水流量的确定

5.2.1电机正常运行时流量的确定

5.2.2空心股线发生完全堵塞时流量的确定

5.2.3空心股线中发生部分堵塞时流量的确定

5.3定子绕组中部分空心股线堵塞时的温度计算和分析

5.3.1求解区域以及边界条件的确定

5.3.2部分空心股线堵塞后的实例计算和分析

5.4定子线棒温度的监测

5.5本章小结

第六章汽轮发电机定子铁心端部温度的数学模型及其监测研究

6.1汽轮发电机定子铁心端部温度的数学模型

6.1.1定子铁心端部的合成漏磁通密度

6.1.2定子铁心端部损耗

6.1.3定子铁心端部温度的数学模型

6.2定子铁心端部温度模型中参数的确定

6.2.1电抗参数的确定

6.2.2散热系数的确定

6.2.3结构参数的确定

6.3定子铁心端部温度模型的验证

6.4定子端部温升极限曲线

6.4.1定子端部温升极限曲线的确定

6.4.2确定定子端部温升极限曲线的应用实例及结果分析

6.5本章小结

第七章结论

参考文献

致 谢

附录1汽轮发电机定子温度场模型中参数的确定

1.热导的确定

2.热源的确定

个人简历、攻读博士学位期间发表的学术论文