[发明专利]水力发电设备

说明书

本发明涉及一种在权利要求之前序部分中所述型式的水力发电设备，用于连接至配电或输电网络，此后称为电力网络。本发明还涉及一种水力发电设备中用于上述用途的高压发电机。本发明另涉及一种用于组合此设备及制此发电机的方法。

发电机中的磁路通常包含一叠片铁心，例如钢片铁心，具有熔接的构造。为提供通风及冷却，铁心通常由径向及/或轴向通风导管分隔为叠件。对较大的机器，叠片冲制为节段，各节段固定于机器之框中，叠片铁心由压力指及压力环保持一起。磁路的绕组置于铁心之槽中，槽大体具有长方形或梯形之横断面。

在多相发电机，绕组为单层或双层绕组所构成。在单层绕组，每槽中仅有一线圈边，而在双层绕组，每槽有二线圈边。线圈边意为垂直或水平地合并一个或多个导线，并设有公共线圈绝缘体，即绝缘体旨在抵抗发电机至地之额定电压。

双层绕组通常制成菱形绕组，而单层绕组在本文中可制成菱形或平坦形绕组。在菱形绕组中仅有一(可能二)线圈宽度，而平坦形绕组则制成同心绕组，即具有变化大的线圈宽度。线圈宽度意为属于同一线圈的两线圈边间的弧形幅度中的距离。

通常所有大型机器均由同尺寸的双层绕组及线圈构成。每一线圈皆以一边置于一层中，及另一边置于另一层中。此意为所有线圈皆在线圈端中相互交叉。如有二层以上，则此交叉使绕组工作复杂，且线圈端较难满意。

估计旋转发电机之线圈可制成在3-20kV之电压范围内具有良好之结果。

且一般知道，同步电机至电力网络之连接需经由一Δ/Y形连接或升压之变压器，因为电力网络之电压通常高于电机前此能达到的电压。故此，变压器及同步电机构成发电设备之一体化部分。变压器引起额外成本，并具有缺点，即系统之总效率降低。故此，如能制造电压高得多之发电机，则升压变压器可省除。

虽然从发电机供应电流至高压网络之主要已知技术(在本申请书中，此为应用于20kV及以上，宜高于36kV之高电压构想)为：把变压器置于发电机与电力网络之间，但已知道尝试省去变压器，并产生高电压，以此高电压直接输出至电力网络。此种发电机例如说明于US-A-4 429 244，US-A-4 164 672，及US-A-3 743 869。

然而，以上专利之机器设计不能最佳利用定子中的电磁材料。

本发明的目的故此在于提供一种发电机，此可用于水力发电设备中，其电压高，故可省除上述之Δ/Y形连接升压变压器，即发电设备之发电机预定具有远较对应型式的普通发电机为高之电压，以能直接连接至各种高压下的电力网络。

此目的已依据本发明实现，因为权利要求第1项的前序部分中所述的该发电设备具有此项之特征部份所述的特征，因为权利要求第34项的前序部分中所述的该发电机具有该项的特征部分中所述的特征，且因为权利要求第33及36项的前序部分中所述的该方法包含各该项的特征部分中所述之特殊措施。

由于固体绝缘体与所述之其他特色结合，故能给网络供电，而无需用中间的升压变压器，即使网络电压远超过36kV亦然。

固体绝缘体能使绕组被安排成直接连接至高压网络，故此省除升压变压器，提供已知技术所没有的重大优点。

例如，变压器本身的省除导致重大节省，及变压器的不用亦导致若干其他之简化及因而节省。

此发电设备通常安排于岩洞中，在此，在普通技术中，变压器被安排成直接连接至岩洞中的发电机，或距数百米处之地面上，并由母线系统连接至发电机。与第一选择相比较，变压器的省除可大为减小岩洞之体积。亦消除油绝缘变压器引起火灾的危险，故此，降低许多防火措施的需要，诸如人员的特殊撤退路线。

在变压器置于地面上的选择中，由于发电机及变压器间之距离加大，故母线系统加长。由于母线(通常为铝导线)中之电流相当大，约在10-20kA，故功率损耗大。而且，母线系统引来2及3相失效的危险，在此期间，电流相当大。

本发明可达到两个主要目的：

由于电压高，故母线运行损失减少。

由于使用绝缘HV电缆，故2及3相故障的危险大为降低。

由本发明所达成之电气部件数减少，此意为可省去对应的安全装备。

而且，无需炸开岩洞，以布设母线系统，此导致节省数千立方米之岩洞空间。

本发明之发电设备亦可按若干不同的电压等级连接，即本发明可用于发电厂中的所有辅助电源。