[发明专利]具有减小的功率增量的高电压定子线圈

说明书

技术领域

本发明涉及高电压定子线圈，并且更特别地涉及用于抑制在定子线圈内放电的方法和设备。尽管以下的讨论关注的是用于涡轮式发电机的定子线圈，但是本发明也能够应用于包括电动马达的其他电动机。

背景技术

常规涡轮式发电机具有转子和定子。该转子缠绕有设置在转子本体中的狭槽中的励磁绕组。该定子缠绕有设置在定子本体中的狭槽中的定子线圈。当转子通过诸如蒸汽轮机或燃气轮机之类的外部机械能量源旋转并将励磁电流提供给励磁绕组时，在定子线圈中就感生了电能。

定子线圈通常由被称作为绞线的多个独立导体构造成。这些绞线堆叠在一起以形成能够承载高电压和高电流的较大的导体(或线圈)。在许多定子线圈中，绞线被扭成交织的图案，而不是以一个位于另一个上方的方式简单地堆叠。这种交织技术被称为罗贝尔处理(Roebelling)。罗贝尔处理有助于防止定子线圈的最靠近转子的内绞线比离转子较远的外绞线承载更多的电流(并且产生更多的热)。罗贝尔处理有助于确保每条绞线都承载类似数量的电流并且产生类似数量的热。

罗贝尔填充物是用于填充由这些经罗贝尔处理的绞线形成的不规则表面并使其变得平滑的绝缘材料。罗贝尔填充物通常包括树脂浸渍毛毡材料或云母剥片，该树脂浸渍毛毡材料或云母剥片通过对浸渍材料同时进行加热并压缩的工艺粘结至不平坦的线圈表面，从而使热固性树脂液化并填充不规则线圈表面的空隙，并且随后硬化。在制造的这个阶段所形成并粘结的线圈被称作为“硬结线圈(bakelized coil)”。在粘结阶段完成之后，云母带地壁围绕加固的线圈形成并且真空浸渍有环氧树脂。该线圈随后按压并烧硬成最终的固化绝缘结构。

由于罗贝尔填充物在大气条件下被处理并固化至线圈表面，因此气泡可能会被带入填充物中，从而在硬化的环氧树脂中形成了空隙。高电压定子线圈的绝缘系统内的空隙可以是在电测试期间或者在电机中线圈的操作期间的放电源。线圈的绝缘系统内的放电或电晕活动可能对绝缘的整体性不利，并且可能引起线圈的过早发生故障。在空气冷却的线圈中，高电压线圈内的局部放电也可能引起整个定子绕组的过早发生故障。

在高电压线圈的制造之后，每个线圈均经受一系列的电测试。所有线圈必须要通过的一个测试为功率因数增量(power factor tip-up)的测量。功率因数增量测试结果指示线圈的加固程度以及线圈内的空隙的影响。高电压在测试过程中被施加至线圈，并且功率因数利用功率因数桥(power factor bridge)来测量。在线圈中发生的任何内部放电均会引起线圈的功率因数增量的增大。局部放电最可能的来源为不可浸透的封闭的空隙，该空隙通常为与以上提到的罗贝尔填充材料相关联的在环氧树脂中捕集的气泡。由于线圈在标准大气压(1atm)下被硬结，因此硬化的环氧树脂捕集一些空气。如果固化的环氧树脂中捕集的空气在施加功率因数测试电压时处于电场路径中，则随后可能发生局部放电活动并引起高的功率因数增量。功率因数增量的幅度根据施加的电压的水平、空隙的尺寸以及其在罗贝尔填充材料中的位置而变化。

消除高电压定子线圈的绝缘结构中的放电并减小功率因数增量的最有效的方法是在理论上产生一种无空隙的绝缘结构。由于大多数空隙都通过捕集的气泡形成在罗贝尔填充材料内，因此一种解决方案是在真空中处理填充线圈。但是，这种方法由于与真空/热浸渍相关联的花费而通常成本较昂贵。

附图说明

参考附图在以下描述中对本发明进行说明，附图示出：

图1为典型的现有技术的电动机的不完整的立体图，其示出了实施本发明的方面的多个定子线圈。

图2为具有根据本发明的方面的导电条的典型的现有技术的线圈的横截面图。

图3为具有根据本发明的方面的导电条的另一线圈的另一横截面图。

图4图示根据本发明的方面的铜条在导电罗贝尔填充物上的连接。

图5示出根据本发明的方面的10个试验线圈的功率因数测试结果。

图6示出根据本发明的方面的具有铜条的一个线圈以及不具有铜条的一个线圈的击穿电压。

图7示出根据本发明的另一方面的试验线圈的远低于0.03(3％)的上限的初始Tanδ值。

图8示出根据本发明的另一方面的具有0.25(0.25％)的上限的多个线圈的功率因数增量数据。

图9示出根据本发明的另一方面的试验线圈的功率因数增量数据。