[01561696]大型贯流式水轮发电机阻尼系统故障抑制关键技术及其应用

该项目属电气工程学科，是国家中长期科技发展规划纲要中“可再生能源低成本规模化开发利用”和“先进制造技术”的重点领域及优先主题。 水轮发电机及其可靠性是开发水能资源的关键电力设备和重要技术保障。贯流式水轮发电机因阻尼系统设计缺陷而引发过热并导致故障，易造成停机检修、供电异常等严重后果，给制造厂和水电站造成巨大损失。故障抑制的急难险重问题亟待解决。 在国家自然科学基金、教育部春晖计划、四川省科技重点研发计划等支持下，项目组针对阻尼系统故障及其抑制关键技术，历经十余年产学研用联合攻关，取得如下重大突破和技术创新： ①针对阻尼系统易过热、难精算的瓶颈问题，在考虑三维非线性时变运动各向异性特质基础上，构建了“机-电-磁-热”多物理现象强耦合模型及其有限元算法，攻克了三维多场深度耦合求解的难题，损耗发热的分析误差与时间分别比国际同类先进算法降低了48％和14倍，并成功应用于阻尼系统故障抑制的优化设计中；②针对阻尼条熔断、磁极铁心烧蚀、空载电压谐波严重等阻尼系统故障，综合分析了定子铁心斜槽、每极每相槽数、定转子槽距比、每极阻尼条数等参数的影响，提出了一套有效抑制阻尼系统故障的结构优化设计方法，使磁极铁心最高温度降低一半以上，对抑制发热故障起到了决定性作用，进而发明了一种可有效削弱齿谐波的不对称磁极结构及其设计技术，有效降低了空载电压波形的优化难度；③针对阻尼系统故障的非接触实时在线监测难题，基于直接风压采样与智能遥感技术，提出了一套大电机风压风速与转子磁极过热的监测方法，监测风压最高达10个标准大气压，风压与发热监测精度分别达1‰、2％，切实提升了阻尼系统的故障监测及预防水平。 该项目获权发明专利3件、实用新型专利5件、外观设计专利1件、软件著作权1件，发表SCI/EI论文8/21篇，并成功应用于包括巴西杰瑞水电站22台75MW世界最大容量贯流式水轮发电机在内的25个大型水电站109台机组，多次受到CCTV等媒体宣传，近3年分别新增收入、利润、税收20亿元、2.3亿元、5.2亿元。悉尼大学杰出教授、全球著名电机专家JianguoZhu认为：该技术“对改进大型贯流式水轮发电机的设计标准、增强其运行稳定性具有极大帮助，对优化空载电压波形、显著降低阻尼条损耗发热提供了有效指南。”其推广应用对确保大型贯流式水轮发电机安全运行、有效开发水能资源、推动“一带一路”“中国制造2025”起到了重要作用。