專利名稱：圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)電機領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓發(fā)電機。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的大型旋轉(zhuǎn)電機定子線棒由外包介電強度高的環(huán)氧為主絕緣的長方 形截面導(dǎo)體組成，為減少渦流損耗，各股線必須彼此絕緣，并沿線棒按復(fù)雜的 形狀進行換位。為使電場均勻，避免產(chǎn)生電暈，在繞組端區(qū)域必須采用復(fù)雜的
措施。發(fā)電機的傳統(tǒng)設(shè)計使發(fā)電機的額定輸出電壓很難超過30 35kV(我國目 前最高為20kV)。相反，電網(wǎng)傳輸電壓逐漸提高，目前最高已達800kV。
傳統(tǒng)的中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當空氣從電機內(nèi)部流 過時，將電機所產(chǎn)生的熱量帶走。當電機的容量很大時，這種冷卻方式的局限 性就很突出。所以大型電機使用氫氣、油或非導(dǎo)電水作為冷卻介質(zhì)，但氫氣容 易與空氣混和發(fā)生爆炸，還必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電 機內(nèi)部，如以油為介質(zhì)存在有泄漏、引起火災(zāi)的隱患，而當用水作為冷卻介質(zhì) 時，水必須采用過濾非導(dǎo)電水，需要另外的過濾設(shè)置。

實用新型內(nèi)容
本實用新型為了解決現(xiàn)有發(fā)動機所存在的額定輸出電壓小、渦流損耗大、 設(shè)備繁雜的問題，以及現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的局限性，而提出了一種圓形截面定子繞 組的高壓發(fā)電機。
本實用新型的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機由定子和轉(zhuǎn)子組成；定子由 機座l、鐵芯2、定子繞組3和散熱水管4組成；定子繞組3的截面為圓形；
定子繞組3由內(nèi)而外依次為導(dǎo)體3-l，內(nèi)部半導(dǎo)體層3-2，絕緣層3-3，外部半 導(dǎo)體層3-4組成，導(dǎo)體3-1為單股導(dǎo)線或鉸繞的多股導(dǎo)線，外部半導(dǎo)體層3-4 和地電勢相連；沿鐵芯2徑向方向開有浪型繞組槽2-l;定子繞組3置于鐵芯 2的浪型繞組槽2-1內(nèi)，定子繞組3與浪型繞組槽2-1間隙配合；鐵芯2軛的 圓周方向上均勻開有至少四個圓形散熱槽2-2，散熱水管4置于圓形散熱槽2-2 內(nèi)。本實用新型具有以下優(yōu)點-
效率使用本實用新型電機的電廠的效率比一個常規(guī)電廠的效率高 0.5~2.0%。對于一個120MW的電廠，則效率高1.5%。這意味著具有本實用 新型電機的電廠將比常規(guī)電廠多產(chǎn)1.8MW的電，將有效的提高電廠的經(jīng)濟效
無功功率容量本實用新型的發(fā)電機減少了升壓變壓器的無功功率的損 耗，但其自身的無功損耗有所加大，是由于高壓發(fā)電機的耐用設(shè)計，但它能比 無功功率補償器更長時間的處在過載情況下。這點在高壓傳輸電網(wǎng)的擾動情況 下是非常有利的。
維護可利用率因為由高壓發(fā)電機組建的電廠相對于傳統(tǒng)電廠有更少的 元件，因此維護起來比較方便簡單。高壓發(fā)電機在高電壓低電流的情況下工作， 因此，定子繞組上產(chǎn)生的熱量將比相同功率等級的傳統(tǒng)發(fā)電機的定子繞組產(chǎn)生 的熱量低。由此，高壓發(fā)電機能在低溫下運行，使得定子繞組的材料承受較低 的壓力，這樣將使它產(chǎn)生更少的故障和更高的可利用率。
故障電流本實用新型的電機與傳統(tǒng)發(fā)電機比較，突然短路電流比預(yù)計的 要小很多。
投資比較將冷卻系統(tǒng)簡化，克服了使用氫冷易發(fā)生爆炸；使用水冷需過 濾裝置的缺點；直接采用純凈自來水，無需過濾，省去了相應(yīng)設(shè)備，使成本大 大降低；與傳統(tǒng)發(fā)電機比較，建設(shè)本實用新型發(fā)電機的電站比建設(shè)傳統(tǒng)發(fā)電機 電站的總投資也有減少，設(shè)備造價可節(jié)約10%左右。
環(huán)保因素使用能量變換器的電站對環(huán)境的重要貢獻緣于效率的提高，從 而減少對自然資源的需求。由于省去了升壓變壓器，所以就避免了變壓器漏油 起火等環(huán)境和安全問題。
工藝安全由于繞組不需要換位，省去了復(fù)雜的換位工藝使下線工藝簡化 且綁扎工藝簡單；實現(xiàn)了繞組下線和裝配一體化；運行時端部為零電位，能 很好保證操作人員安全。
利用本實用新型可以取消發(fā)電機側(cè)開關(guān)、母線、沖擊電壓保護器、升壓變 壓器及它們相應(yīng)的基建，也簡化了它本身的冷卻系統(tǒng)，使總體造價大幅度降低; 同時也沒有了這些設(shè)備帶來的有功和無功損耗，使用該高壓電機可以直接并網(wǎng)，使發(fā)電、升壓一體化，總體結(jié)構(gòu)可靠，占地少，維護少，總效率高，使電
廠的效率和效益提高；由于設(shè)備減少，系統(tǒng)的可用率提高，可靠性提高，維護 費用降低；它通常比傳統(tǒng)發(fā)電機的慣性常數(shù)(GD勺大，有利于電力系統(tǒng)的安全、 穩(wěn)定運行；它的運行穩(wěn)定性與常規(guī)發(fā)電機比較有較大提高；它的效率高，生產(chǎn) 同樣的電能所用燃料減少，可降低廢氣排放；由于取消了升壓變壓器，消除了 因漏油、著火等帶來的危害，因此高壓發(fā)電機的利用對環(huán)境保護也大有益處。

圖1是本實用新型的縱向剖視圖；圖2和圖3是定子繞組3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是定子繞組3的絕緣層3-3均勻纏繞時鐵芯2徑向剖視圖；圖5是圖4的 a部放大圖；圖6是定子繞組3的絕緣層3-3均勻纏繞時嵌有槽楔2-3的鐵芯2 徑向剖視圖；圖7是圖6的b部放大圖；圖8是定子繞組3的絕緣層3-3階梯 步進纏繞時鐵芯2徑向剖視圖；圖9是圖8的c部放大圖；圖10是定子繞組 3的絕緣層3-3階梯步進纏繞時嵌有槽楔2-3的鐵芯2徑向剖視圖；圖11是圖 10的d部放大圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1 圖11說明本實施方式，本實施方式由定子 和轉(zhuǎn)子組成；定子由機座l、鐵芯2、定子繞組3和散熱水管4組成；定子繞 組3的截面為圓形；定子繞組3由內(nèi)而外依次為導(dǎo)體3-l，內(nèi)部半導(dǎo)體層3-2， 絕緣層3-3，外部半導(dǎo)體層3-4組成，導(dǎo)體3-l為單股導(dǎo)線或鉸繞的多股導(dǎo)線， 外部半導(dǎo)體層3-4和地電勢相連；沿鐵芯2徑向方向開有浪型繞組槽2-l;定 子繞組3置于鐵芯2的浪型繞組槽2-l內(nèi)，定子繞組3與浪型繞組槽2-1間隙 配合；鐵芯2軛的圓周方向上均勻開有至少四個圓形散熱槽2-2，散熱水管4 置于圓形散熱槽2-2內(nèi)。定子繞組3的截面為圓形，從麥克斯韋方程可知，圓 形導(dǎo)體在周圍產(chǎn)生均勻的電場。具有導(dǎo)致發(fā)電機輸出電壓的增長，使它發(fā)出的 電壓超過36kV以使它能直接和輸配電網(wǎng)相連，達到和傳輸網(wǎng)絡(luò)相同的電壓等 級，高壓發(fā)電機將傳統(tǒng)發(fā)電機和變壓器的功能合二為一，并使電場強度達到 10kV/mm，由于高壓發(fā)電機的定子電壓大幅度提高，那么它的定子電流遠遠低 于同功率常規(guī)發(fā)電機的定子電流。低電流就意味著端部繞組的機械力降低了， 繞組端部的問題相對于常規(guī)發(fā)電機簡單了。為了保證外皮維持在地電位，定子繞組3的外部半導(dǎo)體層3-4具有一定的導(dǎo)電能力，使電場局限在電纜內(nèi)，不必 像在常規(guī)發(fā)電機中那樣，控制端部線圈區(qū)域中的電場，簡化了電場控制。在繞 組的全體區(qū)域，都沒有局部放電或電暈的危險；由于線圈端部區(qū)域處于地電勢， 人身安全得到了保障。導(dǎo)體3-l采用單股導(dǎo)線或鉸繞的多股導(dǎo)線，解決了渦流 損耗問題。大多數(shù)的熱在定子鐵芯中產(chǎn)生，定子鐵芯被限制在地電勢。不具有 輻射性風(fēng)道的軸向冷卻系統(tǒng)的一個優(yōu)點是定子鐵芯變得均勻，這就縮短了總的 鐵芯長度而且提高了效率。由于散熱系統(tǒng)被限制在地電勢，所以就沒必要用傳 統(tǒng)水冷定子繞組中的去離子水。因此，普通自來水可以用作高壓發(fā)電機定子鐵 芯的冷卻介質(zhì)，而轉(zhuǎn)子和端部用空氣冷卻方式。
具體實施方式
二結(jié)合圖4 圖7說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于置于浪型繞組槽2-1內(nèi)的定子繞組3的絕緣層3-3均勻 纏繞在內(nèi)部半導(dǎo)體層3-2上。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖8 圖11說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于置于浪型繞組槽2-1內(nèi)的定子繞組3分為m組，m》2， 從鐵芯2的圓心向圓周方向分布的第一組到第m組的定子繞組3的絕緣層3-3 的厚度分組逐漸遞增。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。本實施方 式中的定子繞組3的絕緣3-3采用的是階梯步進纏繞，這是因為發(fā)電機的感應(yīng) 電壓從定子繞組中性點到線末端逐漸增加，使得電纜沿著繞組方向產(chǎn)生不同的 電應(yīng)力。因此，在繞組的前幾匝使用較薄的絕緣，隨后的匝數(shù)依次增加絕緣厚 度，使用階梯步進絕緣還可以確保定子齒寬的恒定，這種階梯步進式絕緣纏繞 使疊壓鐵芯也得到優(yōu)化利用。
具體實施方式
四結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于絕緣層3-3采用硅電介質(zhì)交聯(lián)聚乙烯。其它組成和連接 方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖6、圖7、圖10和圖11說明本實施方式，本實 施方式與具體實施方式
二不同點在于浪型繞組槽2-l的一個長邊為直線邊，并 增加了槽楔2-3，槽楔2-3由可塑性材料制成的管狀物結(jié)構(gòu)，槽楔2-3設(shè)置于 定子繞組3和浪型繞組槽2-l的槽壁之間，槽楔2-3的管中注滿液體硅膠，液 體硅膠與槽楔2-3的管壁固化定型為一體結(jié)構(gòu)。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。浪型繞組槽2-l很深且齒很長，機械上容易造成齒的彎曲剛度 降低，產(chǎn)生低頻共振，為了確保定子繞組3和鐵芯2之間有良好的電接觸采用 槽楔2-3固定，同時可減少定子繞組3在浪型繞組槽2-1中振動而引起外部半 導(dǎo)體層磨損。
具體實施方式
六結(jié)合圖4 圖11說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于散熱水管4是交聯(lián)聚乙烯水管。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。交聯(lián)聚乙烯水管的運用可以消除管子和鐵芯間短路的危 險，也可以消除在接頭和管子中產(chǎn)生渦流的問題。
權(quán)利要求1、圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，它由定子和轉(zhuǎn)子組成；其特征在于定子由機座(1)、鐵芯(2)、定子繞組(3)和散熱水管(4)組成；定子繞組(3)的截面為圓形；定子繞組(3)由內(nèi)而外依次為導(dǎo)體(3-1)，內(nèi)部半導(dǎo)體層(3-2)，絕緣層(3-3)，外部半導(dǎo)體層(3-4)組成，導(dǎo)體(3-1)為單股導(dǎo)線或鉸繞的多股導(dǎo)線，外部半導(dǎo)體層(3-4)和地電勢相連；沿鐵芯(2)徑向方向開有浪型繞組槽(2-1)；定子繞組(3)置于鐵芯(2)的浪型繞組槽(2-1)內(nèi)，定子繞組(3)與浪型繞組槽(2-1)間隙配合；鐵芯(2)軛的圓周方向上均勻開有至少四個圓形散熱槽(2-2)，散熱水管(4)置于圓形散熱槽(2-2)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，其特征在于 置于浪型繞組槽(2-l)內(nèi)的定子繞組(3)的絕緣層(3-3)均勻纏繞在內(nèi)部半導(dǎo)體層 (3國2)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，其特征在于 置于浪型繞組槽(2-l)內(nèi)的定子繞組(3)分為m組，m》2，從鐵芯(2)的圓心向圓 周方向分布'的第一組到第m組的定子繞組(3)的絕緣層(3-3)的厚度分組逐漸遞增。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，其特征 在于絕緣層(3-3)采用硅電介質(zhì)交聯(lián)聚乙烯。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，其特征在于 浪型繞組槽(2-l)的一個長邊為直線邊，并增加了槽楔(2-3)，槽楔(2-3)由可塑性 材料制成的管狀物結(jié)構(gòu)，槽楔(2-3)設(shè)置于定子繞組(3)和浪型繞組槽(2-l)的槽 壁之間，槽楔(2-3)的管中注滿液體硅膠，液體硅膠與槽楔(2-3)的管壁固化定型 為一體結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機，其特征在于 散熱水管(4)是交聯(lián)聚乙烯水管。
專利摘要圓形截面定子繞組的高壓發(fā)電機。本實用新型涉及發(fā)電機領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有發(fā)動機所存在的額定輸出電壓小、渦流損耗大、設(shè)備繁雜的問題，以及現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的局限性。它的定子繞組(3)的截面為圓形；定子繞組(3)由內(nèi)而外依次為導(dǎo)體(3-1)，內(nèi)部半導(dǎo)體層(3-2)，絕緣層(3-3)，外部半導(dǎo)體層(3-4)組成，導(dǎo)體(3-1)為單股導(dǎo)線或鉸繞的多股導(dǎo)線，外部半導(dǎo)體層(3-4)和地電勢相連；沿鐵芯(2)徑向方向開有浪型繞組槽(2-1)；定子繞組(3)置于鐵芯(2)的浪型繞組槽(2-1)內(nèi)，定子繞組(3)與浪型繞組槽(2-1)間隙配合；鐵芯(2)軛的圓周方向上均勻開有至少四個圓形散熱槽(2-2)，散熱水管(4)置于圓形散熱槽(2-2)內(nèi)。本實用新型使發(fā)電、升壓一體化，總體結(jié)構(gòu)可靠，占地少，維護少，總效率高，使電廠的效率和效益提高。
文檔編號H02K3/30GK201134709SQ20072011777
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者戈寶軍, 梁艷萍, 陶大軍 申請人:哈爾濱理工大學(xué)