本发明涉及抽水蓄能发电电动机领域，具体涉及一种改善抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性的安装方法及固定结构。

背景技术：

1、抽水蓄能发电电动机是一种特殊的水轮发电机，其主要运行特点包括双向旋转、启停频繁以及每极容量较大。因此，其转子部件的设计难度显著高于常规发电机，除需满足常规的刚强度外，各部件的疲劳设计尤为关键。转子主要由磁极、磁轭、转子支架、转子绕组引线等核心部件组成。其中，磁极固定于磁轭的外圆侧，磁轭则通过径向和切向打键的方式固定于转子支架外径侧。磁极线圈通入直流电后产生励磁磁场，通过磁极铁心、定子铁心以及气隙形成闭环磁路，通过转子旋转形成“切割”定子绕组的旋转磁场，从而实现机械能到电能的转化。向磁极线圈通入直流电需要用到转子绕组引线，具体包括极间连接线、转子引出线：极间连接线用于实现磁极引线头之间的电连接；转子引出线一端固定于磁极引线头，另一端固定于集电环，其中间部分则固定于磁轭、转子支架、轴等部件上。

2、在转子旋转时，磁轭需承受所有磁极以及自身离心力载荷和扭矩载荷，而转子支架主要承受扭矩载荷和自身的离心力载荷。由于二者所承受的载荷类型和大小存在差异，磁轭和转子支架在径向上将产生一定的相对变形。固定于磁轭及转子支架上的转子引线及其固定附件，在运行过程中被迫承受该相对变形所导致的附加载荷。随着发电电动机的频繁启停，上述相对变形周而复始地发生，使得处在磁轭和转子支架过渡位置的转子引线及其固定附件长期承受交变疲劳载荷。

3、如图1所示，为现有技术中的一种典型转子引线在磁轭和转子支架过渡处的固定结构。该结构中，转子引线分别通过刚性线夹固定于磁轭侧和转子支架侧，引线本身未设置任何用于吸收径向位移差的柔性结构。当磁轭与转子支架产生相对变形时，将对引线的固定线夹螺栓形成较大的载荷，从而导致较大的应力。长期反复启停运行后，该线夹螺栓极易出现疲劳断裂问题，断裂后的螺栓及碎屑一旦落入定转子气隙，将引发严重的扫膛事故，造成定转子损坏甚至整机报废。

4、公告号为cn212751953u、公告日为2021年03月19日的中国实用新型专利公开了《一种同步发电机转子引接线结构》，其采用类z状连接铜排并设置多组固定装置以缓解引接线振动。但该方案主要针对矿用电机振动工况，并未涉及抽水蓄能发电电动机中磁轭与转子支架之间因离心力差异而产生的径向相对位移问题。因此，如何适应运行过程中磁轭和转子支架之间的变形差异、有效降低跨越二者过渡位置的转子引线及其固定附件的应力幅值，是影响抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性乃至整机运行安全性的关键问题，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明针对机组运行过程中因磁轭和转子支架之间存在变形差异，导致二者过渡位置的转子引线及其固定附件承受较大应力、易发生疲劳断裂的技术问题，提出了一种改善抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性的安装方法及固定结构。本发明通过预变形的方式使转子引线r处预先产生压应力，可在额定运行时有效降低r处的拉应力，从而降低引线r处的应力变幅，提高引线的抗疲劳性能，保证转子引线的可靠性。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、一种改善抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性的安装方法，包括如下步骤：

4、s1、将磁轭与转子支架过渡位置处靠近磁轭侧的第一引线采用z字形布置，该第一引线包含中间段和两端的折弯处；安装时，先将第一引线靠近转子内径侧的一端与第二线夹装配连接在一起；

5、s2、将第一引线靠近转子外径侧的一端通过第一线夹固定于磁轭上风扇的线夹垫铁上；此时第二线夹的垫铁底部与转子支架上的支持板刚好接触，且第二线夹与支持板之间在径向上保持可相对滑动的未固定状态，不引入安装导致的附加应力；

6、s3、调整第一引线的中间段，使之朝机组运行时的受力反方向发生预变形，预变形量等于机组额定转速运行时第一引线的受力变形量；

7、s4、确定好预变形量后，将第二线夹的垫铁与转子支架上的支持板焊接固定；

8、s5、焊后清理干净，再安装第三线夹将第二引线固定于转子支架上，并根据预变形后第二引线与转子支架之间的实际距离，现场加工第三线夹的绝缘垫板至相应厚度，使绝缘垫板刚好与第二引线和转子支架接触。

9、进一步地，所述第一引线靠近转子内径侧的一端与靠近转子支架侧的第二引线端部在水平方向上搭接，搭接处通过所述第二线夹固定装配成一体。

10、进一步地，所述第一引线靠近转子内径侧的一端与第二线夹装配连接后，其端部继续延伸至与靠近转子支架侧的第二引线在竖直方向上搭接，搭接处采用线夹固定。

11、进一步地，所述第二线夹包括分别设置在引线上下方的上绝缘板ii、下绝缘板ii，在下绝缘板ii下方设置的带螺孔的垫铁，在上绝缘板ii上方设置的钢压板二，以及将所述钢压板二、上绝缘板ii、下绝缘板ii、垫铁装配连接在一起的第二线夹螺栓。

12、进一步地，步骤s3中，第一引线中间段的预变形量采用如下方式确定：

13、按照实际结构对转子进行建模，建模目标包括转子支架、磁轭、磁极、磁轭风扇、磁轭与转子支架之间的键、磁轭与磁极之间的键；

14、对前述部件剖分网格，设置各个部件之间的接触条件；设置好其中磁轭与转子支架之间键的紧量；计算转速为额定转速下转子相对于静止状态的变形；

15、计算第一线夹装配的线夹垫铁与转子支架上的支持板之间在额定转速运行时与静止时的径向位移差s，将该值s作为第一引线中间段的预变形量。

16、优选的，步骤s3中，所述的调整第一引线的中间段，使之朝机组运行时的受力反方向发生预变形，按照如下操作进行：

17、使用包有绝缘垫的两侧带连接耳的u形钢垫板，使用两个定位螺栓分别穿过u形钢垫板两侧连接耳上的通孔，准备拧入磁轭内径壁面开设的螺纹孔；

18、先拧动定位螺栓至使钢垫板的u形凹槽底部与第一引线中间段的内径侧面接触，此时螺栓头与u形钢垫板也恰好接触；

19、再继续拧动两个定位螺栓，保证两个定位螺栓拧入距离一致，使垫铁的径向向外位移量为s。

20、优选的，第一引线中间段的长度为l，引线厚度为b，其满足关系l/b=8~15。

21、优选的，第一引线两个折弯处的内径r满足r/b=2~4。

22、优选的，所述上绝缘板ii、下绝缘板ii为8mm至15mm厚的层压玻璃布板；所述第二线夹螺栓为10.9级高强螺栓。

23、进一步地，步骤s4中，将第一引线靠近转子内径侧一端的装配整体与转子支架上的支持板焊接固定时，垫铁四周都采用角焊缝焊接，焊接方法采用氩弧焊。

24、另一方面，基于上述方法，本发明还提出了一种改善抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性的固定结构，采用上述的一种改善抽水蓄能发电电动机转子引线可靠性的安装方法得到，包括：

25、第一引线，设置在转子支架与磁轭的过渡位置，所述第一引线呈z字形布置，包含中间段和两端的折弯处；

26、第一线夹，用于将第一引线靠近转子外径侧的一端固定于所述磁轭上风扇的线夹垫铁上；

27、第二线夹，与所述第一引线靠近转子内径侧的一端装配连接，所述第二线夹包括垫铁；

28、支持板，固定于所述转子支架上；

29、所述垫铁与支持板焊接固定；

30、所述第一引线的中间段朝机组运行时的受力反方向具有预变形，预变形量等于机组额定转速运行时第一引线的受力变形量。

31、综上所述，本发明具有以下优点：

32、1. 本发明通过将磁轭和转子支架过渡位置处的第一引线设置为z字形结构，并采用预变形安装方式，使引线能够主动适应运行过程中磁轭与转子支架之间的变形差异，有效降低跨越过渡位置的转子引线及其固定附件的应力，显著提高机组运行可靠性。

33、2. 本发明中，第一引线中间段的长度l与引线厚度b满足l/b=8~15，使引线具备足够良好的结构柔性，能充分适应磁轭和转子支架在转子运行和静止工况之间的变形差异；同时，折弯处内径r与引线厚度b满足r/b=2~4，使引线在变形时折弯处不会出现较大的应力集中，进一步提高了引线的可靠性。

34、3. 本发明在安装时通过预变形的方式，使引线折弯r处产生压应力，有效降低了额定转速工况下r处的拉应力，从而显著降低了应力变幅，对提高引线的疲劳性能、保证转子引线的长期安全运行具有重要意义。

35、4. 本发明使用钢垫板配合定位螺栓调整第一引线的中间段，能够精确控制预变形量，并确保引线在保持该预变形量的状态下完成内径侧一端的固定，保证预变形效果的实现。

36、5.本发明中，线夹螺栓仅承受拧紧带来的扭转应力、拉应力以及线夹等产生的离心力，基本不承受磁轭和转子支架运行过程中相对位移所导致的额外载荷，从而显著提高了线夹螺栓的运行可靠性。

37、6. 本发明中的转子引线固定方式，使线夹螺栓仅承受拧紧带来的扭转应力、拉应力以及线夹等产生的一定离心力，基本不承受磁轭和转子支架运行过程中的相对位移导致的额外载荷，从而极大地提高了可靠性。

38、7. 本发明在改变第一引线安装方式的基础上，将第一引线内径侧的一端与第二引线采用竖直搭接方式，安装更加方便，且能够保证每个搭接面良好接触，同时避免了安装导致的引线轴向内应力。