[发明专利]一种高压AC电机

说明书

本发明涉及一种用于直接连接到配电或输电网上的高压AC电机，所述电机包括至少一个绕组。

由Paul R.Siedler在36kV Generators Arise from InsulationResearch，电气世界(Electrical World)，1932年10月15日，第524-527页，描述了额定电压高达36kV的这种发电机。这些发电机包括中压绝缘导体形成的绕组，其中把绝缘细分成不同介电常数的各层。所用的绝缘材料由胶合云母箔云母、油漆和纸三种成分的各种组合形成。

在电力研究院(Power Research Institute)的出版物EPRI，EL-3391，1984年4月中，提出了一种发电机的概念，该发电机用来提供这样高的电压，从而发电机能直接连接到电力网上，而不用任何中间变压器。这样一种发电机应该包括一个超导转子。那么超导场的磁化能力使使用足够厚度的气隙绕组来承受电应力成为可能。然而，提出的转子具有复杂的结构，带有非常厚的绝缘，这显著增大了电机尺寸。除此之外，为了绝缘和冷却线圈端部部分必须采取特别的措施。

根据本发明，所谓高压AC电机是指在电站中用来产生电力的象发电机之类的旋转电机，如双路馈电电机、外极电机、同步电机、异步换流器诸级、以及电力变压器。除变压器之外，为了把这样的电机连接到配电或输电网上，在下面通常称为电力网，至今仍需要一个变压器把电压变换到电网等级，即在130-400kV的范围内。

通过用与输电所用电缆类似的结构的固体绝缘，来制造绝缘高压导体的这些电机的绕组，能把电机的电压升高到这样的等级，从而电机能直接连接到任何电力网上，而不用中间变压器。因而能省去这个变压器。用于这些电机的典型工作范围是30至800kV。

对于这类电机，必须特别注意接地问题。

发电机系统和其他类似电气系统的接地，意味着把电气系统连接到地电位的有意措施。当系统的所谓中性点可用时，经常直接或经适当的阻抗把它接地。偶尔也把系统中的其他点接地。如果系统中的一个点接地，则只要通电连接延伸，就可把整个系统接地。

通过系统的设计确定所用的接地原理。对于包括直接连接到Y-Δ连接的升压变压器上的发电机、且Δ绕组在发电机电压侧的系统，如下接地选择最常见：

-高电阻接地

-不接地

-谐振接地。

高电阻接地通常这样实现，通过在配电变压器的次级中连接一个低欧姆电阻器，且把变压器的初级绕组从发电机中性点接地。这种先有技术的接地方法表明在图1中，该图表示一个发电机2由一个Y-Δ连接的升压变压器3连接到电网9上。配电变压器的初级11连接在发电机2的中性点与地之间。在变压器的次级10中，连接有一个电阻器12。

当然，通过把一个高欧姆电阻器直接安装在发电机中性点与地之间，能得到相同种类的接地。

未接地电气系统没有任何有意的接地连接。因而，除了用来供给不同继电器和仪器的可能电压互感器之外，未接地发电机在其中性点与地之间没有连接。

谐振接地通常也按图1所示的实现，电阻器12由一个电抗器12a代替。选择电抗器电抗，从而使在线对地故障期间的电容性电流由电抗器12a提供的电感性电流的相等分量所中和。

低电阻或低阻抗接地和以上系统的有效接地也都是可能的。低电阻或低阻抗接地将生成较低的瞬态过电压和较大的接地故障电流，这可能引起对电机的内部损坏。

低电阻接地通过在发电机中性点与地之间有意地插入电阻来实现。电阻可以直接插入对地的连接中，或者间接插入变压器的次级中，该变压器的初级连接在发电机中性点与地之间，参看图1。

低阻抗接地，即低电感接地，以与低电阻接地相同的方式完成，其中电感器用来代替电阻器。如以上讨论的那样，电感器的欧姆值比谐振接地所需的小。

对于包括连接到一根公共馈电线或母线上的几个发电机、且发电机终端与公共母线之间有断路器的系统，低电阻或低阻抗接地是适当的。

发电机中性点的有效接地具有基本上与低电阻或低阻抗接地相同的优点和缺点，其中有些差异。

如果满足限制接地阻抗大小的一些阻抗要求，则称系统被有效地接地。在有效接地的系统中，未故障相的最大相对地电压，在接地故障情况下，限制为相对相电压的80％。

电力系统网主要经系统中变压器中性点的接地连接而接地，并且可以不包括阻抗(除接触电阻外)，即所谓的直接接地，或者具有一定的阻抗。