CN109829220A - 空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合方法。该方法包括：构建空冷汽轮发电机转子的两个半齿、一个槽的三维流体与传热分析模型，并建立对应的空冷汽轮发电机转子的瞬态温度场计算模型；通过电磁场理论，计算汽轮发电机转子的铜排铜耗，齿部基本铁耗和附加铁耗，并将各损耗转化为热密，再将热密附加至温度场计算模型的对应部位；对发电机转子的瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子随着时间变化的温度场计算结果；根据计算出的转子三维瞬态温度场，得出了转子在正常运行时各个部分的温度随时间的变化情况，以及发电机发生短时过电流等故障时，发电机运行的承载能力。本发明提出了一种计算发电机瞬态温度场的新方法。

Description

空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法。

背景技术

大型空冷汽轮发电机在运行时，受大电网运行中的峰谷情况，会产生过励或欠励的短时扰动，在遭受一定时间的过电流运行后，汽轮发电机的最高温度和平均温度会显著上升，严重影响汽轮发电机的正常运行。

汽轮发电机是电网的主要装备之一，是电能的直接生产者，约80％的电能由汽轮发电机产生。而空冷汽轮发电机作为燃气-蒸汽联合电站，其安全发电也直接关系着一片区域的稳定用电，因此，保证汽轮发电机的正常运行，直接或间接的关系着国民经济的健康发展。

采用现有的稳态温度场计算方法难以仿真发电机运行的动态过程，更不可能确定发电机在动态运行过程中是否因温度超限而使内部受损的问题，因此，很有必要探究汽轮发电机的动态运行过程，建立新的汽轮发电机转子模型，并提出汽轮发电机转子的瞬态温度场计算新方法，对电机转子的正常运行和短时过电流运行进行监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空冷汽轮发电机转子瞬态温度场多场耦合计算方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，该方法包括如下流程步骤：

步骤S110：构建空冷汽轮发电机转子的三维实体模型，并对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子瞬态温度场计算模型；

步骤S120：计算空冷汽轮发电机的铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗，并将所述铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗分别转化为热密，再将热密附加至所述发电机转子温度场计算模型的对应部位；

步骤S130：对所述发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场；

步骤S140：根据所述转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场，得到转子所能承载过电压的临界时间和所述转子任意时刻温度分布规律，根据所述转子最高温度出现的时间和位置，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估。

进一步的，所述步骤S110具体包括：

根据空冷汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子三维实体模型；所述三维实体模型包括转子铁芯、绕组、槽楔和通风沟；

所述转子铁芯包含转子齿和转子轭，所述转子齿与所述转子轭连接，所述转子齿中间有长方体结构的槽，所述长方体结构的槽内放置了绕组和槽楔；所述的绕组内包括铜排、匝间绝缘和主绝缘，所述的铜排和匝间绝缘交替排列在槽内，所述的主绝缘排列在所述铜排和匝间绝缘的外侧，与转子齿相抵触，所述的铜排和转子轭部有通风沟，所述的槽楔排列在靠近槽口的铜排上侧；

对所述发电机转子瞬态实体模型进行网格划分，建立对应于所述发电机转子在正常运行和短时过电流运行时的三维实体模型的发电机转子瞬态温度场计算模型。

进一步的，所述步骤S120具体包括：

根据损耗计算公式，基于电磁场理论方法计算出直流电产生的所述空冷汽轮发电机转子的铜排铜耗基本铁损耗；

所述附加铁耗包括定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗以及转子与氢冷流体的摩擦损耗。

进一步的，计算所述附加铁耗包括：

其中，Q_2S表示附加铁耗，Q_2vK表示定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗，Q_2zK表示定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗，Q_2zo表示定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗，Q₂表示转子与冷却气体的摩擦损耗；

其中，φ(β)表示定子磁场高次谐波在转子表面产生损耗的计算系数，AS₁表示定子线负荷，K_δ表示气隙系数，δ表示单边气隙，D_i表示定子铁芯内径，p为磁场极对数，l₂表示转子本体长度，f表示转子旋转频率；

其中，φ(δ/t₁)表示定子齿谐波在转子表面产生损耗的计算系数，Z₁表示定子槽数；

其中，B_δ表示气隙中的磁通密度，K_δn表示定子槽的气隙系数，l_ef表示定子铁心净长度；

其中，D₂表示转子外径，P_H表示氢冷流体的压强，P_HO表示电机中的正常氢压。

进一步的，所述步骤S130具体包括：

对发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，分别计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口。

进一步的，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程包括：

对所述发电机转子瞬态温度场计算模型，采用标准的流体-传热耦合方程，具体满足以下条件：

质量守恒，

动量守恒，

能量守恒，

其中，ρ为冷却流体密度，v_r为相对速度矢量，r为转动坐标系中的微元体的位置矢量，p为作用于空气微元体上的静压力，τ为因分子粘性作用而产生的作用于微元体表面的粘性应力，ρ(2Ω×v_r+Ω×Ω×r)为科里奥里力，F为微元体上的体积力，T为温度，v为绝对速度，λ为导热系数，c为定压比热，S_r为单位体积内热源产生的热量与c的比值；

利用标准的k-ε模型模拟湍流方程如下：

式中，k为湍流动能，ε为扩散因子，V为流体速度矢量，t为时间，G_k为紊流产生率，u_t为紊流粘性系数，G_1ε、G_2ε为常量，σ_k和σ_ε为紊流普朗克常数；

所述发电机转子瞬态温度场采用流体-传热耦合方法计算，则发电机转子瞬态温度场的传热方程为：

式中，λ_x、λ_y、λ_z分别是不同方向上的传热系数；q_V为内部热源密度,T为流体温度。

进一步的，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的边界面包括：

转子铁芯与转轴的接触处做绝热处理，即：

转子两侧为周期性边界；

转子外表面为耦合对流边界，即

式中：为空气出口的平均温度，经多次迭代计算获得；λ为固体壁面的导热系数，根据不同导热材料分别赋值；

在转子通风道内，所有内部流体与壁面交界处均采用耦合对流边界，其中对流换热系数由下述换热微分方程求得：

8、根据权利要求7所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的进出口包括：

所述进出口分别满足入口压力边界和出口压力边界的给定条件，所述入口压力和出口压力根据空冷汽轮发电机的全域风路模型计算得出；根据转子工厂给定的进风风温和计算得出的转子齿表面温度获取入口温度和出口温度；

进一步的，所述入口压力和出口压力根据空冷汽轮发电机的全域风路模型计算得出包括；

通过建立全域风路模型，结合发电机风扇产生的流体压力值P_f和转子旋转产生的离心压力P_r；流体流过通风通道时，产生局部阻力和沿程阻力，利用下式，计算出各个节点的压力值：

式中，ΔP为压力差值，ζ为阻力系数，l为计算区段的管长，d为计算区段的水力直径，ρ为流体密度，v为流体的速度矢量。

进一步的，所述步骤S140具体包括：

根据所述转子三维瞬态温度场的传热方程、边界面和进出口，得出转子在不同工况下任意时刻的温度分布规律，根据温度分布规律，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估；

所述转子在不同工况下的最高温度出现的时间和位置均不相同，通过多次计算，可得到计算不同工况下的转子在短时故障运行时的临界温度值。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，通过构建转子的瞬态温度场计算模型，利用有限体积法，分析计算转子在正常运行和短时过电流运行的瞬态温度场，得出了转子运行过程中不同运行状态下任意时刻的温度场分布情况，从而判断出转子最高温度出现的时间和位置，对汽轮发电机的运行状态的安全性的以评估。本发明为汽轮发电机的短时过电流故障的防御提供了一种新的思路，并很好的监测了发电机运行过程中任意时刻的温度分布状况。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法的方法流程图。

图2为本发明实施例所述的空冷汽轮发电机转子的瞬态温度场计算的求解域和边界条件示意图。

图3为本发明实施例所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场计算过程的流程图。

图4为本发明实施例所述的空冷汽轮发电机全域流体网络求解模型。

其中：1-转子齿；2-转子轭；3-转子铜排；4-层间绝缘；5-槽楔；6-主绝缘；7-通风沟；Z₁-空冷器入口；Z₂-端盖收缩；Z₃-风扇前弯角；Z₄-风扇进风口；Z₅-导风圈与护环间；Z₆-定子线圈端部；Z₇-气隙最小面积；Z₈-气隙入口；Z₉-端部线圈与内端盖间；Z₁₀-压圈外圆与机座内圆之间；Z₁₁-进机座风洞；Z₁₂-出机座风洞；Z₁₃-槽口处铁芯进口；Z₁₄-定子铁芯槽底处；Z₁₅-定子铁芯背部出口；Z₁₆-定子机座入口处；Z₁₇-转子入风区；Z₁₈-转子入风区垫块处；Z₁₉-转子线圈入口处；Z₂₀-转子线圈弯角处；Z₂₁-转子线圈出口处；Z₂₂-副槽入口处；Z₂₃-转子副槽进入线圈；Z₂₄-转子槽楔出风口；Z₂₅-转子流体出风口进气隙。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例提供了一种汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合方法，通过计算比较转子在不同工况下的瞬态温度场，分析得出转子任意时刻的温度分布，得出汽轮发电机的在不同运行工况时的临界温度出现的时间。

本发明实施例提供了一种汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合方法，流程图如图1所示，该方法包括：构建空冷轮发电机转子两个半齿，一个槽的三维实体模型，如图2所示，并对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子瞬态温度场计算模型；

计算空冷汽轮发电机的铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗，并将铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗分别转化为热密，再将热密附加至所述温度场计算模型的对应部位；

得到相应的转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维温度场；

根据转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维温度场，得到转子所能承载过电压的临界时间，根据转子任意时刻温度分布规律，可以很好地掌握转子在运行过程的电机运行状态。

根据汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合方法构建空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的三维实体模型，包括：

根据空冷汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子瞬态温度场的三维实体模型；

三维实体模型分别包括：转子铁芯、绕组内铜排、匝间绝缘、主绝缘、槽楔和通风沟。

对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子瞬态温度场计算模型，包括：

建立对应于所述发电机转子在正常运行和短时过励运行时的三维实体模型的发电机转子瞬态温度场计算模型；

发电机转子瞬态温度场计算模型，包括：转子铁芯、绕组内铜排、匝间绝缘、主绝缘、槽楔和通风沟；

所述转子铁芯包含转子齿1和转子轭2两部分，构成了所述三维实体模型的主体部分，所述转子齿与所述转子轭连接，所述转子齿2中间有长方体结构的槽，所述长方体结构的槽内放置了绕组和槽楔5，在所述的绕组内包含铜排3、匝间绝缘4、主绝缘6，所述的铜排和匝间绝缘交替排列在槽内，所述的主绝缘排列在整齐排列的铜排、匝间绝缘的外侧，紧挨转子齿，所述的铜排和轭部有通风沟，所述的通风沟内有空气流过，所述的槽楔排列在靠近槽口的铜排上侧。

计算空冷汽轮发电机的铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗，并将所述铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗分别转化为热密，再将热密附加至所述瞬态温度场计算模型的对应部位，包括：

空冷汽轮发电机转子的铜排为直流电产生，只有基本铜损耗，根据损耗计算的表达式，基于电磁场理论方法计算出铜损耗和基本铁损耗。

转子的铁芯附加铁损耗，是基于电磁理论和机械理论的相关知识，采用如下公式进行计算得出：

转子铁芯表面的附加损耗Q_2S主要有：1)定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗Q_2vK；2)定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗Q_2zk；3)定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗Q_2zo；4)转子与冷却气体的摩擦损耗Q₂，计算单位为kW：

式中，φ(β)为定子磁场高次谐波在转子表面产生损耗的计算系数；A_S1为定子线负荷(A/cm)；K_δ为气隙系数；δ为单边气隙(mm)；D_i为定子铁芯内径；p为级对数；l₂为转子本体长度(mm)；f为频率(Hz)。

式中，φ(δ/t₁)为定子齿谐波在转子表面产生损耗的计算系数；Z₁为定子槽数。

式中，B_δ为气隙中的磁通密度(Gs)；K_δn为定子槽的气隙系数；l_ef为定子铁心净长度(mm)。

式中，D₂为转子外径(mm)。

基于电磁场理论方法和机械理论方法计算出所述空冷汽轮发电机的铜排铜耗、铁芯基本铁耗和附加铁耗；

将计算得到的空冷汽轮发电机的铜排铜耗、铁芯基本铁耗和附加铁耗，分别附加至发电机转子瞬态温度场计算模型。

要对发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子正常运行和过载的三维瞬态温度场，包括：

分别计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口。

对发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，分别计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口，包括：

对所述发电机转子瞬态温度场计算模型，采用流体-传热耦合模型模拟湍流方程，具体满足下述式(6)～(8)：

质量守恒方程：

动量守恒方程：

能量守恒方程：

其中，ρ为密度，v_r为相对速度矢量，r为转动坐标系中的微元体的位置矢量，p为作用于空气微元体上的静压力，τ为因分子粘性作用而产生的作用于微元体表面的粘性应力，ρ(2Ω×v_r+Ω×Ω×r)为科里奥里力，F为微元体上的体积力，T为温度，v为绝对速度，λ为导热系数，c为定压比热，S_r为单位体积内热源产生的热量与c的比值；

利用标准的k-ε模型模拟湍流方程如下：

式中，k为湍流动能，ε为扩散因子，ρ为流体密度，V为流体速度矢量，t为时间，G_k为紊流产生率，u_t为紊流粘性系数，G_1ε、G_2ε为常量，σ_k和σ_ε为紊流普朗克常数；

发电机转子瞬态温度场采用流体-传热耦合方法计算，则发电机转子瞬态温度场的传热方程为：

式中，λ_x、λ_y、λ_z分别是不同方向上的传热系数；q_V为内部热源密度。

对发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，分别计算出发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口，还包括：

边界面包括：散热面和绝热面；

边界面和进出口在发电机转子瞬态温度场的边界条件如下：

(1)转子铁芯与转轴的接触处做绝热处理，即：

(2)转子两侧为周期性边界；

(3)转子外表面为耦合对流边界，即

式中：为空气出口的平均温度，经多次迭代计算获得；λ为固体壁面的导热系数，根据不同导热材料分别赋值；

在空气通道内，空气和壁面的接触面为副槽铁芯、径向通风沟、垫条槽楔等，所有内部流体与壁面交界处均采用耦合对流边界，其中对流换热系数由下述换热微分方程求得：

所述进出口分别满足入口压力边界和出口压力边界的给定条件，所述入口压力和出口压力根据空冷汽轮发电机的全域流体网络模型计算得出,全域流体网络计算模型如图4所示；所述的入口温度和出口温度是根据转子工厂给定的进风风温和计算得出的转子齿表面温度给出的；

发电机转子入口压力和出口压力的计算方式如下：

通过建立计及转子旋转的全域流体网络模型，在此计算模型中，考虑了风扇产生的流体压力值P_f和转子旋转产生的离心压力P_r；流体流过冷却器、定子轭背部、气隙、转子线圈、出线盒、定子铁芯等通风区域时，会产生局部阻力和沿程阻力，利用下式，可以计算出各个节点的压力值：

式中，ΔP为压力差值(Pa)，ζ为阻力系数，l为计算区段的管长(m)，d为计算区段的水力直径(m)，ρ为流体密度(kg/m³)，v为流体的速度矢量(m/s)。

从而得出转子入风压力和出口压力。

实施例二

该发明实施例提供了有限体积方法计算汽轮发电机转子瞬态温度场，其处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤：根据一台150MW的空冷汽轮发电机转子的实际结构和尺寸，建立的转子两个半齿，一个槽的三维实体模型，如图2所示，对实体模型进行划分，建立对应于所述发电机转子瞬态温度场实体模型的发电机转子瞬态温度场计算模型，如图2所示。

在图3中，所述的计算模型包括：转子铁芯、绕组内铜排、匝间绝缘、主绝缘、槽楔和通风沟。

根据电磁理论和机械理论，计算出转子铜损耗、基本铁损耗和附加铁损耗，转化为热密，附加至相应的位置。

根据所述转子三维瞬态温度场的传热方程、边界面和进出口边界，得出转子在不同工况下任意时刻的温度分布规律，根据转子的温度分布规律，根据所述转子最高温度出现的时间和位置，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估；

本发明实施例提供的监测大型汽轮发电机转子短时故障运行的方法，是以大型空冷汽轮发电机转子的新模型为例；但该方法不仅仅局限于空冷汽轮发电机的转子部分，同时适用于任意种类电机的故障监测，具有广泛的适用性。

本发明提供的汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合方法，与传统的稳态温度场计算方法相比，有以下优点：

本发明通过建立转子在正常运行状态下和短时过电流故障状态下的三维瞬态温度场计算模型，得出以下结论：转子任意运行工况下，任意时刻的温度分布都可以通过上述方法得出，通过监测转子最大温度出现的时间和位置，可以有效的出在不同运行状态的临界运行时间，从而更好的判断转子的在正常运行时的工作状态和短时过电流故障下的温度承受时间。

综上所述，本发明实施例通过构建转子在正常运行状态下和短时过电流故障状态下的三维瞬态温度场计算模型，利用有限体积法，分析计算转子不同运行工况下，任意时刻的温度场，为汽轮发电机的在运行中的温度分布的掌握提供了一种新的途径，并极大的提高了判断发电机安全运行的准确性。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空冷汽轮发电机的转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，该方法包括如下流程步骤：

步骤S110：构建空冷汽轮发电机转子的三维实体模型，并对所述三维实体模型进行网格划分，建立对应的发电机转子瞬态温度场计算模型；

步骤S120：计算空冷汽轮发电机的铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗，并将所述铜排铜耗、齿部基本铁耗和附加铁耗分别转化为热密，再将热密附加至所述发电机转子温度场计算模型的对应部位；

步骤S130：对所述发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，得到相应的转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场；

步骤S140：根据所述转子在正常运行时和短时故障时任意时刻的三维瞬态温度场，得到转子所能承载过电压的临界时间和所述转子任意时刻温度分布规律，根据所述转子最高温度出现的时间和位置，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估。

2.根据权利要求1所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：

根据空冷汽轮发电机的实际结构和尺寸，建立发电机转子三维实体模型；所述三维实体模型包括转子铁芯、绕组、槽楔和通风沟；

所述转子铁芯包含转子齿和转子轭，所述转子齿与所述转子轭连接，所述转子齿中间有长方体结构的槽，所述长方体结构的槽内放置了绕组和槽楔；所述的绕组内包括铜排、匝间绝缘和主绝缘，所述的铜排和匝间绝缘交替排列在槽内，所述的主绝缘排列在所述铜排和匝间绝缘的外侧，与转子齿相抵触，所述的铜排和转子轭部有通风沟，所述的槽楔排列在靠近槽口的铜排上侧；

对所述发电机转子瞬态实体模型进行网格划分，建立对应于所述发电机转子在正常运行和短时过电流运行时的三维实体模型的发电机转子瞬态温度场计算模型。

3.根据权利要求2所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S120具体包括：

根据损耗计算公式，基于电磁场理论方法计算出直流电产生的所述空冷汽轮发电机转子的铜排铜耗基本铁损耗；

所述附加铁耗包括定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗、定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗以及转子与氢冷流体的摩擦损耗。

4.根据权利要求3所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，计算所述附加铁耗包括：

其中，Q_2S表示附加铁耗，Q_2vK表示定子磁场高次谐波在转子表面产生的短路损耗，Q_2zK表示定子齿谐波在转子表面产生的短路损耗，Q_2zo表示定子齿谐波在转子表面产生的空载损耗，Q₂表示转子与冷却气体的摩擦损耗；

其中，φ(β)表示定子磁场高次谐波在转子表面产生损耗的计算系数，AS₁表示定子线负荷，K_δ表示气隙系数，δ表示单边气隙，D_i表示定子铁芯内径，p为磁场极对数，l₂表示转子本体长度，f表示转子旋转频率；

其中，φ(δ/t₁)表示定子齿谐波在转子表面产生损耗的计算系数，Z₁表示定子槽数；

其中，B_δ表示气隙中的磁通密度，K_δn表示定子槽的气隙系数，l_ef表示定子铁心净长度；

其中，D₂表示转子外径。

5.根据权利要求4所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S130具体包括：

对发电机转子瞬态温度场计算模型进行计算，分别计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程、边界面和进出口。

6.根据权利要求5所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的传热方程包括：

对所述发电机转子瞬态温度场计算模型，采用标准的流体-传热耦合方程，具体满足以下条件：

质量守恒，

动量守恒，

能量守恒，

其中，ρ为冷却流体密度，v_r为相对速度矢量，r为转动坐标系中的微元体的位置矢量，p为作用于空气微元体上的静压力，τ为因分子粘性作用而产生的作用于微元体表面的粘性应力，ρ(2Ω×v_r+Ω×Ω×r)为科里奥里力，F为微元体上的体积力，T为温度，v为绝对速度，λ为导热系数，c为定压比热，S_r为单位体积内热源产生的热量与c的比值；

利用标准的k-ε模型模拟湍流方程如下：

式中，k为湍流动能，ε为扩散因子，V为流体速度矢量，t为时间，G_k为紊流产生率，u_t为紊流粘性系数，G_1ε、G_2ε为常量，σ_k和σ_ε为紊流普朗克常数；

所述发电机转子瞬态温度场采用流体-传热耦合方法计算，则发电机转子瞬态温度场的传热方程为：

式中，λ_x、λ_y、λ_z分别是不同方向上的传热系数；q_V为内部热源密度,T为流体温度。

7.根据权利要求5所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的边界面包括：

转子铁芯与转轴的接触处做绝热处理，即：

转子两侧为周期性边界；

转子外表面为耦合对流边界，即

式中：为空气出口的平均温度，经多次迭代计算获得；λ为固体壁面的导热系数，根据不同导热材料分别赋值；

在转子通风道内，所有内部流体与壁面交界处均采用耦合对流边界，其中对流换热系数由下述换热微分方程求得：

8.根据权利要求7所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，计算所述发电机转子瞬态温度场计算模型的进出口包括：

所述进出口分别满足入口压力边界和出口压力边界的给定条件，所述入口压力和出口压力根据空冷汽轮发电机的全域风路模型计算得出；根据转子工厂给定的进风风温和计算得出的转子齿表面温度获取入口温度和出口温度。

9.根据权利要求8所述的汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合方法，其特征在于，所述入口压力和出口压力根据空冷汽轮发电机的全域风路模型计算得出包括；

通过建立全域风路模型，结合发电机风扇产生的流体压力值P_f和转子旋转产生的离心压力P_r；流体流过通风通道时，产生局部阻力和沿程阻力，利用下式，计算出各个节点的压力值：

式中，ΔP为压力差值，ζ为阻力系数，l为计算区段的管长，d为计算区段的水力直径，ρ为流体密度，v为流体的速度矢量。

10.根据权利要求9所述的空冷汽轮发电机转子瞬态温度场的多场耦合计算方法，其特征在于，所述步骤S140具体包括：

根据所述转子三维瞬态温度场的传热方程、边界面和进出口，得出转子在不同工况下任意时刻的温度分布规律，根据温度分布规律，对转子在短时故障运行时的临界温度进行评估；

所述转子在不同工况下的最高温度出现的时间和位置均不相同，通过多次计算，可得到计算不同工况下的转子在短时故障运行时的临界温度值。