目前和今后相当一段时期内,抽水蓄能是被各国普遍采用的较为成熟的超大规模储能方式,对保障电网安全运行以及消纳新能源有不可替代的作用。与一般的水轮发电机相比,抽水蓄能电站使用的发电电动机需要频繁的启停机和发电电动工况转换,造成转子部件所受的机械应力变化较大。磁极连接线是水轮发电机磁极的重要部件,磁极线圈之间用极间连接线和磁极引出线相连接以构成励磁绕组。转子励磁引线是位于滑环与转子首个磁极和滑环与末端磁极之间,为转子磁极提供励磁电流的结构。最近几年,国内抽水蓄能电站发电电动机磁极连接线与励磁引线结构频繁发生故障,严重威胁发电电动机的安全运行。这说明,在发电电动机磁极连接线与励磁引线的结构设计中,应充分考虑复杂机械和电气条件对可靠性的影响,明确结构中的薄弱部位,在设计和装配中采取相应的措施规避风险。这将有利于抽水蓄能机组的高效稳定运行。本文通过建立机械和电磁有限元模型,计算发电电动机励磁回路连(引)线动应力,充分考虑结构部件、运行环境对边界条件、载荷的影响,分析三台模型机组发电电动机中的三种典型磁极连接线结构与两种典型励磁引线结构在不同运行环境下的动应力特点。整体思路是:采用有限元商业软件,建立不同运行工况和工况转换条件下不同结构形式磁极连(引)线的电磁和机械模型,并考虑温度变化的影响,实现应力和疲劳损耗的计算。本文将做以下具体工作:根据模型机设计参数及图纸,建立电机整体(包括定子铁心、电枢绕组,转子铁心、阻尼绕组和励磁绕组)的二维电磁时步有限元模型,对一些没有监测数据的工况和工况转换(例如三相突然短路),利用二维电磁时步有限元模型计算出电枢电流和励磁电流的波形;建立磁极连(引)线及周围结构的三维或二维电磁模型,将励磁电流输入该模型,计算磁极连(引)线电磁应力。对有监测数据的工况,直接将监测的励磁电流输入电磁模型;对没有监测数据的工况,将采用二维模型计算得到的励磁电流输入三维模型,并将计算出的磁极连(引)线电磁应力与计算出的离心应力作比较,评估电磁力对磁极连(引)线运行寿命的影响;建立磁极连(引)线的三维机械模型,根据不同工况和工况转换条件下转速的实测数据,以及模型机的结构特点设置仿真的运行与边界条件,计算磁极连(引)线由于旋转受到的离心应力;对不同工况和工况转换条件,将之前计算得到的磁极连(引)线电磁应力和机械应力叠加,得到总的受力,并考虑不同温度条件下应力的变化,从而对磁极连(引)线结构的安全性做出评估。在上述工作的基础上,改变已搭建好的磁极连接线模型的关键结构参数,计算不同参数磁极连接线应力,并完成其中一个模型机组连接线的疲劳损耗计算。根据计算结果进行评估,给出结构参数的改进建议。考虑到不同磁极连接件结构在不同转速、不同容量/功率的发电电动机和不同运行条件下可能有不同的运行特点,本文将三台模型机组发电电动机的三种典型磁极连接线结构通过等比例缩放的方式,应用在16个不同发电电动机中,计算磁极连接线在这些机组条件下的应力分布,并分析其在不同类型发电电动机上的适用性。