渦輪發電機設備的製作方法
2023-09-15 20:04:10 2
專利名稱：渦輪發電機設備的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種熱電廠的設備，以用於與之相連的高壓配電或傳輸網絡所需的有功與無功功率。更進一步說，本發明涉及一種用於對高電壓配電或傳輸網絡產生電功率的旋轉式電機設備，而不需中間的變壓器。此設備中的發電機有一磁路，其通常含有一鐵心與一氣隙，一冷卻系統以及至少一組，通常兩組分別位於定子與轉子上的繞組。
今日的熱電廠是依據一些不同的原理來建造。所使用的不同燃料有如天然氣，油，生化燃料，煤，或上述燃料的混合物以及核燃料等，使得不論在燃燒過程或核反應過程皆能使氣體達到極高溫度。此氣體可來自燃燒後的廢氣或來自間接加熱的蒸氣。此加熱過程是在極為狹小的空間內完成，也就意味著將產生極高的壓力。然後此熱氣可在逐漸增大的空間中輸送，所以熱能可轉換成動能。該快速移動的氣體可以數部分方式影響渦輪機中的葉片，而使轉速增加。至少有一組發電機與渦輪機同軸，或是經由一齒輪將能量轉換成電力，該電力又可經由一升壓變壓器傳送至配電或傳輸網絡，也稱之為電網。
只含有一個依上述原理之單元的電廠在某些情形下可自然成為最佳的選擇。然而，一個電廠最好能由多組單元所建造。如此可提供較大的彈性與堅固性以抵抗設備中的幹擾。不同的單元也可設計成用許多不同燃料操作，而可使用當時最便宜的燃料。也有其他形式可增加電廠的整體效率，其中某一單元的殘留熱量可被其他單元所利用。
一般常見的有兩種渦輪機燃氣輪機與蒸氣輪機。燃氣輪機是直接由燃燒氣體所帶動(在氣體清潔之後)，而蒸氣輪機則是由高壓的蒸氣所帶動。
燃氣輪機的主要零件含有至少一個壓縮器部分，一個燃燒室，至少一個渦輪機部分與一個發電機等。在許多實例中，實際的渦輪機部分最好是幾個部分，以使熱能的運用達最佳化效果。渦輪機內相關零件的尺寸依每一部分之不同壓力而有所不同。通常使用的是一個高壓與低壓零件，或是一個高壓，中壓與低壓零件。而壓縮器也有幾個部分，通常是兩個。壓縮器內的壓力可予以調整以達最佳之燃燒效果。吸入燃燒室內的空氣需加以預熱。
蒸氣輪機內的主要零件含有一個燃燒或反應爐，蒸氣發生器，蒸氣輪機與一個電機發電機。蒸氣發生器主要是由鋼管所組成，而鋼管中流有循環水，該鋼管位於爐中以獲得最佳的熱傳遞效果。高溫與高壓的蒸氣將被輸往渦輪機使用。蒸氣輪機最好也能如上所述依壓力之不同而劃分成各種不同部分。
為達最大的效率，上述兩種組合式的渦輪機最好能使用兩部分的方式，也就是一種聯合循環式的電廠。比如說，燃氣輪機電廠可利用燃氣輪機產生大部分的電力，而附加的蒸氣發生器則利用輪機最終部分之廢氣的殘餘熱量來發電，因此可獲得額外的能量。PFBC(壓力流化床燃燒)型式的燃煤電廠可將燃煤做最有效與最環保的燃燒，其可利用爐中的蒸氣發生器產生大部分的電能。蒸氣發生後的燃燒氣體經冷卻及除塵後可輸往燃氣輪機使用。
許多電廠也可用於分區供暖而且在許多情形下可達極高的效率。
相關的電廠形式如下所述。這些電廠裡的燃氣輪機是燃燒氣體(最好是天然氣)，油或是氣和油的混合物。燃氣輪發電廠該電廠含有一個或多個單元，每一單元含有一燃氣輪機與相關的發電機。聯合循環式多軸燃氣輪發電廠該電廠含有一個或多個單元，每一單元含有一燃氣輪機與相關的發電機，其中來自燃氣輪機的熱氣被輸往一熱交換器以供蒸氣發生之用。此蒸氣可驅動蒸氣輪機和相關的發電機。聯合循環式單軸燃氣輪發電廠該電廠含有一個或多個單元，每一單元含有一燃氣輪機與隨附的發電機，其中來自燃氣輪機的熱氣被輸往一熱交換器以供蒸氣發生之用。該蒸氣可驅動與燃氣輪機之一的「自由端」相連的蒸氣輪機。蒸氣發電廠該電廠經由一蒸氣發生器(利用位於爐中之管線輸送水)的燃燒過程(比如油，煤，PFBC，生化燃料等)供應驅動燃氣輪機與相關發電機所需的蒸氣壓力。核電廠該電廠與蒸氣發電廠相似，但蒸氣發生器是位於核反應爐內。
上述所有電廠的共同點在於其發電機通常利用一共同軸，或齒輪而與渦輪機連接以產生電力。一發電機也可與兩個渦輪機相連。此種轉換通常發生於一同步發電機中，該發電機可產生無功功率也可轉換有功功率。汽輪發電機中通常使用兩極或四極形式的發電機，但也有其他極數與實施例存在。今日發電機的典型電壓範圍是10-30KV之間。
通常需使用一中間單元以使發電機能更可靠地與輸出電力網絡相連。如圖3清楚所示，絕緣的母線條系統從發電機100的輸出端接往含有隔離器107的發電機斷路器中。該母線條系統接著與輔助的功率變壓器109相連，也與一升壓變壓器106相連。此兩個充滿油的變壓器通常置於室外以避免爆炸。有些防爆牆也常用來保護電廠。經由置於電廠外的高壓開關設備內的另一斷路器與隔離器108而可與一輸出網絡110相連。該開關設備最好能與電廠內之許多單元相同。
另一種使每一發電機100的升壓變壓器106直接與輸出電力網絡110相連的方法是使用該升壓變壓器將發電機的電壓轉換到一中間的電壓值，然後再將此中間電壓經由一系統變壓器而與輸出電力網絡110相連。在內有許多單元的有限空間或電廠內，上述方法可提供一種較便宜的總解決方案，特別是在每一單元的功率值比輸出電力網絡的電壓值更輕微的情形下。
上述解決方案的缺點和發電機所產生的低電壓值(10-30kV)有關。該母線條系統需使用較大的銅斷面以降低損耗。發電機斷路器107常變得大而昂貴，以斷開因低電壓所導致的高電流。該升壓變壓器106很昂貴而且也造成安全上的顧慮。也導致效率的降低。
在個別發電機的磁力迴路中通常含有一疊片鐵心，比如焊接的鋼片。為使鐵心通風與冷卻，該鐵心通常被分為具有徑向和/或軸向通風導管的疊件。就大機器而言，該疊片被分成數個段落並貼附於機器的支架上，該疊片鐵心是以壓力指與壓力環予以固定。磁路的繞組置於鐵心的溝槽內，該溝槽通常是矩形或梯形的斷面。
在多相的發電機中，其繞組通常為單層或雙層。單層繞組中每一溝槽只有一線圈邊，而雙層繞組中每一溝槽則有兩個線圈邊。所謂線圈邊意指將一或多組導體以垂直或水平方式組合併外附有共同的線圈絕緣，也就該絕緣可抵抗發電機至地的額定電壓。
雙層繞組通常做成鑽石繞組，而本文的單層繞組則做成鑽石或平繞組。鑽石繞組中只有一個(可能兩個)線圈寬度，而平繞組則做成同心形狀，也就是具有可變的線圈寬度。所謂線圈寬度是指兩線圈邊之間相對於同一線圈的弧形距離。
通常所有大型機器都是由雙層繞組與同尺寸的線圈所組成。每一線圈之一側置於一層而另一側則置於另一層中。此意味著所有線圈皆在線圈末端處互相交錯。如果大於兩層的話，此交錯處將使繞組工作變得非常複雜，而線圈末端也變得不太理想。
一般認為在10-20kV的電壓範圍內，旋轉發電機的線圈製造可獲得良好的效果。
然而，想要發展更高電壓的發電機則已嘗試許久。最明顯的例子就是1932年十月15日在「電氣世界」第524-525頁所舉的例子。Parson在1929年設計了一種供應33kV電壓的發電機。該文也描述了一個在比利時Langerbrugge所製造的36kV的發電機。雖然該文也提到提升電壓的可能性，但始終為發電機的基礎原理所受限。這主要是因為在絕緣系統的每一分離層中皆內附有雲母油與紙的缺點所致。
如上所述的同步發電機便是要嘗試一種新方法，比如J.Elektro-technika No.1,1970的文章「水與油冷式之渦輪發電機TVM-300」，在美國專利4,429,244之「發電機的定子」第6-8頁，以及蘇聯的專利CCCP955369等實例。
J.Elektro-technika中所提到的水與油冷式同步機可將電壓達到20kV左右。該文提到一種油/紙絕緣的新絕緣系統，使定子完全浸在油中。油於是既可當作冷卻劑也可作絕緣之用。心線內表面處有一介電的隔油環可使定子中的油不致洩漏於轉子中。該定子繞組是由橢圓，中空並附有油與紙絕緣的導體所製成。該線圈邊與其絕緣則利用一些契子將其固定在矩形的溝槽內。而油可作為中空導體與定子壁之開口兩者的冷卻劑。然而，此冷卻系統在其線圈末端處需有大量油與電的連接點。該厚絕緣也使得導體的曲率半徑加大，如此也使得線圈突出處的尺寸增大。
上述美國專利提到的同步機的定子部分包含有一個供定子繞組用的含梯形溝槽的多層板的磁心。該溝槽為階梯狀，因為定子繞組的絕緣需求是朝轉子方向逐漸減少，而繞組中最靠近中性點的部分也位於轉子中。定子部分也包含一個最靠近心線的內表面的介電油-分離汽缸。此部分比無此環的機器需要更多的勵磁。定子繞組的每一線圈層是由相同直徑的油-飽和電纜所製成。層與層之間是用溝槽中的隔板元件予以分離，並用契子將其固定。繞組的特點在於含有兩個串聯的所謂半繞組。一個半繞組中心地置於絕緣套管內。定子繞組的導體是由環繞油所冷卻。系統內油過多的缺點是有洩漏的危險以及發生問題後所需的大量清理工作。位於溝槽外的絕緣護套含有一個圓柱部分及一個錐形屏蔽電極，其目的在於控制電纜離開層板之區域的電場強度。CCCP 955369提出另一種提高同步機的額定電壓的方法，其中該油冷式定子繞組的每一層皆由相同的高壓電纜所組成。該電纜置於定子的溝槽內，該溝槽為一圓形，徑向的開口與電纜的斷面積相配，其間有供固定與冷卻劑所需的空間。各徑向的繞組層是由一絕緣管所包圍及固定。絕緣隔板件將管子固定於定子溝槽中。同樣地因為油冷卻的關係，也需要一個內介電環加以密封以防止油冷卻劑從內氣隙中流出。該結構的絕緣或定子溝槽部分並無任何階層形狀。該設計顯示，在各定子溝槽間有一個非常小的徑向腰部結構，其會引起大量的溝槽漏磁通，而強烈的影響該機器的勵磁需求。
在電力研究院，EPRI，1984年四月的報告EL-3391中提到一種可達高電壓的發電機概念，其目的在於連接該發電機與電力網絡而毋須經由中間變壓器。該報告所評估的結果有著良好的效率增益與可觀的財政利益。1984年之所以認為有可能發展發電機直接與電力網絡連接的理由在於當時已發展出一種超導轉子。超導磁場所產生的可觀勵磁容量使得使用足夠厚的氣隙-繞組即可抵擋電應力。
通過組合下列最先進的概念，也就是設計一種稱之為「單塊圓柱電樞」的帶有繞組的磁路，將兩束導體柱包覆於三束絕緣物的概念，以及將整個結構貼附於無齒的鐵心上等概念，所評估後的結果是高電壓的旋轉電機得以直接與電力網絡相連。此結果使得主絕緣需作成足夠厚度以抵抗網絡-對-網絡以及網路-對-地的電位。此種方案的缺點除了需要一個超導轉子外，也需要極厚的絕緣，此將增加機器的尺寸。該線圈末端需使用油或氟利昂予以絕緣及冷卻以控制末端處產生的極大電場。該整臺機器必須完全地密封以防止液態的介電物質從大氣中吸收水分。
和前述發明背景不同的是，本發明的目的在於提供一種含有至少一個高壓發電機，而使升壓變壓器變成多餘的設備。也不再需要發電機斷路器。功能上來說，該斷路器是由現有的高壓斷路器所取代。而該母線條系統是被屏蔽的高壓電纜所取代。所以本發明的目的之一便是要將電廠內的發電機直接與輸出電力網路相連。
根據本發明的第一方面，即權利要求1的前序部分所提到的設備含有該權利要求特徵部分所描述的特徵，而根據本發明的第二方面，即權利要求29的前序部分所提到的發電機含有該權利要求特徵部分所描述的特點以及權利要求31所描述的方法，可以達到這一目的。
由於此種繞組的絕緣系統設計，得以避免一般常見於傳統高壓發電機之厚絕緣層，比如雲母型式的浸漬層的絕緣分解現象，該分解現象有些是部分放電，PD所致。當絕緣處承受過度電場強度時，會在製造時所產生的洞穴，孔或類似處產生內部電暈放電的現象。此種電暈放電將逐漸破壞材料，可能穿過絕緣而發生電氣擊穿放電。而因為每一層的溫度係數基本相同，而得以避免因繞組之熱變化所產生的缺陷與破裂。因上述問題使得無法設計出電壓高於36kV的發電機。
本發明的絕緣系統即可消除上述問題。本發明所使用的絕緣層可使洞穴或孔的發生率降至最低，比如PEX，熱塑料，含有交鏈熱塑料，EP橡膠，或其他橡膠等適當的永久絕緣材料的擠壓層。只使用具有最少缺陷的絕緣層並附有內層與外層的半導體部分，可使材料的熱及電負載降低。若有溫度梯度出現時，附有半導體層的絕緣部分將形成一單塊部分，而不會發生因絕緣與環繞層之溫度差所產生之不同膨脹的缺陷。材料的電負載得以降低的原因在於環繞絕緣的半導體部分形成一等電位的平面，也因為絕緣部分的電場均勻分布於絕緣厚度上所致。外半導體層可與地電位連接。這意謂著，對這樣的電纜，整個繞組的外護套都能維持地電位。
本發明的設備因為在發電機定子的繞組上具有特殊的絕緣系統，而消除了防礙電壓升高的阻礙，而且即使電壓大於36kV也毋須使用升壓變壓器。
首先，省去變壓器即可使重量，空間與成本大幅降低。
通常當變壓器與渦輪機室之間有一定距離時，需使用母線條以連接發電機與變壓器。因此種需求不再，所以可省卻其所需的成本與空間-因高電流將產生相當的功率損耗，而母線條系統將發生2相與3相的相間故障，因而斷路器與隔離器便需要高層次的維護。本發明所造成此類故障的危險已大幅度地降低。
因油-絕緣變壓器所易產生的火災機率也可降低，而有關防火的安全預防措施也可減少。
本發明的渦輪發電機設備，其優點是可以多組接點與各不同電壓值相連。
總之，上述組成的優點在於可大幅提升該設備的經濟效益。建造該設備的成本也可大大降低而因運行和維修的需求減少也使操作效益改善，其效率增加約0.5-1.5％。
本發明可應用於有尖峰負載的渦輪發電機中，需要的話可作為一同步的補償器，使得發電機與渦輪機分離。
本發明的目的也在於利用內嵌於定子之輔助功率繞組而由發電機產生輔助功率，其所產生的電壓比發電機之主繞組還低。
為此，渦輪發電機設備的發電機的磁路是由螺紋式永久絕緣電纜並內含接地所組成。
已知技術與本發明之實施例的主要與基本差異在於發電機的磁路，該發電機直接地經由可能的斷路器與隔離器而與-20kV與800kV之間，最好是高於36kV的高供電電壓相連。該磁路含有至少一個繞組所組成的多層芯，而繞組則由一個或多個永久絕緣導體的螺紋式電纜所組成，而在導體與絕緣層外各有一半導體層，外半導體層則與地電位相連。
本發明的設備中的發電機因擁有許多已知技術所沒有的特徵而得以解決將電機直接與各種高壓電力網絡相連的問題。
其餘特徵與其他實施例則定義於從屬權利要求中，並敘述如下。
上述提及的特徵與發電機以及根據本發明的渦輪發電機的其他基本特性包含有下列·磁路的繞組是從具有一或多個永久絕緣導體並在導體與護套皆附有半導體層之電纜所組成。此典型的導體有如PEX電纜或附有EP橡膠絕緣的電纜，而此物質可再應用於導體內的導線與外護套上。PEX=交鏈聚乙烯(XLPE)。EP=乙烯丙烯。
·電纜以圓形斷面較佳，但其他可獲得較佳組裝密度的斷面也同樣可採用。
·就溝槽與齒而言，可以較新與最佳的方式依本發明設計該多層的心線。
·該繞組最好能有階梯式絕緣，以供多層心線使用。
·該繞組最好能製成一多層，同心的電纜繞組，而使線圈末端的交點數減少。
·該溝槽設計需配合繞組電纜的斷面，使得溝槽在軸向與徑向上有一些圓柱形的開口，而每層的定子繞組間則有一開放式的腰部組織。
·該溝槽的設計可配合相關的電纜斷面以及繞組的階梯狀絕緣層。該階梯狀的絕緣層使得不論徑向延伸為何皆使磁心有固定的齒寬。
·上述的進一步結果所談到的導線使得該繞組導體含有一些壓緊層，也就是從電機的觀點來說，絕緣的導線並不需正確地予以轉置，無絕緣和/或互相絕緣。
·上述的進一步結果所談到的外護套使得在沿導體的適當位置上需將外護套切除，而每一切斷的部分長度皆直接與地電位相連。
使用上述形式的電纜可使得繞組之外護套的全長以及該設備的其他部分都能維持在地電位。其重要的優點是位於線圈末端區域內，外半導體層之間的電場強度趨近於零。因外護套為地表電位，所以電場不需加以控制。此意謂著，不論在心線，線圈末端區或是兩者之間的過渡區等皆不會有磁場集中的情形發生。
將絕緣和/或無絕緣的壓縮導線，或轉置的導線混合的結果是產生非常低的雜散損耗。
磁路繞組所使用的高壓電纜是由含有許多導線的內心線/導體，以及至少兩個半導體層所組成，而其最內層則被一絕緣層所包圍，接著是被一外徑為20-200mm之外半導體層以及導體面積為50-3000平方毫米所包圍。
因為本發明設備的發電機含有特殊的絕緣系統，使得定子無須在工廠內完成，而是可將其軸向分割後再予以運送並在現場組裝繞組。從運輸觀點來看，此舉很明顯地有財務上的效益。
本發明也提出一種完成此設備的方法。
從本發明的另一角度看，上述所列之目的是通過權利要求29的前序部分所提到的設備所完成，而該設備的特徵則定義於該權利要求的特徵部分中。
因該絕緣系統，以永久式為佳，是依熱力與電力觀點將其設計成供36kV之電壓使用，所以該設備可直接與高電壓電力網絡相連而毋須中間的升壓變壓器，從而獲得所提到的優點。該設備最好能依據權利要求1至28中任一項所述的設備的特點來建造，但並非必需。
上述與其他的優良實施例將定義於從屬權利要求中。
本發明將以下列渦輪發電機設備的發電機磁路的較佳實施例來做更詳細的說明，所列圖示為
圖1是本發明的渦輪發電機設備中發電機的一個定子的扇形部分的軸向末端示意圖，
圖2是圖1的定子的繞組所使用的電纜的層狀剝離視圖，圖3是已知技術的渦輪發電機的配置示意圖，圖4是本發明的渦輪發電機的配置示意圖，以及圖5是本發明的渦輪發電機的修正實施例的示意圖，圖6所示之發電機具有產生輔助功率的內置繞組，以及起始於單軸發電機設備的頻率轉換器。
如圖1所示為汽輪發電機設備中的一組或多組發電機的定子1的扇形部分軸向示意圖，圖中亦有發電機的轉子2。轉子1通常是傳統疊片鐵心的形式。圖1所示的發電機的扇形部分對應於一個極距。從位於心線徑向最遠處的軛鐵部分3開始有一些齒狀物4在轉子2的徑向上延伸，該齒狀物以溝槽5分隔，而其中配置有定子繞組。此定子繞組是由高電壓的電纜所構成，這些電纜與一般如PEX等配電電纜幾乎完全相同。而不同之處在於不需要配電電纜通常環繞的機械式的保護套與金屬屏蔽，所以本發明的電纜通常只含有導體以及在其絕緣層的每一側有至少一個半導體層。因此，對金屬損壞很敏感的半導體層是裸露於電纜的表層。
如圖1所示的電纜只繪出每一電纜的中心傳導部分或線圈側邊。如圖所示的變斷面溝槽5皆有交互出現的寬部分7與窄部分8。寬部分7近乎為圓形並圍繞該纜線，而寬部分間的腰部則為窄部分8。腰部分可用來徑向固定每一纜線。溝槽5的斷面徑向向內逐漸縮小。這是因為越靠近定子徑向內部的電纜有著較低的電壓所致。所以此處可用較細的纜線，而外圍則使用較粗的纜線。如所示之例有三種不同的電纜尺寸，其分別為圖中的51,52,53。
圖2所示為使用於電機中之高壓電纜的逐層剝離視圖。該電壓電纜6含有一個或多個導體31，而導體則是由數條導線36組成並形成一銅(Cu)的圓形斷面。該導體31位於高壓電纜6的軸心部分，並且在所示的實施例中每一個均被一絕緣零件35所包覆。然而，其中一個導線31捨去絕緣零件35也是可行的。在本發明的實施例中，數支導體31是一起被第一半導體層32所包覆。第一半導體層32外則環繞有如PEX等絕緣層33。因此，本發明所謂的「高電壓電纜」並未含有一般配電電纜所包覆的金屬屏蔽或外護套。
圖3所示為依本發明所製造的渦輪發電機設備，其中的發電機100是經由共用軸101而由燃氣輪機102所帶動。驅動燃氣輪機的氣體是來自由控制裝置104所控制的燃燒室103並由壓縮機105所供應。該壓縮機105設置在與發電機100及燃氣輪機102相同的軸101上。
已知的渦輪發電機設備之發電機100所發出的最高電壓約為25-30KV左右。為供應高壓配電或傳輸網絡110所需，從發電機100輸出的電壓需經由升壓變壓器106升壓至800KV才行。在發電機100與升壓變壓器106之間需配置一發電機斷路器107，該發電機斷路器含有至少一組隔離器，功率斷路器與接地裝置等。
連接分配電或傳輸網絡110尚需經過額外的隔離器，斷路器與網絡保護裝置等，都以108表示之。
25-30KV的發電機輸出電壓通常有一分支接往一降壓變壓器109。該降壓變壓器109可經由一整流器迴路111供應發電機100勵磁電壓，也同樣可產生低電壓112以供它需。
圖4所示如圖3相同的設備，但使用本發明的渦輪發電機組合。依本發明，該發電機200可發出分配電或傳輸網絡110所需的相同電壓(約為800KV左右)，並直接經由導管201而與該配電或傳輸網絡110連接。所以這裡不需任何的升壓變壓器或是發電機斷路器(如圖3中的106,107)。
如圖4所示之降壓變壓器109，是從發電機200之定子繞組的不同輸出處經由導管202，整流迴路111，而其他需要則經由導管112予以供應勵磁電壓。
如圖5所示，若發電機200依本發明建造的話則該降壓變壓器109也可以省略。該發電機200的定子繞組(和圖1相比)有不同輸出可經由導管202與整流迴路111，而其他需要則經由導管203予以供應勵磁電壓。
因此，本發明的渦輪發電機組合可省略許多先前所需的變壓器與斷路器單元，而擁有如成本，操作可靠性與其他明顯的優點。
權利要求
1．一種設備，可供應高電壓配電或傳輸網絡(110)所需的有功與無功電功率，其至少含有一個發電機(200)並經由一軸裝置(101)而與至少一個燃氣和/或蒸氣輪機(102)連接並至少包含一個繞組，其特徵在於，該至少一個發電機的繞組含有包括至少兩個半導體層的固體絕緣系統，每一層皆基本構成一等電位平面，也含有中間的固體絕緣系統，其中至少一層與固體絕緣系統有相同的熱膨脹係數。
2．如權利要求1的設備，其特徵在於，該發電機含有一個附磁心的磁路。
3．如權利要求2的設備，其特徵在於，該磁路的磁心的通量路徑含有多層板和/或鑄鐵和/或粉狀鐵和/或鍛造鐵。
4．如權利要求1-3中任一項的設備的設備，其特徵在於，該固體絕緣系統是由含有一或多個載流導體(31)的高壓電纜(6)所構成，而導線外則被至少兩個半導體層(32,34)以及固體絕緣的中間絕緣層(33)所包圍。
5．如權利要求4項設備，其特徵在於，該最內的半導體層(32)幾乎與導體(31)同電位。
6．如權利要求4或5的設備，其特徵在於，一個外半導體層(34)可形成一環繞導體(31)的等電位平面。
7．如權利要求6的設備，其特徵在於，該半導體層(34)接往一特定的電位。
8．如權利要求7的設備，其特徵在於，該特定電位是地電位。
9．如權利要求4-8中任一項的設備，其特徵在於，至少該兩層具有基本相同的熱膨脹係數。
10．如權利要求4-6中任一項的設備，其特徵在於，該載流導體含有一些導線，而只有少數導線不互相絕緣。
11．如權利要求1-10中任一項的設備，其特徵在於，由電纜組成的繞組含有一或多個載流導體(2)，每一導體含有一些導線，一個內半導體層(3)可用來環繞每一導體，固體絕緣的絕緣層(4)可包圍每一內半導體層(3)，而一外半導體層(5)可包圍每一絕緣層4。
12．如權利要求11的設備，其特徵在於，該電纜也含有一金屬屏蔽與一護套。
13．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少有一組發電機(200)可直接地向輸出電力網絡(110)供電而無須連接任何中間的升壓變壓器(單位變壓器)。
14．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少一個發電機(200)供電給輸出網絡，設輸出網絡含有至少兩個部分-網絡，至少有一個部分-網路是經由中間系統變壓器供應電壓。
15．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，它包含有數個發電機，每一發電機皆無需一單獨的升壓變壓器但經由一共用的系統變壓器可使其與輸電或配電網絡(110)相連。
16．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少一組發電機(200)中的定子(1)的繞組(9,51-53)可連接一組以上的電壓等級。
17．如前述權利要求15的設備，其特徵在於，一組該電壓等級與輔助功率的產生有關，此功率是從發電機(200)的分離繞組(9)中產生。
18．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少有一發電機(200)是經由一阻抗器接地。
19．如前述權利要求1-17中任一項的設備，其特徵在於，至少有一發電機(200)是直接接地。
20．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，該發電機(200)的定子(1)是通過氣流和/或液體而將其冷卻於地電位上。
21．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，該高壓電纜(6)，其導體面積為50至3000平方毫米之間，且其外徑在20與250mm之間。
22．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，定子(1)的至少一個繞組(9,51-52)是一種整體式的溝槽繞組。
23．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，定子(1)的至少一個(9,51-52)是一種分散式的溝槽繞組。
24．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少有一個發電機的轉子(2)是有兩或四個極。
25．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，該電壓等級是可控制於額定電壓的±20％以內。
26．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，該發電機的繞組可作為自我調節的磁場控制並且無需輔助裝置以控制該磁場。
27．如前述權利要求任一項的設備，其特徵在於，至少一個發電機的定子是由軸向組合，平板狀的部分，最好在周向作為整個部分所組成。
28．一種設備，可供應高電壓配電或傳輸網絡(110)所需的有功與無功電功率，其至少含有一個發電機(200)並經由一軸裝置(101)而與至少一個燃氣和/或蒸氣輪機(102)連接，並至少包含一個繞組，其特徵在於，至少一個發電機的繞組含有一種絕緣系統，使得就熱力與電氣性質而言可使電壓超過36kV。
29．一種發電機(200)，經由一軸裝置(101)而與至少一個燃氣和/或蒸氣輪機(102)連接，並至少包含一個繞組，其特徵在於，該發電機的繞組含有包括至少兩個半導體層的固體絕緣系統，每一層皆構成一等電位平面，也含有中間的固體絕緣系統，其中至少一層與固體絕緣系統有基本相同的熱膨脹係數。
30．如權利要求29的發電機，其含有定義於權利要求2至28中任一項的發電機的特徵。
31．一種製造一發電機的方法，該發電機系如權利要求29或30所述，其特徵在於，該定子是在發電機所在的電廠內裝配。
32．如權利要求31的方法，其特徵在於，在工廠製造的定子是先軸向分割成一些平板狀，分離的部分，每一部分最好都能在圓周方面上製成一整體部分。
全文摘要
在渦輪發電機設備中,渦輪發電機的磁路可直接供應20－800kV的高電壓,最好電壓高於36kV。該發電機的絕緣系統是由含有一或多個載流導體31的電纜所構成,該導體內含有許多導線36,而導線外則被內外半導體層34,32以及中間絕緣層所包圍。外半導體層34為地電位。繞組為Y－連接相位。該Y點可通過浪湧避雷器予以絕緣與保護以避免過電壓,或是該Y點可經由一抑制過濾器將其接地。
文檔編號H01B7/02GK1220041SQ9719501
公開日1999年6月16日 申請日期1997年5月27日 優先權日1996年5月29日
發明者馬茨·雷永, 比德·潭普林, 克拉斯·伊瓦森, 拉斯·格特馬爾, 比德·卡斯藤森, 伯蒂爾·拉爾森, 索倫·伯格倫, 歐蘭·索倫森, 伯蒂爾·伯格倫, 岡納爾·基蘭德, 蒙斯·霍裡蘭 申請人:Abb阿西亞布朗·勃法瑞公司