基于场协同理论的永磁风力发电机传热特性研究

针对永磁风力发电机运行时谐波含量大、发热严重且不易散热问题,文章以额定功率为500 W、额定转速为750 r/min样机为研究对象,依照其散热结构及传热特点,建立流动及传热三维物理模型,结合工程实际并考虑主要因素,对求解域设定基本假设和边界条件。基于流体力学和传热传质理论,将实际问题抽象为待求解的数学模型,采用有限体积元法对外流场、温度场及内流场进行迭代求解,进而依据场协同理论对发电机温升分布及散热性能进行分析。研究表明,发电机的散热效果取决于结构及流场场型,提出发电机散热性能评价指标,并依据指标对样机进行换热性能评价,为发电机结构设计及传热性能优化起到指导作用。     

基于有限元分析的强迫对流条件下开关柜温升特性研究

12kV大电流开关柜广泛用于配电网中,一般采取强迫对流的方式进行散热。为研究开关柜在强迫对流条件下的散热过程,基于有限元仿真技术,分别分析了强迫鼓风和抽风两种条件下开关柜的散热能力。通过对开关柜进行三维建模、热源计算和边界条件设立,仿真分析了开关柜在强迫鼓风和抽风条件下的温升分布及气流场分布情况,并与试验结果进行对比。结果表明,开关柜在两种强迫对流条件下散热效果均较好,温升符合国标温升要求,但不同的散热方式对开关柜温升和气流场分布影响较大。     

三相共箱式气体绝缘母线热计算方法分析

三相共箱式气体绝缘母线的热计算及散热性能研究对于其可靠性设计及在线监测具有重要意义。根据流体力学理论,采用流体多组分有限元法对三相共箱式气体绝缘母线进行热计算,利用映射网格划分实现电磁场、温度场和流体场的间隔耦合,综合考虑了母线外壳内外气体的流动和温度变化特性。采用流体单组分有限元法、流体多组分有限元法、传热学解析公式法三种方法进行计算,并对比分析了计算结果与试验结果的精度。结果表明,多组分有限元法与试验结果最为接近,为气体绝缘母线的设计及在线监测提供了理论基础。     

综合手段提高发电机封闭母线绝缘性能

大型发电厂发电机主回路、高压厂用分支回路、高压励磁分支及PT回路分支采用离相封闭母线,会出现结露、绝缘下降、接地隐患等诸多问题。严重时甚至造成无法启机、运行中保护动作跳机等重大事故。通过对各种影响封闭母线绝缘性能因素的分析,采用多种技术措施,全面整改,包括对封闭母线进行检漏、补漏、改造微正压装置、更换新型绝缘子、改变运行方式等方法提高了封闭母线的绝缘性能,保障了机组的安全运行。     

220kV SF_6气体绝缘GIS真型试验平台设计与研制

为在试验室环境下模拟SF_6气体绝缘交流GIS装备在正常、故障运行条件下的各项性能参数,并能定时、定量跟踪监测局部放电量、SF_6气体分解物等特征参量的发展趋势,设计并研制了220kV SF_6气体绝缘GIS真型试验平台,即从GIS中心母线、固体绝缘件结构设计出发,仿真分析了固体绝缘件三维电场分布特性,并对220kV GIS真型试验平台进行了调试,验证了GIS中心母线、固体绝缘件结构设计的可行性,为现场用在役SF_6气体绝缘GIS装备运维检修提供一定理论和实践依据。     

大型水轮发电机温度场与热应力分析

近年来水轮发电机的单机发电容量愈来愈大,水轮发电机的电磁负荷和热负荷也随之增加,研究大型水轮发电机的电磁分析、温度与热应力尤为重要。以某大型水轮发电机组为例,采用ANSYS-Rmxprt组件建立某大型水轮发电机的等效模型,再通过ANSYS的Maxwell2D仿真模块对水轮发电机电磁有限元模型进行瞬态电磁场分析,分别求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载两种工况下产生的铜耗及铁耗。然后建立水轮发电机定子系统三维结构模型并导入电磁损耗密度进行电磁稳态温度场耦合分析,求解水轮发电机定子系统在空载和额定负载工况下的温度分布。最后将温度场分析与结构热力学分析耦合,求解水轮发电机热应力分布,为降低大型水轮发电机工作温升和预防结构热应力变形提供理论依据。     

基于ANSYS的户外高压隔离开关触头发热机理研究

针对户外高压隔离开关触头过热现象,对动静触头接触部分作了认真分析,将触头三维模型简化后,采用有限元软件ANSYS进行热稳定性仿真计算。分析发现,接触电阻大于100μΩ、接触电流高于400A时,触头接触部分易发热甚至过热;大电流流通时,接触面积变化越大对接触部分温升的影响越大;风速越大对触头散热的影响越平缓,环境温度变化值等同于相同条件下触头温升的变化值。通过触头温升试验验证了仿真分析结论。     

汽轮发电机轴电流报警原因分析及处理

针对某电厂3号汽轮发电机自商运并网后频繁出现轴电流高一段报警问题,根据轴电流产生的机理以及轴电流波形特性,采用模拟对比的分析方法,分析造成该次频发轴电流高报警的直接原因为发电机励端大轴存有随机、不稳定性接地故障。为进一步确认故障位置,通过对发电机励端绝缘结构分析,在停机大修解体期间,对发电机励端所有绝缘部件进行检查,发现了励端外油档绝缘层失效及高压油管安装不规范引起轴瓦绝缘失效为造成机组在运行期间产生轴电流高报警的根本原因。在大修回装时,采取对励端部件进行有效绝缘控制和对高压油管增加热缩套绝缘防护方案后,彻底解决了本次轴电流高报警的问题。     

考虑日气温变化的气体绝缘母线应力与位移数值计算与分析

为分析室外安装的气体绝缘母线(GIB)在日气温循环变化作用下由于外界环境的循环变化对外壳和导体机械特性的影响,采用顺序耦合有限元方法建立了包含梅花接头的离相气体绝缘母线热-结构耦合场计算模型,该模型基于正弦温度预测理论模拟气温时变特性并采用罚刚度接触算法模拟接头的热-结构接触行为;再基于该模型分析了不同气象温差下气体绝缘母线的外壳和导体应力和位移暂态特性。计算结果表明,接头触点由于接触压力和应力的集中而产生塑性形变,日气温变化会引起母线接头与导体对接深度的变化,从而有可能使部分接头因导体对接深度不足而失效。     

永磁直驱风力发电机瞬态温度特性研究

采用有限元法对大功率永磁直驱风力发电机定子三维瞬态温度场进行计算,得到了电机定子温度场。对发电机进行了型式试验,测试结果与计算的稳态结果较为接近,验证了计算的准确性。结果表明,电机在额定工况下,温升稳定后端部绕组温度高于中间绕组,最高温度点在背风侧的端部绕组,最高温度与平均温度相差16℃左右。将实际风场的风资源数据作为外界条件,对永磁直驱发电机一定时间跨度的瞬态温度进行计算,结果与SCADA系统采集的风力发电机运行数据较为接近,为绝缘系统设计和电机的优化提供了参考。