一种三百二十四槽十八极对称四支路双层三相绕组的接线方法与流程

本发明涉及三相双层对称绕组接线领域，尤其涉及一种三百二十四槽十八极对称四支路双层三相绕组的接线方法。

背景技术：

1、抽水蓄能电站具有削峰填谷、调相、调频及事故备用等功能，抽水蓄能电机存在发电和电动两种工况，具有频繁启停、双向旋转和转速高的特点，其设计难度较大。转速为333.3r/min（十八极）、容量320mw级的抽水蓄能机组的水泵水轮机的优越性能使其得以广泛应用。但对于十八极电机，其定子绕组按常规整数槽整距对称方式接线时，可选支路数只有1、2、3、6、9和18。对于某些电站海拔超过3500m，机组额定电压选用18kv以上时，海拔修正后定子防晕电压接近28kv，目前国内尚无28kv电压等级防晕电机工程应用经验，因此该类发电机定子电压一般控制在18kv及以下。当电机容量达到320mw级时，选择1支路或2支路，定子槽电流远远超出现有空冷技术的最高限制；选择6支路、9支路或18支路，定子槽电流又过低；选择3支路，定子槽电流约为7603a，也超过常规水电定子槽电流7500a上限限制。加之高海拔条件下机组通风条件恶化，因此将定子槽电流控制在合理范围至关重要。若采用4支路，定子槽电流与现有绝大多数抽水蓄能机组相当，机组运行性能能够得到保障，电机性能和电站建设成本均可以降低。

2、现有技术中，三相双层绕组接线通常先计算单元电机、绕组循环数并绘制星形图，将星形图的电势矢量划分为六个相带，各相带合成矢量互差120°后绘制定子绕组接线图。然而，对于三百二十四槽十八极电机，按常规星形图绘制方法仅能得到9层电势矢量，每相仅18层重叠矢量，无法均分为4组对称支路，难以直接实现对称四支路接线。

3、公开号为cn119051318a的中国发明专利申请（公开日：2024年11月29日），名称为“二百六十四槽二十二极对称四支路双层三相绕组的接线方法”，公开了通过特殊接线实现特定槽极配合下的对称绕组，但其采用整数槽整距线圈接线，存在电势波形畸变率较高、电能质量欠佳的问题。为改善电能质量，也有采用短距接法的方案，如公开号为cn115395696a的中国发明专利申请（公开日：2022年11月25日），名称为“一种标准相带整数槽短距波绕组4支路接线法”。该方案采用波绕接线方式，绕组为分布绕组，每条支路均沿定子全圆周分布，各支路线圈位置存在重叠区域。这种结构虽使转子偏心时各支路感应电势接近、不易产生由支路不对称引起的有害环流，但也因此带来新的问题：支路间缺乏电势差异，无法形成主动抵消气隙不均匀作用的可控微小环流，电磁刚度较高；当转子出现初始偏心时，不平衡磁拉力无法在电气层面得到有效抑制，反而可能加剧偏心程度，导致发电机摆度增大、动态稳定性下降。

4、为此，有必要提供一种能够实现三百二十四槽十八极对称四支路接线，同时兼顾电势波形质量与支路对称性的接线方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中整距绕组电势波形畸变率高，以及波绕短距绕组虽能改善波形却因缺乏可控环流而难以抑制转子偏心、电磁刚度偏高的问题，本发明提供了一种三百二十四槽十八极对称四支路双层三相绕组的接线方法，通过采用叠绕集中绕组结构，不仅实现了三百二十四槽十八极绕组的对称四支路接线，更通过支路沿定子圆周分区集中的布置方式，使转子偏心时各支路自然产生电势差异，从而主动引入可控的微小环流，在保证电势波形质量的前提下降低电机电磁刚度，实现对转子偏心的自抑制，提升机组的动态稳定性。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、一种三百二十四槽十八极对称四支路双层三相绕组的接线方法，包括如下步骤：

4、s1.将定子绕组共六百四十八根线棒的电势矢量分别作为单独矢量考虑；

5、s2.按60°标准相带将全部电势矢量划分为a、z、b、x、c、y六个相带；

6、s3.将同相对应相带a与x、b与y、c与z各自所包含的电势矢量均等划分为4份，每份按串联相加方式构成一条支路的电势矢量组合，从而每相得到4条支路；由于每相共36层重叠电势矢量，均分至4条支路后每条支路平均分配9层重叠电势矢量；

7、s4. 采用短距线圈，将每条支路9层重叠电势矢量中的8层按绕组节距自然连接上下层线棒，剩余1层采用电角度交叉特殊连接；

8、s5.将同相对应相带a与x、b与y、c与z内的线棒以首首相接、尾尾相接的方式连接，保证线棒电势相加；

9、s6. 将每相的四条支路并联，形成 u、v、w 三相对称四支路双层三相绕组。

10、进一步地，步骤s3中，每相每条支路平均分配9层重叠电势矢量，每相带对应六个电角度。

11、进一步地，所述电角度交叉特殊连接包括：每相带第一电角度上层线棒接第二电角度下层线棒，第二电角度上层线棒接第一电角度下层线棒；第三、四、五、六电角度上层线棒与各自同电角度下层线棒自然连接；由第一电角度接入，第二电角度下层线棒连接第三电角度上层线棒，再由第三电角度下层线棒连接第六电角度上层线棒，从第六电角度下层线棒引出，与该支路中自然连接的8层重叠电势共同形成一条支路；由第二电角度上层线棒接入，第一电角度下层线棒连接第四电角度上层线棒，再由第四电角度下层线棒接入第五电角度上层线棒，从第五电角度下层引出，与该支路中自然连接的8层重叠电势共同形成另一条支路。

12、进一步地，所述短距线圈的短距系数为0.833，绕组节距为15槽。

13、进一步地，接线时，在跨机械角度连接的情况下，将下端同位置处上下层线棒打开，增加斜并头或短跨接线连接。

14、进一步地，同相对应相带a与x、b与y、c与z的合成矢量大小相等， a相带与x相带合成总矢量u，b相带与y相带合成总矢量v，c相带与z相带合成总矢量w，u、v、w三相的矢量互差120°。

15、进一步地，u相由u1至u4四条支路并联构成，v相由v1至v4四条支路并联构成，w相由w1至w4四条支路并联构成，每条支路由27个线圈经斜并头、并头及连接线串联而成。

16、进一步地，接线前，将定子绕组324根上层线棒和324根下层线棒分别进行编号，并将上下层线棒交错分层编排在接线方块图或星形图中。

17、综上所述，本发明具有以下优点：

18、1. 本发明通过324槽18极电机实现对称4支路接线，使定子槽电流与现有绝大多数抽水蓄能机组相当，相比常规3支路方案，有效降低了定子热负荷和通风散热压力，为高海拔320mw级抽水蓄能机组提供了可行的电气方案。

19、2. 本发明采用短距线圈（短距系数0.833），通过不同电角度线棒之间的电势交叉补偿，有效削弱低次谐波，线电压波形畸变率较整距方案得到显著改善，尤其适用于对电能质量要求较高的抽水蓄能发电电动机。

20、3. 本发明采用叠绕集中绕组结构，每相四条支路各自集中在定子圆周的特定区域，支路间无重叠。当转子出现偏心时，靠近转子的支路感应电势相对升高，远离的支路感应电势相对降低，支路间自然形成微小环流。该环流产生的去磁电枢反应可主动抵消一部分不平衡磁拉力，其宏观力学效果表现为电机等效电磁刚度的降低，从而抑制转子进一步偏心，减小发电机各部分的摆度值，显著提升机组在高海拔、变负荷工况下的轴系动态稳定性。

21、4. 本发明通过矢量均分与特殊交叉连接，在采用短距线圈改善波形的同时，保证每相四条支路电势严格对称。负载运行时各支路电流与相支路平均电流的偏差得到有效控制，避免了环流引起的附加铜耗与局部过热，保障发电机长期可靠运行。

22、5. 本发明采用60°标准相带结合0.833短距系数，绕组利用系数较高；同时324槽/18极的槽极配合使得每极每相槽数为6，为整数槽绕组，便于制造与嵌线。