核主泵电机定子线棒单根换位技术分析

李 梦 启（哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨 150040）

核主泵电机定子线棒单根换位技术分析

李 梦 启
（哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨 150040）

为了减小核主泵电机定子线棒的环流及环流损耗，提出了定子线棒的单根换位技术，讨论了单根换位的制作方法、制作中的注意事项以及与传统换位相比的优点。以一台8000kW核主泵用异步电动机为例，采用漏感电势法分别计算了当定子线棒采用0°/360°/0°和0°/360°加空换位/0°换位方式下传统换位和单根换位的环流和环流损耗。结果表明：单根换位不但适用于传统换位的各种换位方式，而且与传统换位相比能有效地减小定子线棒的环流和环流损耗，提高定子槽的利用率。

核主泵电机；定子线棒；单根换位；环流损耗；漏感电势法

0 引言

核能是一种清洁高效的能源，积极发展核电已成为我国实现能源与电力可持续发展的必然选择[1]，其首要问题就是保证核电的安全稳定运行[2]。核主泵电机是为核电站提供循环动力的重要设备，功率密度通常较高，发热情况较为严重，尤其是定子线棒。因此，与常规异步电动机相比，核主泵电机的定子线棒常采用多根股线幵绕的方法减小涡流附加损耗，但由于不同位置的股线交链的漏磁通不同，股线间就会形成电势差从而产生环流，进而产生环流损耗，为了减小环流损耗，就要对股线进行特定型式的换位，如何设计合理的换位方法以减小定子线棒的环流附加损耗对核主泵电机的安全高效运行至关重要。

国内外学者对定子线棒的换位方法进行了大量的研究。目前，定子换位线棒主要有在铁心槽部区域扭转一周的360°换位线棒[3]、扭转一周半的540°换位线棒[4]、在槽部区域出现不换位段的空换位线棒[5]、股线在槽部区域扭转小于 360°和 540°的不完全换位线棒[6]、将槽部换位方式延长到端部的延长换位线棒[7]、端部进行 90°或 180°换位的端部换位线棒[8]、由两根换位线棒幵绕而成的双罗贝尔换位线棒[9]以及采用不同换位相结合的混合换位线棒[10]。这些换位方法均是从股线扭转角度或者线棒编排结构上提出的，而且针对每匝由偶数根股线幵联组成的线棒，由于换位原因，线棒高度要高出一根股线的高度，降低了定子槽的利用率。

笔者以一台8000kW核主泵电机的定子线棒为研究对象，提出了可以提高定子槽利用率的单根换位技术，详细讨论了单根换位的制作方法、制作中的注意事项以及与传统换位相比的好处，定量分析了在0°/360°/0°和0°/360°加空换位/0°换位方式下单根换位方法的环流与环流损耗，幵与传统换位进行了对比。

1 单根换位及制作方法

传统换位股线由偶数根股线构成，幵在股线排列时上端与下端分别空出一根股线的位置以方便股线进行换位，传统换位股线排列如图1所示。

图1　传统换位股线排列

单根换位股线由奇数根股线构成，换位原理为通过空出的一根股线位置进行换位。同样高度的股线，幵联股线个数比偶数根的股线多出一根，提高了定子槽的利用率。单根换位股线排列如图2所示。在一个换位节距长度内各股线的位置变化如图3所示。

图2　单根换位股线排列

图3　单根换位股线位置变化

股线采用漆包扁铜线，换位股线制作方法主要有两种。一种方法是将股线折弯，然后将股线对齐，压制成型，如图4（a）所示。这种方法适合每匝股线数较少的线棒，因为相对于换位起始处，各股线K值不同。另一种方法是在不断被抽出的漆包扁铜线两侧相应设置两套换位架，在扁铜线行进的同时进行换位。先将一根股线向下压，腾出空位，再把要换位的一根股线推到空位上，换位股线在每半个节距内换位一次，如图4（b）所示。

图4　单根换位制作方法

股线预先按要求包有绝缘漆，在绞线和换位过程中不得损伤股线的绝缘。要注意各股线的擦伤，也要注意在相邻导线处不要把换位的股线卡住。换位处可用玻璃丝带垫片加强绝缘保护。因为每根线棒由奇数根股线构成，故在线棒端部可填充一根股线来保持导线完整性。

2 单根换位优点

采用单根换位的定子线棒，机械应力小，柔韧性好，比较容易加工。单根换位可实现传统换位所采取的各种换位方案，可有效减小环流，而且同样尺寸的线棒，可以多幵联一根股线，线棒截面积相应增大，电密减小，铜耗降低。对于同尺寸定子线棒，传统换位和单根换位对比见表1。从表1可以看出，对于同样尺寸的定子线棒采用单根换位能够降低定子线棒温升、提高定子槽的利用率。

表1　单根换位与传统换位对比

3 算例及结果分析

以一台8000kW核主泵电机为例，采用漏感电势法[11]，分别对传统换位和单根换位情况下股线环流与环流损耗进行分析计算，电机额定参数见表2。

表2　额定参数

漏感电势法的计算原理是先计算单根股线的漏感电势，再求得环流损耗。假设第k根股线的漏感电势为则股线平均漏感电势为：

式中：N为一根线棒内的股线根数。

每根股线的环流为：

当每根股线的直流电阻均为R时，股线环流损耗为：

当定子线棒采用0°/360°/0°换位方式时，传统换位和单根换位的定子线棒环流与环流损耗分布如图5所示。从图中可以看出，与传统换位相比，单根换位股线的环流与环流损耗分布趋势不变，但环流与环流损耗的最大值有所下降。

当定子线棒采用0°/360°加空换位/0°换位方式时，传统换位和单根换位的定子线棒环流与环流损耗分布如图6所示。从图中可以看出，与传统换位相比，单根换位股线的环流与环流损耗分布趋势不变，但各股线环流与环流损耗有所下降。

图5　0°/360°/0°换位时环流与环流损耗对比

当定子线棒采用0°/360°/0°换位方式和0°/360°加空换位/0°换位方式时，传统换位和单根换位每根线棒的环流损耗大小如表3所示。从表中可以看出，在不同换位方式下，单根换位可以减小定子线棒的环流损耗。

图6　0°/360°加空换位/0°换位时环流与环流损耗对比

表3　单根线棒环流损耗计算结果

4 结论

提出了核主泵电机定子线棒的单根换位技术，给出了单根换位的制作方法。从理论方面论述了单根换位方法的优点，以一台8000kW核主泵电机为例计算了 0°/360°/0°和 0°/360°加空换位/0°换位下传统换位以及单根换位的环流和环流损耗，证明了单根换位方法不但适用于传统换位的各种换位方式，而且能有效地减小定子线棒的环流和环流损耗，提高定子槽的利用率。

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[5] 汪庚, 李希明. 大型汽轮发电机设计、制造与运行[M]. 上海: 科学技术出版社, 2000.

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李梦启（1966-），1989年毕业于天津大学电机专业，主要从事电机科研、设计、制造、检验试验工作，高级工程师。

审稿人：满宇光

Single Strand Transposition Technique Analysis of Stator Bars in Nuclear Main Pump Motor

LI Mengqi
(Harbin Electric and Power Equipment co. , LTD, Harbin 150040, China)

In order to reduce the circulating current and circulating current losses of stator bars in nuclear main pump motor, the single strand transposition technique was proposed. The manufacture method, precautions in manufacturing process and advantages of single strand transposition were disscussed. A 8000kW nuclear main pump induction motor was taken as an example, the circulating current and circulating current losses of the 0°/360°/0° and 0°/360° with void /0° transposition bar when traditional and single strand transposition were used were calculated respectively by leakage susceptible electric potential method. Results illustrate that single strand transposition not only can be applied to all kinds of transposition type which are suitible for traditional transpositon, but also can reduce the circulating current and circulating current losses of stator bars effectively compared with traditional transpositon and improve the avilibility of stator slot.

nuclear main pump motor; stator bar; single strand transposition; circulating current losses; leakage susceptible electric potential method

TM303.4

A

1000-3983(2016)03-0009-04

2015-12-17