發(fā)電機(jī)銅損銅耗計(jì)算方法

作為發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換、輸出電能的關(guān)鍵部件，定子繞組是發(fā)電機(jī)定子側(cè)發(fā)熱損耗最嚴(yán)重的地方。單機(jī)容量增加使得汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組電流很大，槽內(nèi)漏磁通嚴(yán)重，引起定子繞組附加損耗增大，造成繞組溫度過高，制約單機(jī)容量的增加。為增強(qiáng)冷卻效果，大型汽輪發(fā)電機(jī)每個(gè)定子槽內(nèi)通常為兩個(gè)導(dǎo)體，由空心和實(shí)心繞組混合排列組成。對(duì)于這種特殊的繞組結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)解析計(jì)算具有一定的局限性，無法計(jì)及股線不規(guī)則排列方式、股線高度等因素對(duì)附加損耗的影響。因此，采用基于有限元分析的方法對(duì)定子繞組銅耗進(jìn)行數(shù)值計(jì)算是十分必要的。

汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組銅耗包括基本銅耗和附加銅耗，其中附加銅耗是電機(jī)領(lǐng)域?qū)W者的研究重點(diǎn)，主要通過定子繞組電阻增大系數(shù)計(jì)算。

汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組基本銅耗是定子繞組的直流電阻損耗，計(jì)算公式如下：

式中：

定子繞組附加銅耗計(jì)算公式為：

對(duì)于額定工況下汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組損耗的研究，其難點(diǎn)主要集中在附加銅耗的計(jì)算方面。傳統(tǒng)的解析計(jì)算方法在工程實(shí)際當(dāng)中存在一定的局限性，尤其是對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組采用的空實(shí)心混合排列且上下層不等截面的結(jié)構(gòu)，無法考慮空實(shí)心股線排列方式、不等截面等因素的影響，且無法對(duì)單根股線的損耗進(jìn)行計(jì)算。因此，有必要采用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)定子繞組損耗，尤其是附加銅耗進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。國內(nèi)的湯蘊(yùn)謬、梁艷萍學(xué)者對(duì)矩形槽內(nèi)股線受集膚效應(yīng)影響下電阻增大系數(shù)的數(shù)值計(jì)算做了詳細(xì)的分析，謝德馨學(xué)者對(duì)電機(jī)內(nèi)渦流場(chǎng)的計(jì)算方面提供了許多理論支持，為大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組附加銅耗的數(shù)值計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。有學(xué)者提出了受集膚效應(yīng)影響的導(dǎo)體電流密度數(shù)值計(jì)算方法，提高了電流密度計(jì)算的精度和便捷性；還有學(xué)者采用有限元分析的方法對(duì)定子繞組上下層繞組電阻增大系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算具有一定的優(yōu)越性。

從國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于定子繞組附加損耗的研究以及大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的特殊結(jié)構(gòu)來看，基于有限元分析的數(shù)值計(jì)算在附加損耗計(jì)算方面具有一定的優(yōu)越性，但是其結(jié)構(gòu)使得附加損耗的影響因素較多，仍需在充分考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)這種空實(shí)心混合排列且上下層不等截面的定子繞組損耗進(jìn)行分析。

發(fā)電機(jī)的損耗大致可分為五大類，即定子銅損，鐵損，勵(lì)磁損耗，電氣附加損耗，機(jī)械損耗。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，所有的損耗幾乎都以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來。

（1）定子銅損即定子電流流過定子繞組所產(chǎn)生的所有損耗。

（2）鐵損即發(fā)電機(jī)磁通在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的損耗，主要是主磁通在定子鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，還包括附加損耗。

（3）勵(lì)磁損耗即轉(zhuǎn)子回路所產(chǎn)生的損耗，主要是勵(lì)磁電流在勵(lì)磁回路中產(chǎn)生的銅損。

（4）電氣附加損耗則比較復(fù)雜，主要有端部漏磁通在其附近鐵質(zhì)構(gòu)件中產(chǎn)生的損耗，各種諧波磁通產(chǎn)生的損耗，齒諧波和高次諧波在轉(zhuǎn)子表層產(chǎn)生的鐵損等。

（5）機(jī)械損耗主要包括通風(fēng)損耗，軸承摩擦損耗等。

發(fā)電機(jī)銅損包括基本銅損耗和附加銅損耗兩部分?；俱~損耗是電流流過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在導(dǎo)線電阻上產(chǎn)生的損耗；附加銅損耗為交流電在定子繞組上因趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)作用引起的額外損耗以及定子繞組各股線之間的循環(huán)電流引起的雜散銅損耗。

定子上下層繞組空實(shí)心股線銅耗的分布特點(diǎn)，主要結(jié)論如下：

1、與下層繞組相比，上層繞組受槽漏磁影響較大，而且越靠近槽口位置，集膚效應(yīng)越明顯，股線電阻增大系數(shù)越大，附加損耗越大；

2、受股線截面積影響，在相同磁場(chǎng)分布情況下，空心股線電阻增大系數(shù)較大；

3、上下層繞組損耗相比，上層繞組總損耗比下層繞組總損耗大15%，上層繞組附加損耗較大，是下層繞組附加損耗的7.03倍；

4、同相槽與異相槽相比，下層繞組損耗分布相同，上層繞組異相槽較小，這是由于電流相位的影響造成的。

發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)定子鐵芯裝配質(zhì)量，是發(fā)電機(jī)最重要的電氣試驗(yàn)之一 。發(fā)電機(jī)定子鐵芯裝配完畢，必須進(jìn)行定子鐵損試驗(yàn)。定子鐵損試驗(yàn)是檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)定子鐵芯裝配質(zhì)量的重要方法，也是檢驗(yàn)鐵芯自身絕緣性能的重要工序 。

發(fā)電機(jī)部件在電站內(nèi)組裝和調(diào)試的施工過程。包括定子裝配與安裝、轉(zhuǎn)子裝配、機(jī)架安裝、推力軸承和導(dǎo)軸承安裝、機(jī)組軸線檢查和調(diào)整。在現(xiàn)場(chǎng)組裝的機(jī)組交接時(shí)，下線前應(yīng)進(jìn)行定子鐵損試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，可以檢查定子鐵芯安裝、制造質(zhì)量，測(cè)定定子的單位功率損耗，鐵芯有否局部發(fā)熱，鐵芯及表面絕緣有否局部損傷 。

對(duì)于在役運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，發(fā)生了不少由于定子絕緣問題造成的事故。 而其中相當(dāng)一部分是由于鐵芯松動(dòng)或其它原因造成硅鋼片片間絕緣損傷而引發(fā)的局部過熱造成的 。通過鐵損試驗(yàn)可較為容易地發(fā)現(xiàn)鐵芯中片間絕緣磨損的問題，從而避免引發(fā)定子絕緣故障 。

根據(jù)國標(biāo)《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則GB/T20835-2007》規(guī)定以及廠家《鐵損試驗(yàn)守則（61417）》，試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)，按1T折算：實(shí)測(cè)單位鐵損不大于標(biāo)準(zhǔn)鐵損1.15W/Kg的1.3倍，即1.495 W/Kg，齒(鐵芯)最高溫升不超過25℃，最大溫差不超過15℃；單位鐵損應(yīng)符合制造廠規(guī)定；檢查定子鐵芯壓緊螺栓無松動(dòng)現(xiàn)象 。

銅損電量一般通過變壓器短路試驗(yàn)測(cè)得其滿載時(shí)的銅損電量，再按其運(yùn)行時(shí)間和負(fù)載特性折算得到；鐵損電量一般通過變壓器空載試驗(yàn)測(cè)得 。