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大型水轮发电机不同工况下不平衡磁拉力
刘飞
（杭州江河水电科技有限公司，浙江杭州310012）
科技论坛
摘要：在本文当中主要按照大型水轮发电机定转子铁心和绕组的具体情况以及实除的结构对其加以处理，同时还要充分的考虑到铁心饱和的具体情况。在整图域当中采用而未有限元计算的磁场分布以及不平衡的磁拉力。我们将一台88极240MW水轮发电机为例，财空载和负载作用下转子偏心和转子车数励磁绕组短露等引起的不平衡的磁挂力进行全面的计算，同时还要对转子偏心励磁电流对不平衡的磁拉力影响进行全面的分新
关键词：水轮发电机；不平衡磁拉力；有限元法
1概述
水轮发电机由于制造和安装等多方面的原因会产生偏心抑或是运行的过程中，转子励磁绕组出现严重的故障，这样也就使得部分的励磁产生了短路或者是失磁的间题，也就会使得单边的平衡拉力不平衡。这种不平衡的大力会作用在转子轴系当中，将引起机组振动等非常严重的间题
2不平衡磁控力计算方法 2.1磁场计算
计算水轮发电机转子偏心或者是转子励磁绕组故障的情况下磁场分布的状态时，我们可以将其视为一个相对比较完整的而伪静态场的间题，这个时候适量位A所描述的气磁场分布的二维电
磁茶馆方程为：
a4a4
=oJ
ax2 + ay2
aer 空半载满费
表1负载与空载不平衡磁拉力对比
定电源（4）
照电资（证）
0 4887. 5 9775
1140.3 1470 1905.9
不率激照发力(x0)
16.82 16.2 16.66
研究当中我们也可以充分的看出励磁电流的不断增加会使得不平衡磁拉力也得到十分显著的增加。因为励磁电流增加的时候，磁路的饱和程度也会有非常显著的增加，所以磁拉力的增加速度要比励磁电流增加的速度更慢
3.2负载工况下不平衡磁拉力
在正常的运载条件下，气隙磁场主要是由定转子电流联合在一
起最终建立。在保证端电压不产生任何变化的情况下，气原合成磁场的大小和空载比起来，其变化并不是十分的明显。所以，负载的大
(1)
小对磁拉力并不会产生非常大的影响。如表1所示。
因为转子偏心或者是转子励磁出现绕组敌障的时候，可能会出
现各磁极下气隙磁场分布的均匀性并不是很好，同时在磁场计算的时候需要取整个电机当作计算域
假如电机圆都是求解域的时候模，定子外圆周和转子磁钜之内的圆周就是一类边界条件，在处理的过程中要将上面的失量设置为 A=0.在有限元分析的过程中，我们需要首先对偏心和不同工况运行下的一些特征进行全面的分析同时还要采用一些比较有效的预处理技术既能够保证大型水轮发电机整域的位置，此外，在转子偏心情况产生了一定变化的过程中，也不需要进行大量的计算工作。这种处理方式还可以按照定子绕组轮换的树木自动加载不同槽电流源，这样一来就可以保证在不同负载情况之下，磁场分布都能以较快的速度和交高的准确性进行计算。
2.2磁拉力数值计算
采用有限元计算所得到的圆周一些离散点上的气隙磁通密度值.如果设定滑整个周一共有（N+1)个点.任意第k个点的极坐标就是（π·），对应点的气隙磁通密度为B就有：
[B+cos+++BicosJ(+-) fu =
4po -1
其中1为定子铁心内径。要计算作用在电机转子上总的不平衡磁拉力，还应乘以转子有效长度34，即
Fy=Jp
3算例和计算结果
3.1空载工况下不平衡磁拉力
3.1.1不同偏心度的不平衡磁拉力。在空载额定电压的工作条件之下，转子励磁的电流为1052A.这个时候.转子的某一偏心下电机磁力线局部分布也出现了一定的变化转子偏心会引起一定数值的不平德衡拉力.这一数值也会随着偏心度e的变化面产生一定的变化。
在研究的过程中发现偏心度的增大会使得不平衡磁拉力也产生非常明显的变化，同时，在非线性的状况下，不平衡飚拉力会随者偏心度的变化而不产生变化，其始终是一条直线，
3.1.2不同励磁情况下的不平衡。在空载的条件下，如果偏心度到达一定的水平，不同的励磁电流会引起不平衡的磁拉力，不平衡磁拉力会随着磁电流变化的规律而计算出其最终的结果。在相关的
3.3励磁绕组两点接地时不平衡磁拉力
转子一部分励磁绕组出现短路现象是水轮发电机非常常见的故障，如果一部分励磁出现短路的时候，这些磁极下的励磁电流数值就会变成零，也就使得气隙磁场出现不平衡导致磁拉力不平衡的现象基至还有可能出现一半的磁极绕组都出现短路的状况，比如说在空载条件下，一般的磁极绕组出现了两点接地短路现象，励磁电流0时。在短路的磁极中，其所对应的气隙非常小，而正常的础极其气隙磁场非常强.这个时候在其定子铁心中间产生了较大的磁拉力，其计算的结果是：Fump=68.567×10"N
条留
在计算不平衡磁拉力的过程中，一个非常重要的间题就是要对不同情况下气隙磁场的分布进行全科学准确的计算，因为转子偏心的影响，所以，每对极对称性都受到了非常明显的影响，所以，在磁场计算工作中，我们必须要将整台电机当作求解域。在大型水轮发电机运行的过程中，因为定子槽数和转子的磁极数量都很多，使得有限元计算和前期的处理都存在着很大的难度。所以.我们在实际工作中，必须要采用一个相对简单的方法。比如说可以在不考定子齿槽和转子磁极的其体结构情况下，将定子内圆和转子外圆周进行适当的处理，使其变为光滑度相对较高的铁心表面，而这会影响到计算的结果，
5结论
本文主要是按照水轮发电机具体的定转子铁芯和绕组的结构形式采用二维有限元的方式在圆周上计算磁场分布和不平衡磁拉力间题，在计算的时候，并没有对其进行近似的简化处理，所以其结果和实际的结果非常相近。而在计算之后，我们也清断的知道，转子偏心和一部分的励磁绕组短路现象都会引发不平衡磁拉力现象，励磁的大小和磁路自身的饱和度有着非常密切的关系，面在偏心度和端电压完全相同的状况下，负载和空载不平衡磁拉力都会发生变化，所以，我们在计算的时候只需要对空载运行过程中转子偏心所引发的不平衡磁拉力进行计算。
参考文献
[1]家敏慧,杨华峰.大型水轮发电机误同期并网的计算[].上海大中型电机,2012(3)
[2]邹祖冰,杜建国,吴仲平.光纤测温在大型水轮发电机上的应用[] 水力发电,2011(2)