优化绕组接线改善巨型水轮发电机绕组端部电晕

蒋 宝 钢

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

0 前言

绕组是构成电机的核心部件，电机就是依靠感应于绕组中的电势和通过的电流来产生电磁功率和电磁转矩，从而达到进行机电能量转换的目的。绕组的接线方式更直接影响电机的运行特性和经济性[1]。随着巨型水轮发电机组的广范应用，电机的额定电压越来越高，如白鹤滩1000MW发电机的额定电压达24kV，乌东德850MW发电机的额定电压也达22kV。发电机额定电压的增高，使电机绕组防晕的难度越来越大，且防晕结构也越来越复杂。

1 优化绕组接线降低绕组端部线棒间电位差

本文提出了一种通过优化绕组接线降低绕组端部线棒间电位差的方法，其基本原则是尽量将高电位线棒布置在相带中间，而把低电位线棒布置在相带两侧，通过优化排列，通常可使绕组任意相邻线棒间电位差低于电机相电压，即低于0.58Un（Un为电机额定线电压）。为实现上述目标，一般需电机每极每相槽数q不小于3。因此，本方法仅适用于高速大容量发电机。

2 应用示例

现以白鹤滩、乌东德发电机绕组接线为例分述如下。

2.1 白鹤滩1000MW空冷发电机

绕组主要参数如表1。

表1

白鹤滩1000MW空冷发电机采用分数槽绕组，波形连接，通常取方块图中的台阶作为绕组连接的始端和末端，以简化绕组连接，参见图1。图中数字代表各支路已串联线圈的匝数，随着匝数的增加，线圈电位按比例增加。白鹤滩1000MW发电机每支路共串联29个线圈，因此，图1中数字1代表低电位端（中性点端），数字29代表高电位端（主引出线端）。从图中可以看出（图 1中椭圆圈出处）异相线棒间电位差达0.882Un（21.17kV）。

图1 q=29/7、2P=56时，常规波绕组连接方块图（局部）

优化后的接线方块图如图2所示，在同一相带同一高度台阶处的两槽处增设一个上下层连接的极间连接线，连接线长度为29个槽距，即可达到将高电位线棒布置在相带中间，而把低电位线棒布置在相带两侧目标。优化方案线棒间最大电位差出现在各相带内部（图2中椭圆圈出处），为0.438Un（10.51kV），较优化前降低了 50%以上。且异相线棒间最高电位只有0.369Un（8.85kV）。

图2 q=29/7、2P=56时，优化波绕组连接方块图（局部）

2.2 乌东德850MW空冷发电机

绕组主要参数见表2。

表2

图3 q=4、2P=64时，常规波绕组连接方块图（局部）

乌东德 850MW 空冷发电机采用整数槽绕组，也为波形连接，参见图3。因为q为整数，因此方块图无台阶。图中数字代表各支路已串联线圈的匝数，随着匝数的增加，线圈电位按比例增加。乌东德850MW发电机每支路共串联32个线圈，因此，图3中数字1代表低电位端（中性点端），数字 32代表高电位端（主引出线端）。从图中可以看出（图3中椭圆圈出处）异相线棒间电位差达0.747Un（16.43kV）。

优化后的接线方块图见图 4，仅较常规接线增加了一种斜连接，即可达到将高电位线棒布置在相带中间，而把低电位线棒布置在相带两侧目标。优化方案线棒最大电位差出现在各相带内部（图 4中椭圆圈出处），为0.451Un（9.92kV），较优化前降低了近40%。且异相线棒间最高电位差只有0.368Un（8.11kV）。

3 结论

本文提出的通过优化绕组接线降低绕组端部线棒间电位差的方法，对电机绕组端部相邻线棒间电位差，特别是异相间线棒间电位差降低效果明显，而接线复杂性仅有轻微增加。应用此方法可有效改善电机绕组端部线棒间电晕，增加绕组寿命，提高电机可靠性。本方法仅适用于每极每相槽数q不小于3的高速大容量发电机。

图4 q=4、2P=64时，优化波绕组连接方块图（局部）

[1]蒋宝钢, 蒋胜千. 一种三相交流电机双层定子绕组扩大并联支路数接线方法[J]. 大电机技术,2014(3): 6-7.

[2]白延年. 水轮发电机设计与计算[M]. 北京: 机械工业出版社.