[发明专利]发电机的液冷式静止励磁系统

说明书

本发明涉及用于大型液冷式发电机的静止励磁系统，更具体地说，涉及采用液冷部件，特别是采用液冷式励磁变压器的静止励磁系统。

用于大型发电机（诸如由电力事业所用的汽轮发电机组）的励磁系统，其额定功率已随着发电机组本身的额定功率一起增大。（此处所用的“大型发电机”的用语是指额定功率超过50MW的发电机），早期的励磁系统包括了旋转功率源，如一个由汽轮发电机轴驱动的独立的DC发电机，该电源通过滑环和电刷向旋转的磁场绕组提供励磁电流。另一种方法是采用一个由汽轮发电机驱动的AC励磁机，该励磁机对励磁电压进行整流和控制，使之适用于外部静态整流器组。还有一种方法是采用装在转子上的二极管整流器，其整个整流电流是旋转的，并通过对旋转部件的电磁通匝连数来实现控制的。作为具有旋转整流装置的励磁系统一例，可在1973年10月23日颁布授予特莱克斯勒（Drexler）等人的3，768，002号美国专利文献中找到，该专利已转让给本发明的受让人。

特别是在不要求高的响应速度的地方，对励磁系统的冷却要求不太严格是可能的，例如，在1964年5月5日授予Nippes的美国专利3，132，296中所公开的系统可视为一种简单的励磁系统。然而，3，132，296号专利中的励磁系统的目标仅仅在于利用转子磁通基频的第三和更高次谐波。象在那里所公开的这类系统对于大型发电机是不实用的。对于产生大型发电机所需高能级的发电机功率输出来说，三次或其他更高次谐波是不能向它的励磁系统提供足够功率的。

励磁系统的一种独立的类别称之谓“静态”的，是因为其励磁电源并不旋转，而是固定的，即静止的。例如，在均已转让给目前受让人的均于1972年11月14日授予Drexler等人和Kudlacik等人的美国专利3，702，965和3，702，964中所说的是静止型的复合励磁系统。3，702，964和3，702，965两篇专利文献描述了一种用于大型发电机的静态激磁系统，该系统内的励磁变压器可置于一个密封罩内，而该密封罩实际上既与发电机外壳分离，又靠近该机壳。由该励磁变压器的冷却系统的说明并相应地参考1954年11月23日授予Kilbourne的2，695，368号美国专利文献（该专利已转让给本受让人），很明显：3，702，964和3，702，965两篇专利文献的励磁变压器的线圈是由来自发电机的内部液态冷却剂冷却的，而励磁变压器的铁芯片和主件是通过冷却该发电机所采用的同一气体（一般用氢气）来冷却的。

采用绕组和铁芯冷却系统与发电机冷却系统相隔离的励磁变压器，在将一个辅助励磁源接到发电机时，就可方便地从发电机上拆卸下来进行例行修理和/或更换，因此减少了发电机的预定停机修理时间。此外，一个共享发电机气体冷却源的变压器一般来说或是位于发电机外壳的冷却圆室内，或是位于一个与发电机外壳分开的增压气密罩内。无论是在冷却圆室还是在增压罩内，两者都必须按照诸如锅炉规范、发电机外壳本身等类相同的技术规程来制造，以便经得住内部各种压力而不会引起外部损坏。最好就是提供一台液体冷却的励磁变压器，因为用某种液体来冷却整个变压器，包括绕组，铁芯和电气连接部分，变压器就可置于增压气体环境之外，并可避免为制造变压器密闭结构所需花费的大部分材料、工艺过程和时间，从而为这个最大耗电器作出全面地节省。此外，一般说来，用液体冷却剂代替气体冷却剂时，对于相同额定功率而言，可允许采用体积较小的变压器，或者，需要时，可在相同大小的外壳内加入更多的铁芯片，从而提高变压器的额定功率并归根到底提高发电机可用的输出功率。

通过将励磁变压器置于离发电机相当远处并采用独立的冷却源的途径，也许能在励磁变压器和发电机之间对冷却剂进行隔离。这种定位方式通常用于注油变压器一具有诸如不烂油等作为内部冷却的油。人们认为：通常这些注油变压器不可与发电机置于同一房间内，部分原因是考虑到对操作人员的潜在的有害环境影响。然而，为了将冷却剂连接处的所需长度减至最小，进而将由发电机连接到励磁变压器初级绕组的导线的长度以及由励磁变压器次级绕组连到整流器，最终到发电机的磁场绕组的导线长度减至最小，则最好是将励磁变压器配置在最接近发电机的地方，而且至少要将它置于与发电机同一房间，或一个建筑物的同一分隔间内。