核主泵電機定子線棒單根換位技術(shù)分析

李 夢 啟（哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150040）

核主泵電機定子線棒單根換位技術(shù)分析

李 夢 啟
（哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150040）

為了減小核主泵電機定子線棒的環(huán)流及環(huán)流損耗，提出了定子線棒的單根換位技術(shù)，討論了單根換位的制作方法、制作中的注意事項以及與傳統(tǒng)換位相比的優(yōu)點。以一臺8000kW核主泵用異步電動機為例，采用漏感電勢法分別計算了當定子線棒采用0°/360°/0°和0°/360°加空換位/0°換位方式下傳統(tǒng)換位和單根換位的環(huán)流和環(huán)流損耗。結(jié)果表明：單根換位不但適用于傳統(tǒng)換位的各種換位方式，而且與傳統(tǒng)換位相比能有效地減小定子線棒的環(huán)流和環(huán)流損耗，提高定子槽的利用率。

核主泵電機；定子線棒；單根換位；環(huán)流損耗；漏感電勢法

0 引言

核能是一種清潔高效的能源，積極發(fā)展核電已成為我國實現(xiàn)能源與電力可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[1]，其首要問題就是保證核電的安全穩(wěn)定運行[2]。核主泵電機是為核電站提供循環(huán)動力的重要設(shè)備，功率密度通常較高，發(fā)熱情況較為嚴重，尤其是定子線棒。因此，與常規(guī)異步電動機相比，核主泵電機的定子線棒常采用多根股線幵繞的方法減小渦流附加損耗，但由于不同位置的股線交鏈的漏磁通不同，股線間就會形成電勢差從而產(chǎn)生環(huán)流，進而產(chǎn)生環(huán)流損耗，為了減小環(huán)流損耗，就要對股線進行特定型式的換位，如何設(shè)計合理的換位方法以減小定子線棒的環(huán)流附加損耗對核主泵電機的安全高效運行至關(guān)重要。

國內(nèi)外學(xué)者對定子線棒的換位方法進行了大量的研究。目前，定子換位線棒主要有在鐵心槽部區(qū)域扭轉(zhuǎn)一周的360°換位線棒[3]、扭轉(zhuǎn)一周半的540°換位線棒[4]、在槽部區(qū)域出現(xiàn)不換位段的空換位線棒[5]、股線在槽部區(qū)域扭轉(zhuǎn)小于 360°和 540°的不完全換位線棒[6]、將槽部換位方式延長到端部的延長換位線棒[7]、端部進行 90°或 180°換位的端部換位線棒[8]、由兩根換位線棒幵繞而成的雙羅貝爾換位線棒[9]以及采用不同換位相結(jié)合的混合換位線棒[10]。這些換位方法均是從股線扭轉(zhuǎn)角度或者線棒編排結(jié)構(gòu)上提出的，而且針對每匝由偶數(shù)根股線幵聯(lián)組成的線棒，由于換位原因，線棒高度要高出一根股線的高度，降低了定子槽的利用率。

筆者以一臺8000kW核主泵電機的定子線棒為研究對象，提出了可以提高定子槽利用率的單根換位技術(shù)，詳細討論了單根換位的制作方法、制作中的注意事項以及與傳統(tǒng)換位相比的好處，定量分析了在0°/360°/0°和0°/360°加空換位/0°換位方式下單根換位方法的環(huán)流與環(huán)流損耗，幵與傳統(tǒng)換位進行了對比。

1 單根換位及制作方法

傳統(tǒng)換位股線由偶數(shù)根股線構(gòu)成，幵在股線排列時上端與下端分別空出一根股線的位置以方便股線進行換位，傳統(tǒng)換位股線排列如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)換位股線排列

單根換位股線由奇數(shù)根股線構(gòu)成，換位原理為通過空出的一根股線位置進行換位。同樣高度的股線，幵聯(lián)股線個數(shù)比偶數(shù)根的股線多出一根，提高了定子槽的利用率。單根換位股線排列如圖2所示。在一個換位節(jié)距長度內(nèi)各股線的位置變化如圖3所示。

圖2　單根換位股線排列

圖3　單根換位股線位置變化

股線采用漆包扁銅線，換位股線制作方法主要有兩種。一種方法是將股線折彎，然后將股線對齊，壓制成型，如圖4（a）所示。這種方法適合每匝股線數(shù)較少的線棒，因為相對于換位起始處，各股線K值不同。另一種方法是在不斷被抽出的漆包扁銅線兩側(cè)相應(yīng)設(shè)置兩套換位架，在扁銅線行進的同時進行換位。先將一根股線向下壓，騰出空位，再把要換位的一根股線推到空位上，換位股線在每半個節(jié)距內(nèi)換位一次，如圖4（b）所示。

圖4　單根換位制作方法

股線預(yù)先按要求包有絕緣漆，在絞線和換位過程中不得損傷股線的絕緣。要注意各股線的擦傷，也要注意在相鄰導(dǎo)線處不要把換位的股線卡住。換位處可用玻璃絲帶墊片加強絕緣保護。因為每根線棒由奇數(shù)根股線構(gòu)成，故在線棒端部可填充一根股線來保持導(dǎo)線完整性。

2 單根換位優(yōu)點

采用單根換位的定子線棒，機械應(yīng)力小，柔韌性好，比較容易加工。單根換位可實現(xiàn)傳統(tǒng)換位所采取的各種換位方案，可有效減小環(huán)流，而且同樣尺寸的線棒，可以多幵聯(lián)一根股線，線棒截面積相應(yīng)增大，電密減小，銅耗降低。對于同尺寸定子線棒，傳統(tǒng)換位和單根換位對比見表1。從表1可以看出，對于同樣尺寸的定子線棒采用單根換位能夠降低定子線棒溫升、提高定子槽的利用率。

表1　單根換位與傳統(tǒng)換位對比

3 算例及結(jié)果分析

以一臺8000kW核主泵電機為例，采用漏感電勢法[11]，分別對傳統(tǒng)換位和單根換位情況下股線環(huán)流與環(huán)流損耗進行分析計算，電機額定參數(shù)見表2。

表2　額定參數(shù)

漏感電勢法的計算原理是先計算單根股線的漏感電勢，再求得環(huán)流損耗。假設(shè)第k根股線的漏感電勢為則股線平均漏感電勢為：

式中：N為一根線棒內(nèi)的股線根數(shù)。

每根股線的環(huán)流為：

當每根股線的直流電阻均為R時，股線環(huán)流損耗為：

當定子線棒采用0°/360°/0°換位方式時，傳統(tǒng)換位和單根換位的定子線棒環(huán)流與環(huán)流損耗分布如圖5所示。從圖中可以看出，與傳統(tǒng)換位相比，單根換位股線的環(huán)流與環(huán)流損耗分布趨勢不變，但環(huán)流與環(huán)流損耗的最大值有所下降。

當定子線棒采用0°/360°加空換位/0°換位方式時，傳統(tǒng)換位和單根換位的定子線棒環(huán)流與環(huán)流損耗分布如圖6所示。從圖中可以看出，與傳統(tǒng)換位相比，單根換位股線的環(huán)流與環(huán)流損耗分布趨勢不變，但各股線環(huán)流與環(huán)流損耗有所下降。

圖5　0°/360°/0°換位時環(huán)流與環(huán)流損耗對比

當定子線棒采用0°/360°/0°換位方式和0°/360°加空換位/0°換位方式時，傳統(tǒng)換位和單根換位每根線棒的環(huán)流損耗大小如表3所示。從表中可以看出，在不同換位方式下，單根換位可以減小定子線棒的環(huán)流損耗。

圖6　0°/360°加空換位/0°換位時環(huán)流與環(huán)流損耗對比

表3　單根線棒環(huán)流損耗計算結(jié)果

4 結(jié)論

提出了核主泵電機定子線棒的單根換位技術(shù)，給出了單根換位的制作方法。從理論方面論述了單根換位方法的優(yōu)點，以一臺8000kW核主泵電機為例計算了 0°/360°/0°和 0°/360°加空換位/0°換位下傳統(tǒng)換位以及單根換位的環(huán)流和環(huán)流損耗，證明了單根換位方法不但適用于傳統(tǒng)換位的各種換位方式，而且能有效地減小定子線棒的環(huán)流和環(huán)流損耗，提高定子槽的利用率。

[1] 李貴敬, 閻昌琪, 王建軍. 核動力裝置主循環(huán)泵運行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及惰轉(zhuǎn)瞬態(tài)分析[J]. 動力工程學(xué)報, 2015, 35(1): 83-88.

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李夢啟（1966-），1989年畢業(yè)于天津大學(xué)電機專業(yè)，主要從事電機科研、設(shè)計、制造、檢驗試驗工作，高級工程師。

審稿人：滿宇光

Single Strand Transposition Technique Analysis of Stator Bars in Nuclear Main Pump Motor

LI Mengqi
(Harbin Electric and Power Equipment co. , LTD, Harbin 150040, China)

In order to reduce the circulating current and circulating current losses of stator bars in nuclear main pump motor, the single strand transposition technique was proposed. The manufacture method, precautions in manufacturing process and advantages of single strand transposition were disscussed. A 8000kW nuclear main pump induction motor was taken as an example, the circulating current and circulating current losses of the 0°/360°/0° and 0°/360° with void /0° transposition bar when traditional and single strand transposition were used were calculated respectively by leakage susceptible electric potential method. Results illustrate that single strand transposition not only can be applied to all kinds of transposition type which are suitible for traditional transpositon, but also can reduce the circulating current and circulating current losses of stator bars effectively compared with traditional transpositon and improve the avilibility of stator slot.

nuclear main pump motor; stator bar; single strand transposition; circulating current losses; leakage susceptible electric potential method

TM303.4

A

1000-3983(2016)03-0009-04

2015-12-17