專利名稱：高壓雙繞組發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓發(fā)電機(jī)，特別是一種雙或三繞組的高壓發(fā)電機(jī)。
眾所周知，目前的大型發(fā)電機(jī)定子上采用三相分布繞組，其目的是削除高次諧波電樞反應(yīng)磁勢(shì)，定子繞組嵌放在分布的定子槽中，對(duì)大型雙極汽輪發(fā)電機(jī)，槽數(shù)一般在30到60之間，由于定子內(nèi)徑受材料強(qiáng)度的限制基本上是個(gè)不易擴(kuò)大的數(shù)值，因此槽的寬度很窄，線圈的絕緣層尺寸受到限制，使得發(fā)電機(jī)的電壓不可能設(shè)計(jì)得很高，一般在20KV以下，這個(gè)電壓等級(jí)遠(yuǎn)非現(xiàn)代大型電站的送電電壓，因此升壓變壓器是解決將電力送到遠(yuǎn)方受電端的必需設(shè)備。但是升壓變壓器是一個(gè)重復(fù)容量的變電設(shè)備，只是為了升高電壓，可是設(shè)置此設(shè)備后有不僅增加了設(shè)備投資、布置設(shè)備的場(chǎng)地和相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，還增加了電力損耗、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、和發(fā)生事故的機(jī)率等一系列問題。
幾十年來人們一直在探索實(shí)現(xiàn)高壓發(fā)電機(jī)的各種途徑，研究及采用新型耐高壓絕緣材料，改變發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)，減少定子每極每相槽數(shù)，但直到現(xiàn)在還沒有得到滿意的可行的結(jié)果。
本發(fā)明的目的是要提供一種新型式的高壓發(fā)電機(jī)，其電壓等級(jí)達(dá)到送電電壓水平，以便省去升壓變壓器，帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益、安全可靠的運(yùn)行，和簡(jiǎn)便維護(hù)的好處。為了達(dá)到此目的，本發(fā)明方案和現(xiàn)有技術(shù)的途徑完全不同，提出在電磁理論、電機(jī)結(jié)構(gòu)、繞組絕緣結(jié)構(gòu)等方面一系列新的方案。
本發(fā)明的高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是和現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子一樣，在定子上按全圓周等分設(shè)置三個(gè)大槽，其中敷設(shè)屬于三個(gè)相的分離的、各占120°的三個(gè)集中繞組，稱為高壓繞組，此三個(gè)集中繞組的共六個(gè)線卷邊兩兩地置于上述三個(gè)大槽中，每個(gè)繞組的兩線卷邊分別跨嵌入相鄰的兩個(gè)大槽中，由于鐵芯上只開三個(gè)大槽，槽可以開得較寬，繞組集中以后，每相對(duì)地(鐵芯)和相間絕緣所占空間相對(duì)于分布繞組減少許多，這使得升高發(fā)電機(jī)電壓而又使用目前可行的絕緣材料成為可能。
高壓繞組的匝數(shù)由下式?jīng)Q定W1=UΦ192.25Φ1---(1)]]>式中UΦ—相電壓；Φ1—基波磁通。
由式(1)式可知提高匝數(shù)就可提高電壓。但是眾所周知，像以上這種集中繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)中含有很強(qiáng)的高次諧波，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是不許可的，必需加以削除，因此在本發(fā)明的高壓發(fā)電機(jī)中和集中的高壓繞組配合，各相還設(shè)置了諧波補(bǔ)償繞組。所述補(bǔ)償繞組分成兩部分，第一補(bǔ)償繞組是補(bǔ)償繞組的集中部分(或簡(jiǎn)稱“集中部分”)，第二補(bǔ)償繞組是補(bǔ)償繞組的分布部分(或簡(jiǎn)稱“分布部分”)，“分布部分”補(bǔ)償繞組相似于普通電機(jī)中的分布繞組，分嵌在相鄰兩大槽中心線對(duì)稱兩側(cè)定子齒面上均布開設(shè)的小槽內(nèi)，此兩部分繞組的幾何中心線與對(duì)應(yīng)相的高壓繞組幾何中心線重合，“集中部分”與同相的高壓繞組同在一個(gè)大槽內(nèi)。
圖1是本發(fā)明高壓發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖。圖中A—Z是高壓繞組，a—x是補(bǔ)償繞組，包括了集中和分布的兩部分。
轉(zhuǎn)子基波磁場(chǎng)對(duì)第二補(bǔ)償繞組(“分布部分”)的感應(yīng)電勢(shì)E1f為E1f=sn1q1ekwia1---(2)]]>其中q1—每極每相槽數(shù)；e—整距匝電勢(shì)；a1—并聯(lián)回路數(shù)，取1；kwi—基波繞組系數(shù)；sn1—每槽有效導(dǎo)體數(shù)，對(duì)于已知電機(jī)這些是已確定的數(shù)據(jù)。
對(duì)于第一補(bǔ)償繞組(“集中部分”)的感應(yīng)電勢(shì)E1g為E1g=32eN---(3)]]>其中N—串聯(lián)匝數(shù)，是個(gè)待定效；e—同前。
設(shè)置補(bǔ)償繞組的目的在于削除磁勢(shì)高次諧波，但又不參與發(fā)生發(fā)電機(jī)電壓，因此應(yīng)有電勢(shì)平衡式E1f＝E1g(4)(4)式的意義是此二電勢(shì)在幅值上相等，在相位上應(yīng)相反，即空載時(shí)，補(bǔ)償繞組中沒有感應(yīng)電勢(shì)，這可以將設(shè)計(jì)成感應(yīng)電勢(shì)幅值相等的第一、第二補(bǔ)償繞組反串聯(lián)達(dá)到。由(2)、(3)、(4)式有N=Kw13/2×sn1q1a1---(5)]]>為了削除高壓繞組諧波磁勢(shì)，還應(yīng)有磁勢(shì)平衡式，即高壓繞組通電流以后，補(bǔ)償繞組中才有電流，且補(bǔ)償繞組的磁勢(shì)正好抵消高壓繞組的諧波磁勢(shì)。
高壓繞組與補(bǔ)償繞組在磁路上相當(dāng)于電流互感器原副邊關(guān)系，互感磁通主要通過大槽槽口和轉(zhuǎn)子(如果能通過的話)兩條磁路耦合，包括高壓繞組磁勢(shì)W1I1；“集中部分”磁勢(shì)NI2和“分布部分”磁勢(shì)Sn1q1I2。這三部分磁勢(shì)的三相之和在氣隙中的分布見圖3，圖中實(shí)線方波為“集中部分”磁勢(shì)，虛線方波是高壓繞組磁勢(shì)，階梯形波則為“分布部分”的磁勢(shì)。如果有W1I1＝NI2(6)氣隙中只剩下“分布部分”的磁勢(shì)Sn1q1I2，這是一個(gè)接近余弦分布的函數(shù)，轉(zhuǎn)子上所發(fā)生的一切物理過程因此也將和普通電機(jī)一樣。(6)式稱之為磁勢(shì)平衡式。
要做到(6)式，措施在于調(diào)整大小槽口的尺寸，因?yàn)楦邏豪@組通電流后，通過大槽口磁鏈給補(bǔ)償繞組勵(lì)磁，根據(jù)此磁鏈和補(bǔ)償繞組的漏磁鏈總和為零的原則(磁鏈不變?cè)瓌t)，可知大槽槽口的尺寸比hk/bk是和包括小槽尺寸等許多參數(shù)有關(guān)的變量，以上hk，bk分別為大槽槽口高度及寬度。研究表明，上述hk/bk的比值在1—1.5為宜。實(shí)際上，大槽槽口寬bk的等效值可以通過在大槽口中插入磁性槽楔來加以調(diào)節(jié)，例如，環(huán)氧布板加鐵粉制成的磁性槽楔的插入相當(dāng)于槽寬bk的減少。理論研究已表明，為滿足(6)式，上述大槽的hk和bk值和小槽尺寸非常接近，將它們?cè)斐上嗤某叽?，可以基本上滿足(6)式關(guān)系，而實(shí)踐中利用磁性槽楔可進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)，以求更精確滿足(6)式的要求。
由于本發(fā)明高壓發(fā)電機(jī)的電壓等級(jí)可以達(dá)到遠(yuǎn)距離送電電壓的程度，因此升壓變壓器不再需要，高壓發(fā)電機(jī)具備了與此聯(lián)系的優(yōu)點(diǎn)和效果。下列表1是按照本發(fā)明的一臺(tái)100兆瓦的110KV高壓發(fā)電機(jī)和同容量普通發(fā)電機(jī)連同升壓變壓器(“發(fā)電機(jī)-變壓器”方案)作比較的各項(xiàng)指標(biāo)。
表1
表2是各項(xiàng)可量化的節(jié)約指標(biāo)。此表數(shù)據(jù)以發(fā)電機(jī)一變壓器方案為基數(shù)計(jì)算的。歸納地說本發(fā)明的效果是表2<
>(1)節(jié)約大量有色金屬、硅鋼片和鋼材，分別可以是48％，49％和50％；(2)定子可以不使用資源短缺的云母；(3)電機(jī)效率可提高0.5-1.0％；(4)維護(hù)簡(jiǎn)便，可靠性高；(5)相應(yīng)地，降低投資，減少運(yùn)行費(fèi)用，至少節(jié)約一臺(tái)變壓器的電能損耗。
電機(jī)容量越大，其經(jīng)濟(jì)效益越顯著。
本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)效益還表現(xiàn)在輔助設(shè)備方面的節(jié)約，如母線、吊車容量、廠用設(shè)備、廠房占有面積以及它們的運(yùn)輸安裝工作量等。
圖1是按照本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是大槽磁勢(shì)。
圖3是氣隙磁勢(shì)分布。
圖4是一相高壓繞組、補(bǔ)償繞組分布部分和集中部分的連接圖。
圖5是補(bǔ)償繞組實(shí)際連接圖。
圖6(a)為高壓繞組槽部油紙密實(shí)包扎型絕緣結(jié)構(gòu)圖；(b)為圖6(a)的局部放大圖；(c)為繞組內(nèi)部連接圖；(d)為圖6(c)的電氣接線圖。
圖7是高壓繞組槽部小油隙型絕緣結(jié)構(gòu)圖。
圖8是110KV以上等級(jí)高壓繞組槽部小油隙型絕緣結(jié)構(gòu)圖。
圖9為高壓繞組槽部圓型絕緣結(jié)構(gòu)圖。
圖10為高壓繞組端部層間插入靜電匝方案示意圖。
圖11為高壓繞組端部增加電容的無共振繞組示意圖。
以下將描述各實(shí)施例。
第一實(shí)施例是一臺(tái)50KW的小樣機(jī)，目的是驗(yàn)證本發(fā)明的電磁理論之正確性。電機(jī)定子設(shè)三個(gè)大槽，第二補(bǔ)償繞組(分布部分)嵌放在總數(shù)為60(包括三個(gè)大槽在內(nèi))的小槽內(nèi)，每極每相槽數(shù)q1＝10，跨距1-26，高壓繞組的跨距按小槽數(shù)計(jì)算為1-21。第一補(bǔ)償繞組(集中部分)其匝數(shù)由(5)式根據(jù)電機(jī)參數(shù)決定。本實(shí)施例參數(shù)有分布部分每槽有效導(dǎo)體數(shù)Sn1＝66，每槽元件邊數(shù)2，每元件串聯(lián)匝數(shù)3，共60匝。
集中部分匝數(shù)64。集中部分和高壓繞組同嵌在一個(gè)大槽中。因此，電機(jī)一共有三個(gè)繞組，三者的幾何中心線重合，集中部分和分布部分反串聯(lián)短路，使得可以滿足(4)式，這樣，第一和第二補(bǔ)償繞組成為一個(gè)補(bǔ)償繞組。
圖4是補(bǔ)償繞組的兩個(gè)部分的連線圖。為清晰起見，只畫出一相，圖中的A＇—Z＇°為集中部分，a—x為分布部分(以點(diǎn)劃線表示的A—Z為高壓部分)。在大槽中的第二補(bǔ)償繞組(分布部分)的匝數(shù)由于和集中部分同處于大槽中，又是反串聯(lián)，因此實(shí)際連線時(shí)可將在大槽中分布部分的匝數(shù)取消，同時(shí)減少相同數(shù)目的集中部分匝數(shù)。如此，在本例中，一個(gè)相在大槽中的第一補(bǔ)償繞組總匝數(shù)為61，而大槽中不再設(shè)第二補(bǔ)償繞組的線匝。實(shí)際的連線還可進(jìn)一步將圖4兩個(gè)補(bǔ)償繞組端部打開，在不改變感應(yīng)電勢(shì)大小的前提下將大槽中元件和附近小槽元件直接相連(而不是集中部分及分布部分各自連接后再互相反串聯(lián))，如圖5所示。對(duì)本例，大槽中屬第一補(bǔ)償繞組的61匝中和小槽內(nèi)的分布部分57匝就近相連，余下4匝可作為調(diào)節(jié)匝數(shù)。這樣不僅大大簡(jiǎn)化了端部，節(jié)省了材料，降低了補(bǔ)償繞組對(duì)地電壓，并為定子分成三瓣創(chuàng)造了有利條件。眾所周知，對(duì)大容量電機(jī)來說，定子分瓣是方便運(yùn)輸所常采用的措施。
本實(shí)施例樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明，高壓繞組與補(bǔ)償繞組電流的測(cè)量值基本上符合(6)式關(guān)系，誤差僅0.4％，相位差為179°15＇，接近反相。由于N的數(shù)值按理論計(jì)算常不是整數(shù)，而實(shí)際制造繞組，導(dǎo)體數(shù)必需就近取整數(shù)，此外還有工藝方面的原因，會(huì)帶來誤差。以上的結(jié)果已是令人滿意。對(duì)第一實(shí)施例樣機(jī)的高壓繞組上電壓波形的檢測(cè)，通過補(bǔ)償繞組開路(無補(bǔ)償)及閉路時(shí)的對(duì)比，采用補(bǔ)償繞組后電壓波形已達(dá)到滿意的結(jié)果。
第二實(shí)施例是一臺(tái)220KV的樣機(jī)，定子鐵心結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償繞組的接線、及繞組參數(shù)選定方法等均和第一實(shí)施例一樣，以下將描述本實(shí)施例的特別部分。所述的特別部分是一種高壓繞組的絕緣結(jié)構(gòu)，它更有利于電機(jī)性能的提高。
圖6是高壓繞組槽部絕緣結(jié)構(gòu)圖。其中6(a)是其總體布置圖。6(b)是線卷段絕緣結(jié)構(gòu)放大圖。6(c)是各線卷段的內(nèi)部連接圖。6(d)為各線卷段電氣結(jié)線圖。槽部主絕緣采用油一紙絕緣，這是一種用油浸電纜紙的密實(shí)包扎絕緣。圖6(a)、(b)示出本例一相高壓繞組串聯(lián)各匝導(dǎo)體12，帶有匝間絕緣11，被疊成第一到第五共五個(gè)線卷段，依次標(biāo)為1—5，每線卷段均包含若干個(gè)導(dǎo)體，本例中按導(dǎo)體順序編號(hào)第一段有導(dǎo)體1—19，第二段有20—41，第三段有42—63，第四段有64—90，第五段391—117，每線卷段導(dǎo)體數(shù)不等是因?yàn)樘幵诟唠娢坏木€卷段，例如第一段，應(yīng)有較厚的對(duì)地絕緣層。為加強(qiáng)冷卻作用，每匝導(dǎo)體上和/或下位置可設(shè)通油孔14。第一線卷段外包第一絕緣層161，第一絕緣層外圍有一層第一均壓罩151，第一均壓罩外包第二絕緣層162，所述第一、第二絕緣層中在線卷段四角處嵌有至少一層金屬均壓箔131，132；所述第二、第三線卷段導(dǎo)體疊層外圍有其第一絕緣層163，該第一絕緣層163中四角處嵌有至少一層金屬均壓箔133，帶有自身第一絕緣層、均壓箔的第二、第三線卷段2、3分置于第一線卷段的第二絕緣層162外按槽深方向的兩側(cè)，在第一、第二、第三線卷段整體的外周包有第二均壓罩152，罩152外包第三絕緣層164；同樣，所述第四、第五線卷段導(dǎo)體疊層外包第一絕緣165，其中四角處嵌至少一層均壓箔，分別置于上述第一、第二、第三線卷段整體的絕緣層164外按槽深方向的兩側(cè)，第一到第五線卷段整體外圍以第三均壓罩153，再包以在四角處嵌有至少一層的均壓箔的第四絕緣層166；最后在最外表面包以第四均壓罩154；此最外層第四均壓罩154接零電位，第一到第三均壓罩依次接到從高到低的不同電位上，在本例中分別是140KV，90.7KV，32.2KV。各線卷段內(nèi)部連結(jié)方式見圖6(c)，從中央的第一線卷段引出主引出線，依次連接次序?yàn)榈诙?、第三、第四、第五線卷段，第五線卷段末端為中點(diǎn)引出線。
最外層的均壓罩接零電位可使線卷外壁和槽壁之間間隙不必專門進(jìn)行填塞也不致因電暈燒壞絕緣層。這種絕緣結(jié)構(gòu)使電場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向垂直于電纜紙層，充分利用紙的絕緣強(qiáng)度。
本例中線卷段為五個(gè)，但不一定限制為五個(gè)，而可以是n個(gè)，其余線卷段的絕緣層、均壓箔、均壓罩的設(shè)置原則則是一樣的。此外，本例的絕緣結(jié)構(gòu)和各線卷段的內(nèi)部連接方法不是唯一的，即對(duì)本發(fā)明高壓發(fā)電機(jī)而言并不限制于本實(shí)施例。
第三實(shí)施例是一個(gè)35KV，3000千瓦發(fā)電機(jī)。由于電機(jī)其它部分和前述例子相似或相同，這里只描述有區(qū)別部分的高壓繞組。其高壓繞組槽部絕緣結(jié)構(gòu)見圖7。這是一種小油隙絕緣類型。圖中21-金屬箔；22-一密封殼；23-油間隙；24-層間油道；25-導(dǎo)體；26-紙筒隔板；27-電容環(huán)。在這種絕緣結(jié)構(gòu)中油間隙藉助于分段的“綁箍”(圖中未示出)形成，箍的厚度即油間隙寬度。高壓繞組串聯(lián)各匝帶匝間絕緣的導(dǎo)體25疊成導(dǎo)體疊層，疊層包括至少一個(gè)導(dǎo)線餅，導(dǎo)體疊層之外由至少一個(gè)紙筒隔板26構(gòu)成至少一個(gè)油間隙23，充以絕緣油為主絕緣層，最外層為絕緣材料制成的密封殼22，殼外包以金屬箔21，接零電位。導(dǎo)體疊層的線餅之間可設(shè)油道24，兼起層間絕緣及冷卻作用。(7)式可用來計(jì)算油間隙最小擊穿電壓UminUmin=Emin(Σdo+ΣoΣpΣdp)---(7)]]>其中∑do—油間隙總距離mm∑dp—紙層總厚度mm∑o—油的介電系數(shù)2.2∑p—油紙的介電系數(shù)3.6—4Emin—油間隙最小擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度研究表明，按三個(gè)油間隙，每個(gè)寬5mm，紙筒厚2mm的狀況，35KV工頻耐壓，其裕度為2.7倍。對(duì)110KV級(jí)可用4個(gè)油間隙，220KV級(jí)可用6—7個(gè)油間隙。
對(duì)于＝110KV以上等級(jí)電壓的場(chǎng)合，層間絕緣可采用密實(shí)結(jié)構(gòu)，即用絕緣板28代替油道24作層間絕緣，一種實(shí)例見圖8所示。在本例中各匝導(dǎo)體由分裂的雙根導(dǎo)棒251構(gòu)成，各匝相應(yīng)的分裂導(dǎo)棒分別組成線餅，油道29設(shè)在所述線餅之間，由于油道29上不承受電壓，它僅起冷卻作用。層間絕緣28用絕緣板構(gòu)成。在線餅按槽寬方向兩側(cè)可設(shè)靜電匝30。在圖7、8的實(shí)例中導(dǎo)體疊層按槽深方向兩側(cè)可設(shè)電容環(huán)27，關(guān)于電容環(huán)和靜電匝的作用將在下面敘述。
第四實(shí)施例是一個(gè)使用圓型高壓繞組絕緣結(jié)構(gòu)的本發(fā)明高壓發(fā)電機(jī)，這個(gè)例子定子槽形相應(yīng)地為圓形，其他相似于前述各例。圖9是為這種絕緣結(jié)構(gòu)的示意圖，在帶中心孔39的絕緣支撐38上按圓周方向排列有至少一層帶匝間絕緣的導(dǎo)線31構(gòu)成的導(dǎo)體層，同一層首尾匝之間設(shè)絕緣35，導(dǎo)體層間設(shè)絕緣環(huán)36，最外層導(dǎo)體層外依次包有主絕緣層34、金屬的屏蔽環(huán)33，及保護(hù)層32。絕緣環(huán)36上可設(shè)通油孔37供絕緣油流通，兼作絕緣和冷卻介質(zhì)。這種絕緣結(jié)構(gòu)類似電纜，因此耐壓性能良好。
本發(fā)明的高壓繞組特點(diǎn)是導(dǎo)體長(zhǎng)度短，總匝數(shù)較少，匝間電壓高，但這正好充分利用匝間絕緣裕度。由于每匝長(zhǎng)度大，層間面積較大，縱向電容就大，因而沖擊波作用后電磁振蕩較弱，有很好的耐沖擊性。研究表明，本發(fā)明發(fā)電機(jī)沖擊起始電壓在各層間分布較均勻，但電壓陡度的最大值卻降低不多。考慮到本發(fā)明高壓發(fā)電機(jī)是直接接向電網(wǎng)，線路上受沖擊電壓時(shí)，它將承受此過電壓，盡管本發(fā)明發(fā)電機(jī)固有的性質(zhì)使其有較好的耐沖擊性，但在高壓繞組上加設(shè)均壓措施有助于增強(qiáng)防沖擊能力，特別是對(duì)35KV以上等級(jí)的發(fā)電機(jī)。
措施之一是在槽部線餅之外加設(shè)靜電匝，參見圖8中標(biāo)號(hào)30所示，它不與帶電體相連，目的是把層間電壓均勻化而降下來，還有使紙板層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度盡可能垂直紙面。
措施之二是加設(shè)電容環(huán)，即包有絕緣層的銅帶，參見圖7和圖8。
措施之三是在端部上采取，具體辦法有設(shè)電容鏈、內(nèi)屏蔽線匝和做成無共振繞組等。
加內(nèi)屏蔽線匝的方案見圖10，在端部相鄰線餅42之間加入線匝41(包有絕緣的導(dǎo)電箔)，互相連起來，但不與各繞組的線匝有電連接，這實(shí)質(zhì)上是增加餅間電容量，降低沖擊起始電壓分布特性系數(shù)，增加電壓分布均勻性。
無共振繞組的方案示意見圖11，繞組端部各線餅以靠近定子機(jī)座的為下部，由上部第一線餅開始由大到小恰當(dāng)?shù)販p少餅間電容，每層所減少的電容值等于從該層開始向下的對(duì)地電容之總和，假定線餅由上到下有n個(gè)，則第x和(x＋1)層之間減少的電容是(n－x)個(gè)單位值，這樣可以保證電壓沿縱向成直線分布。
由于高壓繞組外殼包以金屬箔或涂以半導(dǎo)體漆作為接地層，在雷電過電壓時(shí)，它的磁場(chǎng)被屏蔽住，對(duì)于補(bǔ)償繞組沒有感應(yīng)，其絕緣不會(huì)受威脅。
以上描述都放在定子方面，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子方面現(xiàn)有技術(shù)都適合于本發(fā)明的發(fā)電機(jī)。
關(guān)于冷卻方式，在描述本發(fā)明的實(shí)施例的絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)已經(jīng)涉及，即其中留有油通道，就冷卻原則來說并非必需限定在油冷卻方式，在高壓繞組中特別使用油作為絕緣介質(zhì)時(shí)兼作冷卻介質(zhì)是有利的，這種場(chǎng)合，在定轉(zhuǎn)子之間加密封絕緣筒將定子封閉起來通入油，或者高壓線卷本身密封油浸絕緣都是可以的，可和電機(jī)容量、電壓及轉(zhuǎn)子冷卻方式統(tǒng)一考慮采用。
此外，補(bǔ)償繞組是低壓的，并且大容量汽輪發(fā)電機(jī)的氣隙足夠大，將補(bǔ)償繞組設(shè)置在氣隙中而不另行開小槽的方案也是可行的，這種氣隙補(bǔ)償繞組方案的形成原則和敷設(shè)在小槽中的方案是完全一致的，故不再細(xì)述。
以上的描述都是本發(fā)明發(fā)電機(jī)是一種達(dá)到電網(wǎng)電壓的高壓發(fā)電機(jī)，實(shí)際上其用途可以擴(kuò)展到低電壓大電流的大容量發(fā)電機(jī)方面。普通分布繞組的低壓大電流發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)所限匝數(shù)不能降到極小數(shù)值，使電壓不能降至極低數(shù)值，而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)由于定子主繞組集中而不受此限，最低匝數(shù)可為1。這種用途的本發(fā)明發(fā)電機(jī)將具有用于高壓發(fā)電機(jī)時(shí)的除了適應(yīng)于高電壓的絕緣結(jié)構(gòu)和耐沖擊過電壓措施之外的基本結(jié)構(gòu)，即定子大小槽、主繞組和補(bǔ)償繞組配置、氣隙補(bǔ)償繞組及第一和第二補(bǔ)償繞組的連接法等。
權(quán)利要求
1.高壓發(fā)電機(jī)，其特征是其定子上等距離設(shè)三個(gè)大槽，相鄰兩大槽之間的齒面上均布多個(gè)小槽；高壓繞組的三個(gè)線卷對(duì)應(yīng)于三個(gè)相，其中每一個(gè)線卷之兩個(gè)線卷邊兩兩地嵌放在相鄰的大槽內(nèi)；定子上設(shè)有第一補(bǔ)償繞組，其三個(gè)線卷對(duì)應(yīng)于三個(gè)相，其中每一個(gè)線卷之兩個(gè)線卷邊相應(yīng)地嵌放在相鄰的兩大槽內(nèi)；定子上設(shè)有第二補(bǔ)償繞組，是個(gè)分布繞組，均勻嵌放在包括大槽在內(nèi)的相鄰兩大槽中心線對(duì)稱兩側(cè)所述小槽內(nèi)，使所述第二補(bǔ)償繞組的每一相其幾何中心線和屬于同一相的高壓繞組的及第一補(bǔ)償繞組的幾何中心線一致；所述各相第一、第二補(bǔ)償繞組各自的感應(yīng)電勢(shì)值相等，互相對(duì)接使相位相反；所述第一補(bǔ)償繞組的磁勢(shì)(I2N)等于所述高壓繞組的磁勢(shì)值(I1W1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)電機(jī)，其特征是所述大槽的槽口高度hk寬度bk之比的值為1—1.5之間，所述小槽的深度和寬度等于上述h.k和b.k。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)電機(jī)，其特征是所述大槽槽口內(nèi)使用磁性槽楔，用以調(diào)節(jié)所述第一補(bǔ)償繞組磁勢(shì)(I2N)等于高壓繞組磁勢(shì)(I1W1)的條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1—3的發(fā)電機(jī)，其特征是所述第一、第二補(bǔ)償繞組對(duì)接以使感應(yīng)電勢(shì)相位相反時(shí)按以下方式進(jìn)行第一補(bǔ)償繞組一個(gè)線卷邊的各匝直接和鄰近小槽內(nèi)的第二補(bǔ)償繞組各線卷邊內(nèi)各匝連接，大槽內(nèi)第二補(bǔ)償繞組的各匝取消，相應(yīng)地減少第一補(bǔ)償繞組同等數(shù)量的匝數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)，其特征是不設(shè)所述小槽，所述第二補(bǔ)償繞組是均勻布置在和氣隙交界的定子鐵芯表面上的氣隙繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)，其特征是所述高壓繞組的槽部絕緣結(jié)構(gòu)是槽部高壓繞組串聯(lián)各匝的導(dǎo)體(12)帶匝間絕緣(11)后按電位高低疊成依次為第一到第n個(gè)線卷段(1-n)，n為1或以上的整數(shù)，每個(gè)線卷段外周包以第一絕緣層(161)，第一絕緣層外圍有第一均壓罩(151)，其外包有第二絕緣層(162)，在所述第一、第二絕緣層內(nèi)線卷段四角處嵌有至少一層金屬均壓箔(131、132)；所述第二、第三線卷段(2、3)的導(dǎo)體疊層之外周包有其第一絕緣層(163)，該絕緣層(163)內(nèi)四角處嵌有至少一層金屬均壓箔(133)，上述帶有其自身的第一絕緣層(163)、均壓箔(133)的第二、第三線卷段分置于第一線卷段的第二絕緣層(162)外按槽深方向的兩側(cè)，在第一、第二、第三線卷段整體的外周包有第二均壓罩(152)，罩外圍有第三絕緣層(164)；其余線卷段按此次序先包以本身的四角嵌有至少一層均壓箔的第一絕緣層，置于已成一體的在先的各線卷段在槽深方向的兩側(cè)，一起圍以均壓罩，再包以絕緣層；在n個(gè)線卷段按上述次序包扎完畢后的最外層絕緣層外包以接零電位的最后一個(gè)均壓罩；從所述第一均壓罩(151)起到最外層的最后一個(gè)均壓罩依次接到從高到低的不同電位，最后一個(gè)均壓罩為零電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)電機(jī)，其特征是各線卷段內(nèi)部連接為主引出線從第一線卷段引出，依次連接次序?yàn)榈诙⒌谌?、第三、第五……第n線卷段，最后的線卷段的末端為中點(diǎn)引出線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)電機(jī)，其特征是所述每個(gè)導(dǎo)體處均設(shè)有通油孔(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)，其特征是所述高壓繞組的槽部絕緣結(jié)構(gòu)是槽部高壓繞組的串聯(lián)各匝導(dǎo)體(25)包以匝間絕緣后疊成導(dǎo)體疊層，疊層包括至少一個(gè)導(dǎo)線餅，導(dǎo)體疊層外由至少一個(gè)紙筒隔板(26)構(gòu)成油間隙(23)充以絕緣油為主絕緣層，最外層為絕緣材料制成的密封殼(22)，所述密封殼外包以金屬箔(21)，接零電位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)電機(jī)，其特征是在所述導(dǎo)體疊層的導(dǎo)線餅之間留有至少一個(gè)油道(24)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)電機(jī)，其特征是所述導(dǎo)體疊層在按槽深方向的上、下側(cè)設(shè)電容環(huán)(27)和/或在導(dǎo)線餅按槽寬方向兩側(cè)設(shè)靜電匝(30)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)電機(jī)，其特征是所述每匝導(dǎo)體由分裂的雙根導(dǎo)棒(251)構(gòu)成，各匝對(duì)應(yīng)的分裂導(dǎo)棒分別組成導(dǎo)線餅，油道(29)設(shè)在所述分裂導(dǎo)棒各自的線餅之間；層間絕緣為絕緣板(28)。
13.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)，其特征是所述高壓繞組槽部是圓形的，相應(yīng)的定子槽形也是圓形，其絕緣結(jié)構(gòu)是在帶中心孔(39)的絕緣支撐(38)上按圓周方向排列有至少一層帶匝間絕緣的導(dǎo)線(31)構(gòu)成的導(dǎo)體層，同一層首尾匝之間設(shè)絕緣(35)，導(dǎo)體層之間設(shè)絕緣環(huán)(36)，最外層導(dǎo)體層外依次包圍有主絕緣(34)，金屬的屏蔽環(huán)(33)，及保護(hù)層(32)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)電機(jī)，其特征是所述絕緣環(huán)(36)上設(shè)有通油孔(37)供絕緣油流通。
15.根據(jù)權(quán)利要求4、6或9的發(fā)電機(jī)，其特征是所述高壓繞組端部相鄰線餅之間插入線匝(41)，各插入線匝相鄰層間互相電連接；和/或所述高壓繞組各線餅層間按以下減少電容以靠近定子機(jī)座的端部線餅為下部，由上部第一層線餅開始每層減少電容值，所減少的電容值等于從該層開始向下的對(duì)地電容值總和。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)電機(jī)，其特征是對(duì)35KV電壓等級(jí)高壓繞組有以2mm紙筒隔板構(gòu)成5mm寬的所述油間隙3個(gè)；對(duì)110KV電壓等級(jí)油間隙設(shè)5個(gè)；對(duì)220KV等級(jí)，油間隙設(shè)6-7個(gè)。
17.一種低壓大電流發(fā)電機(jī)，其特征是定子上等距離設(shè)三個(gè)大槽，相鄰兩大槽之間的齒面上均布多個(gè)小槽；高壓繞組的三個(gè)線卷對(duì)應(yīng)于三個(gè)相，其中每一個(gè)線卷之兩個(gè)線卷邊兩兩地嵌放在相鄰的大槽內(nèi)，最低匝數(shù)為1；定子上設(shè)有第一補(bǔ)償繞組，其三個(gè)線卷對(duì)應(yīng)于三個(gè)相，其中每一個(gè)線卷之兩個(gè)線卷邊相應(yīng)地嵌簇在相鄰的兩大槽內(nèi)；定子上設(shè)有第二補(bǔ)償繞組，是個(gè)分布繞組，均勻嵌放在包括大槽在內(nèi)的相鄰兩大槽中心線對(duì)稱兩側(cè)所述小槽內(nèi)，所述第二補(bǔ)償繞組的每一相其幾何中心線屬于同一相的高壓繞組的及第一補(bǔ)償繞組的幾何中心線一致；所述各相第一、第二補(bǔ)償繞組各自的感應(yīng)電勢(shì)值相等，互相對(duì)接使相位相反；所述第一補(bǔ)償繞組的磁勢(shì)(I2N)等于所述高壓繞組的磁勢(shì)值(I1W1)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)電機(jī)，其特征是所述第一、第二補(bǔ)償繞組對(duì)接以使感應(yīng)電勢(shì)相位相反時(shí)按以下方式進(jìn)行第一補(bǔ)償繞組一個(gè)線卷邊的各匝直接和鄰近小槽內(nèi)的第二補(bǔ)償繞組各線卷邊內(nèi)各匝連接，大槽內(nèi)第二補(bǔ)償繞組的各匝取消，相應(yīng)地減少第一補(bǔ)償繞組同等數(shù)量的匝數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的發(fā)電機(jī)，其特征是不設(shè)所述小槽，所述第二補(bǔ)償繞組是均勻布置在和氣隙交界的定子鐵心表面上的氣隙繞組。
全文摘要
一種有電網(wǎng)電壓的高壓發(fā)電機(jī)，定子采用三個(gè)大槽及均布的多個(gè)小槽，大槽內(nèi)設(shè)集中的高壓繞組，另設(shè)有和高壓繞組幾何中心線相同的在大槽內(nèi)的集中補(bǔ)償繞組和分布在小槽內(nèi)的分布補(bǔ)償繞組，二者感應(yīng)電勢(shì)相同，互相短接得使相位相反，集中補(bǔ)償繞組的磁勢(shì)和高壓繞組的磁勢(shì)相等。高壓發(fā)電機(jī)波形良好，并有好的耐沖擊性能。發(fā)電機(jī)直接接在電網(wǎng)上，省去升壓變壓器，節(jié)省銅、鋼、硅鋼片50％左右，及和升壓變壓器相關(guān)的設(shè)備、場(chǎng)地投資和運(yùn)行費(fèi)用，免除了升壓變壓器的電能損耗，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
文檔編號(hào)H02K3/12GK1124419SQ94118578
公開日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1994年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月5日
發(fā)明者郭建華 申請(qǐng)人:甘肅省電力工業(yè)局電力試驗(yàn)研究所