水轮发电机主接线创新设计研究范文

摘要:在简要介绍传统水轮发电机定子主接线的基础上，结合实例介绍“首—尾”，“首—首”及“尾—尾”交替接线方法在水轮发电机定子圈式线圈主接线中的应用及其优点。

关键词:水轮发电机;圈式线圈;定子主接线;设计

1概述

一般水轮发电机都采用三相双层绕组，三相双层绕组又可绕成叠绕组和波绕组两种。在整数槽绕组中，每一对极下每相所占相应槽号在磁场下所处的位置完全相同，每一对极就是一个循环，所以无论叠绕或波绕，其接线均较简单。在分数槽绕组中，每一个极下每相所占的槽数实际上是互不相同的，部分极下多一个或少一个槽，但每一相在不同极下所占总槽数是相同的。由于水轮发电机槽数较多，有些低速大容量水轮发电机的槽数竟多达700槽以上，因此分数槽波绕组的接线是比较复杂的，而分数槽叠绕组的接线方式则和整数槽时基本一样，只是前者是以单元电机的极对数进行循环的。本文主要讨论分数槽叠绕组的接线方式。

2实例分析

柬埔寨马德望多功能大坝项目是笔者公司设计的中容量立轴、轴流转桨式水轮发电机组，于2016年10月正式发电，发电机型号为SF6300—24/4250，额定功率6300kW，额定转速250r/min，飞逸转速601r/min，额定点效率96.5%。定子装配外径5000mm，定子机座高1600mm，定子铁芯整圆由18拼片组成，每片11槽，全圆共198槽，即定子共有198个线圈。每极每相槽数为23/4，为分数槽，采用3支路并联，循环序数为3233。

2.1传统发电机圈式线圈主接线“首—尾”连接方法的原理及其缺点

传统发电机定子圈式线圈主接线“首—尾”连接方法对于定子并联支路数为2及以上的绕组接线一般采用顺时针或逆时针方式按“首—尾”交替的方式连接。柬埔寨马德望多功能大坝项目发电机定子的槽数为198槽，每极每相槽数为23/4，为分数槽，采用3支路并联，循环序数为3233。

2.2“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替主接线方法的原理及优点

“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替主接线方法主要针对传统发电机圈式线圈主接线“首—尾”连接方法中的缺点，在传统接线方法上作了较大更改，使其圆周方向上的铜环(导电环)长度最短，高度方向上铜环层数最少。与传统的接线方法相比，新的接线方法主要在原来的基础上作了以下调整:将每相引出线的主引出线和中性点引出线的其中一个支路的电流进、出方向对调。以图中的U1相为例，传统的接线方法中+Y方向左侧的U相引出线为第三个支路电流流出方向，应接至U相主引出线所在导电环，对应编号为3U1，而－X下方的U相引出线为第三个支路电流流入方向，应接至中性点引线所在导电环，对应编号为3U2。新的接线方法将上述两个接头对调(对调后该支路内部接线顺序需要作相应调整)，改进后的接线中U相所在的两个导电环圆周方向上的跨度均缩小了近一个支路(约120°)。同理，将V相和W相也作相应更改。三相全部更改后，1U1与3U1，1V1与3V1，1W1与3W1三处相邻两引出线变成了“首—首”交替;而3U2与2U2，3V2与2V2，3W2与2W2三处相邻两引出线则变成了“尾—尾”交替;加上没调整的两个支路的“首—尾”交替方式，组成了新的“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替的主接线方式。新的接线方式大大减少了铜材(导电环)用量和固定导电环线夹的数量，同时可降低定子机座高度，节省材料成本，经济效果显著。

2.3方案比选

柬埔寨马德望多功能大坝项目在做方案时笔者将两种接线方式的图都画好了，但是怎么选择，笔者跟同事及领导讨论了较长的时间。根据业主要求，该项目的交货期只有8个月，交货期很紧，如果沿用传统的接线方式，车间操作工在制作过程中没任何难题，可以确保在交货期内顺利完成。但如果采用新的接线方式，万一车间操作工在制作过程中接错了一个支路，则返工会额外增加许多工作量，不但造成人工成本增加，关键是工期可能会被廷误，从而给公司带来损失。经过一番思想斗争，包括笔者在内的几个年轻人并没有采用照搬传统的接线方式，而是决定尝试着用新的接线方式来替代。经过多方面比较和反复考虑，最终选择采用“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替的主接线方法。改进后的接线方法在实际操作中也不复杂，只需要提醒车间操作人员每相有一个支路需要将接至主引出线和接入中性点引出线的引线按图纸对调下即可。至于每相对调那个支路要根据该项目主引出线及中性点引出线的方位来定，调整的最终目的是为了使高度方向上导电环的层数最少，圆周方向上导电环的周向跨度最小。

3结语

柬埔寨马德望多功能大坝项目发电机做好已经好几年了，发电也已经半年多了，经过一段时间的运行考验，从电站的反馈信息来看，机组的各项性能均达到设计要求;说明“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替的主接线方法对机组运行没任何不良影响。此外，据车间操作人员反馈也没有出现接线过程出错，或不好接的情况;相反由于改后导电环层数少了，圆周跨度短了，每个环之间基本都错开了，反而对接线有利。我们之前担心会因为车间操作人员不小心接错线进而影响工期的问题几乎没有。由于过去传统的圈式叠绕组定子主接线大都采用“首—尾”交替的接法，而“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替的主接线方法在笔者公司还是首次使用，还在尝试阶段，在定子出厂之前及电站成功运行之前，笔者的很多同事包括笔者在内都对此存在一定程度的担忧。通过此次顺利生产过程及电站的实际运行效果，使笔者单位的同事及笔者本人对“首—尾”，“首—首”，“尾—尾”交替的主接线方法有了比较深的了解，为以后设计制造同类机组提供了成功的经验。

作者：刘吕芳；陆松 单位：浙江金轮机电实业有限公司