優化繞組接線改善巨型水輪發電機繞組端部電暈

蔣 寶 鋼

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

0 前言

繞組是構成電機的核心部件，電機就是依靠感應于繞組中的電勢和通過的電流來產生電磁功率和電磁轉矩，從而達到進行機電能量轉換的目的。繞組的接線方式更直接影響電機的運行特性和經濟性[1]。隨著巨型水輪發電機組的廣范應用，電機的額定電壓越來越高，如白鶴灘1000MW發電機的額定電壓達24kV，烏東德850MW發電機的額定電壓也達22kV。發電機額定電壓的增高，使電機繞組防暈的難度越來越大，且防暈結構也越來越復雜。

1 優化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差

本文提出了一種通過優化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差的方法，其基本原則是盡量將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側，通過優化排列，通常可使繞組任意相鄰線棒間電位差低于電機相電壓，即低于0.58Un（Un為電機額定線電壓）。為實現上述目標，一般需電機每極每相槽數q不小于3。因此，本方法僅適用于高速大容量發電機。

2 應用示例

現以白鶴灘、烏東德發電機繞組接線為例分述如下。

2.1 白鶴灘1000MW空冷發電機

繞組主要參數如表1。

表1

白鶴灘1000MW空冷發電機采用分數槽繞組，波形連接，通常取方塊圖中的臺階作為繞組連接的始端和末端，以簡化繞組連接，參見圖1。圖中數字代表各支路已串聯線圈的匝數，隨著匝數的增加，線圈電位按比例增加。白鶴灘1000MW發電機每支路共串聯29個線圈，因此，圖1中數字1代表低電位端（中性點端），數字29代表高電位端（主引出線端）。從圖中可以看出（圖 1中橢圓圈出處）異相線棒間電位差達0.882Un（21.17kV）。

圖1 q=29/7、2P=56時，常規波繞組連接方塊圖（局部）

優化后的接線方塊圖如圖2所示，在同一相帶同一高度臺階處的兩槽處增設一個上下層連接的極間連接線，連接線長度為29個槽距，即可達到將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側目標。優化方案線棒間最大電位差出現在各相帶內部（圖2中橢圓圈出處），為0.438Un（10.51kV），較優化前降低了 50%以上。且異相線棒間最高電位只有0.369Un（8.85kV）。

圖2 q=29/7、2P=56時，優化波繞組連接方塊圖（局部）

2.2 烏東德850MW空冷發電機

繞組主要參數見表2。

表2

圖3 q=4、2P=64時，常規波繞組連接方塊圖（局部）

烏東德 850MW 空冷發電機采用整數槽繞組，也為波形連接，參見圖3。因為q為整數，因此方塊圖無臺階。圖中數字代表各支路已串聯線圈的匝數，隨著匝數的增加，線圈電位按比例增加。烏東德850MW發電機每支路共串聯32個線圈，因此，圖3中數字1代表低電位端（中性點端），數字 32代表高電位端（主引出線端）。從圖中可以看出（圖3中橢圓圈出處）異相線棒間電位差達0.747Un（16.43kV）。

優化后的接線方塊圖見圖 4，僅較常規接線增加了一種斜連接，即可達到將高電位線棒布置在相帶中間，而把低電位線棒布置在相帶兩側目標。優化方案線棒最大電位差出現在各相帶內部（圖 4中橢圓圈出處），為0.451Un（9.92kV），較優化前降低了近40%。且異相線棒間最高電位差只有0.368Un（8.11kV）。

3 結論

本文提出的通過優化繞組接線降低繞組端部線棒間電位差的方法，對電機繞組端部相鄰線棒間電位差，特別是異相間線棒間電位差降低效果明顯，而接線復雜性僅有輕微增加。應用此方法可有效改善電機繞組端部線棒間電暈，增加繞組壽命，提高電機可靠性。本方法僅適用于每極每相槽數q不小于3的高速大容量發電機。

圖4 q=4、2P=64時，優化波繞組連接方塊圖（局部）

[1]蔣寶鋼, 蔣勝千. 一種三相交流電機雙層定子繞組擴大并聯支路數接線方法[J]. 大電機技術,2014(3): 6-7.

[2]白延年. 水輪發電機設計與計算[M]. 北京: 機械工業出版社.