专利名称：圆形截面定子绕组的高压发电机及其定子的制造方法
技术领域：
本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种高压发电机及其定子的制造方法。
背景技术：
传统的大型旋转电机定子线棒由外包介电强度高的环氧为主绝缘的长方 形截面导体组成，为减少涡流损耗，各股线必须彼此绝缘，并沿线棒按复杂的 形状进行换位。为使电场均匀，避免产生电晕，在绕组端区域必须采用复杂的
措施。发电机的传统设计使发电机的额定输出电压很难超过30 35kV(我国目 前最高为20kV)。相反，电网传输电压逐渐提高，目前最高已达800kV。
传统的中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当空气从电机内部流 过时，将电机所产生的热量带走。当电机的容量很大时，这种冷却方式的局限 性就很突出。所以大型电机使用氢气、油或非导电水作为冷却介质，但氢气容 易与空气混和发生爆炸，还必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电 机内部，如以油为介质存在有泄漏、引起火灾的隐患，而当用水作为冷却介质 时，水必须采用过滤非导电水，需要另外的过滤设置。
发明内容
本发明为了解决现有发动机所存在的额定输出电压小、涡流损耗大、设备 繁杂的问题，以及现有冷却系统的局限性，而提出了一种圆形截面定子绕组的 高压发电机及其定子的制造方法。
本发明的圆形截面定子绕组的高压发电机由定子和转子组成；定子由机座 1、铁芯2、定子绕组3和散热水管4组成；定子绕组3的截面为圆形；定子
绕组3由内M外依次为导体3-1，内部半导体层3-2，绝缘层3-3，外部半导体 层3-4组成，导体3-l为单股导线或铰绕的多股导线，外部半导体层3-4和地 电势相连；沿铁芯2径向方向开有浪型绕组槽2-l;定子绕组3置于铁芯2的 浪型绕组槽2-1内，定子绕组3与浪型绕组槽2-1间隙配合；铁芯2轭的圆周 方向上均匀开有至少四个圆形散热槽2-2,散热水管4置于圆形散热槽2-2内。 圆形截面定子绕组的高压发电机定子的制造方法的步骤如下
步骤一固定铁芯2:将铁芯2安装于机座1上；
步骤二定子绕组3下线将一组或一相绕组的一根定子绕线的一端从铁 芯2的一端沿浪型绕组槽2-1穿过，并到达铁芯2的另一端，按节距要求再从 铁芯2的另一端穿回，往复进行；下线顺序为每一组或每一相绕组的定子绕 组3都依次从槽底向槽口方向下线，直到该组线圈下线完毕，再下另一组或另 一相绕组；
步骤三将散热水管4穿入到圆形散热槽2-2内；
步骤四把定子绕组3的端部和散热水管4的端部绑扎整齐，固定在机座 1的绑扎环上。
本发明具有以下优点
效率使用本发明电机的电厂的效率比一个常规电厂的效率高0. 5 2, 0%。 对于一个120MW的电厂，则效率高1.5%。这意味着具有本发明电机的电厂 将比常规电厂多产1. 8MW的电，将有效的提高电厂的经济效益。
无功功率容量本发明的发电机减少了升压变压器的无功功率的损耗，但 其自身的无功损耗有所加大，是由于高压发电机的耐用设计，但它能比无功功 率补偿器更长时间的处在过载情况下。这点在高压传输电网的扰动情况下是非 常有利的。
维护可利用率因为由高压发电机组建的电厂相对于传统电厂有更少的 元件，因此维护起来比较方便简单。高压发电机在高电压低电流的情况下工作， 因此，定子绕组上产生的热量将比相同功率等级的传统发电机的定子绕组产生 的热量低。由此，高压发电机能在低温下运行，使得定子绕组的材料承受较低 的压力，这样将使它产生更少的故障和更高的可利用率。
故障电流本发明的电机与传统发电机比较，突然短路电流比预计的要小 很多。
投资比较将冷却系统简化，克服了使用氢冷易发生爆炸；使用水冷需过 滤装置的缺点；直接采用纯净自来水，无需过滤，省去了相应设备，使成本大 大降低；与传统发电机比较，建设本发明发电机的电站比建设传统发电机电站 的总投资也有减少，设备造价可节约10%左右。
环保因素使用能量变换器的电站对环境的重要贡献缘于效率的提高,从
而减少对自然资源的需求。由于省去了升压变压器，所以就避免了变压器漏油 起火等环境和安全问题。
工艺安全由于绕组不需要换位，省去了复杂的换位工艺使下线工艺简化
且绑扎工艺简单；实现了绕组下线和装配一体化；运行时端部为零电位，能 很好保证操作人员安全。
利用本发明可以取消发电机侧开关、母线、冲击电压保护器、升压变压器 及它们相应的基建，也简化了它本身的冷却系统，使总体造价大幅度降低；同 时也没有了这些设备带来的有功和无功损耗，使用该高压电机可以直接并网， 使发电、升压一体化，总体结构可靠，占地少，维护少，总效率高，使电厂的 效率和效益提高；由于设备减少，系统的可用率提高，可靠性提高，维护费用 降低；它通常比传统发电机的惯性常数(GD^大，有利于电力系统的安全、稳 定运行；它的运行稳定性与常规发电机比较有较大提高；它的效率高，生产同 样的电能所用燃料减少，可降低废气排放；由于取消了升压变压器，消除了因 漏油、着火等带来的危害，因此高压发电机的利用对环境保护也大有益处。
图l是本发明的纵向剖视图；图2和图3是定子绕组3的结构示意图；图 4是定子绕组3的绝缘层3-3均匀缠绕时铁芯2径向剖视图；图5是图4的a 部放大图；图6是定子绕组3的绝缘层3-3均匀缠绕时嵌有槽楔2-3的铁芯2 径向剖视图；图7是图6的b部放大图；图8是定子绕组3的绝缘层3-3阶梯 步进缠绕时铁芯2径向剖视图；图9是图8的c部放大图；图10是定子绕组 3的绝缘层3-3阶梯步进缠绕时嵌有槽楔2-3的铁芯2径向剖视图；图11是图 10的d部放大图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1 图11说明本实施方式，本实施方式由定子 和转子组成；定子由机座l、铁芯2、定子绕组3和散热水管4组成；定子绕 组3的截面为圆形；定子绕组3由内而外依次为导体3-l，内部半导体层3-2， 绝缘层3-3，外部半导体层3-4组成，导体3-1为单股导线或铰绕的多股导线， 外部半导体层3-4和地电势相连；沿铁芯2径向方向开有浪型绕组槽2-l;定 子绕组3置于铁芯2的浪型绕组槽2-1内，定子绕组3与浪型绕组槽2-1间隙
配合；铁芯2轭的圆周方向上均匀开有至少四个圆形散热槽2-2，散热水管4 置于圆形散热槽2-2内。定子绕组3的截面为圆形，从麦克斯韦方程可知，圆 形导体在周围产生均匀的电场。具有导致发电机输出电压的增长，使它发出的 电压超过36kV以使它能直接和输配电网相连，达到和传输网络相同的电压等 级，高压发电机将传统发电机和变压器的功能合二为一，并使电场强度达到 10kV/mm，由于高压发电机的定子电压大幅度提高，那么它的定子电流远远低 于同功率常规发电机的定子电流。低电流就意味着端部绕组的机械力降低了， 绕组端部的问题相对于常规发电机简单了。为了保证外皮维持在地电位，定子 绕组3的外部半导体层3-4具有一定的导电能力，使电场局限在电缆内，不必 像在常规发电机中那样，控制端部线圈区域中的电场，简化了电场控制。在绕 组的全体区域，都没有局部放电或电晕的危险；由于线圈端部区域处于地电势， 人身安全得到了保障。导体3-l采用单股导线或铰绕的多股导线，解决了涡流 损耗问题。大多数的热在定子铁芯中产生，定子铁芯被限制在地电势。不具有 辐射性风道的轴向冷却系统的一个优点是定子铁芯变得均匀，这就縮短了总的 铁芯长度而且提高了效率。由于散热系统被限制在地电势，所以就没必要用传 统水冷定子绕组中的去离子水。因此，普通自来水可以用作高压发电机定子铁 芯的冷却介质，而转子和端部用空气冷却方式。
具体实施方式
二结合图4 图7说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于置于浪型绕组槽2-1内的定子绕组3的绝缘层3-3均匀 缠绕在内部半导体层3-2上。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图8 图11说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于置于浪型绕组槽2-l内的定子绕组3分为m组，m》2， 从铁芯2的圆心向圆周方向分布的第一组到第m组的定子绕组3的绝缘层3-3 的厚度分组逐渐递增。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。本实施方 式中的定子绕组3的绝缘3-3采用的是阶梯步进缠绕，这是因为发电机的感应 电压从定子绕组中性点到线末端逐渐增加，使得电缆沿着绕组方向产生不同的 电应力。因此，在绕组的前几匝使用较薄的绝缘，随后的匝数依次增加绝缘厚 度，使用阶梯步进绝缘还可以确保定子齿宽的恒定，这种阶梯步进式绝缘缠绕 使叠压铁芯也得到优化利用。
具体实施方式
四结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同点在于绝缘层3-3采用硅电介质交联聚乙烯。其它组成和连接 方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图6、图7、图10和图11说明本实施方式，本实 施方式与具体实施方式
二不同点在于浪型绕组槽2-l的一个长边为直线边，并 增加了槽楔2-3，槽楔2-3由可塑性材料制成的管状物结构，槽楔2-3设置于 定子绕组3和浪型绕组槽2-l的槽壁之间，槽楔2-3的管中注满液体硅胶，液 体硅胶与槽楔2-3的管壁固化定型为一体结构。其它组成和连接方式与具体实 施方式一相同。浪型绕组槽2-l很深且齿很长，机械上容易造成齿的弯曲刚度 降低，产生低频共振，为了确保定子绕组3和铁芯2之间有良好的电接触采用 槽楔2-3固定，同时可减少定子绕组3在浪型绕组槽2-1中振动而引起外部半 导体层磨损。
具体实施方式
六结合图4 图11说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于散热水管4是交联聚乙烯水管。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。交联聚乙烯水管的运用可以消除管子和铁芯间短路的危 险，也可以消除在接头和管子中产生涡流的问题。
具体实施方式
七本实施方式的高压发电机定子的制造方法的步骤如下步骤一固定铁芯2:将铁芯2安装于机座1上；步骤二定子绕组3下线将一组或一相绕组的一根定子绕线的一端从铁 芯2的一端沿浪型绕组槽2-l穿过，并到达铁芯2的另一端，按节距要求再从 铁芯2的另一端穿回，往复进行；下线顺序为每一组或每一相绕组的定子绕 组3都依次从槽底向槽口方向下线，直到该组线圈下线完毕，再下另一组或另 一相绕组；步骤三将散热水管4穿入到圆形散热槽2-2内；步骤四把定子绕组3的端部和散热水管4的端部绑扎整齐，固定在机座 1的绑扎环上。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同点在于步骤二的下 线过程中增加了分瓣式的保护套，将椭圆形分瓣式的保护套安装在定子绕组3 穿线过程中浪型绕组槽2-1穿入端口的内壁上。其它步骤与具体实施方式
七相 同。分瓣式的保护套使定子绕组3在穿线时不会被刮破，当该槽下线完毕时， 可以很方便地拆下保护套。在下线时， 一定要注意电缆在穿入端要捋直放正。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七不同点在于步骤二中增 加了插入槽楔2-3，当定子绕组3完成一个浪型绕组槽2-1的下线时，将可塑 性材料制成的管状物槽楔2-3置于直线边与定子绕组3之间的空隙中，向槽楔 2-3的管腔中注入液体硅胶直至注满，等待液体硅胶与槽楔2-3的管壁固化定 型。其它步骤与具体实施方式
七相同。
权利要求
1、圆形截面定子绕组的高压发电机，它由定子和转子组成；其特征在于定子由机座(1)、铁芯(2)、定子绕组(3)和散热水管(4)组成；定子绕组(3)的截面为圆形；定子绕组(3)由内而外依次为导体(3-1)，内部半导体层(3-2)，绝缘层(3-3)，外部半导体层(3-4)组成，导体(3-1)为单股导线或铰绕的多股导线，外部半导体层(3-4)和地电势相连；沿铁芯(2)径向方向开有浪型绕组槽(2-1)；定子绕组(3)置于铁芯(2)的浪型绕组槽(2-1)内，定子绕组(3)与浪型绕组槽(2-1)间隙配合；铁芯(2)轭的圆周方向上均匀开有至少四个圆形散热槽(2-2)，散热水管(4)置于圆形散热槽(2-2)内。
2、 根据权利要求1所述的圆形截面定子绕组的高压发电机，其特征在于 置于浪型绕组槽(2-l)内的定子绕组(3)的绝缘层(3-3)均匀缠绕在内部半导体层 (3画2)上。
3、 根据权利要求1所述的圆形截面定子绕组的高压发电机，其特征在于 置于浪型绕组槽(2-l)内的定子绕组(3)分为m组，m》2，从铁芯(2)的圆心向圆 周方向分布的第一组到第m组的定子绕组(3)的绝缘层(3-3)的厚度分组逐渐递 增。
4、 根据权利要求2或3所述的圆形截面定子绕组的高压发电机，其特征 在于绝缘层(3-3)采用硅电介质交联聚乙烯。
5、 根据权利要求1所述的圆形截面定子绕组的高压发电机，其特征在于 浪型绕组槽(2-l)的一个长边为直线边，并增加了槽楔(2-3)，槽楔(2-3)由可塑性 材料制成的管状物结构，槽楔(2-3)设置于定子绕组(3)和浪型绕组槽(2-l)的槽 壁之间，槽楔(2-3)的管中注满液体硅胶，液体硅胶与槽楔(2-3)的管壁固化定型 为一体结构。
6、 根据权利要求1所述的圆形截面定子绕组的高压发电机，其特征在于 散热水管(4)是交联聚乙烯水管。
7、 圆形截面定子绕组的高压发电机定子的制造方法，其特征在于它步骤 如下步骤一固定铁芯(2):将铁芯(2)安装于机座(1)上；步骤二定子绕组(3)下线将一组或一相绕组的一根定子绕线的一端从铁芯(2)的一端沿浪型绕组槽(2-l)穿过，并到达铁芯(2)的另一端，按节距要求 再从铁芯(2)的另一端穿回，往复进行；下线顺序为每一组或每一相绕组的 定子绕组(3)都依次从槽底向槽口方向下线，直到该组线圈下线完毕，再下另 一组或另一相绕组；步骤三将散热水管(4)穿入到圆形散热槽(2-2)内；步骤四；把定子绕组(3)的端部和散热水管(4)的端部绑扎整齐，固定在机 座(l)的绑扎环上。
8、 根据权利要求7所述的圆形截面定子绕组的高压发电机定子的制造方 法，其特征在于步骤二的下线过程中增加了分瓣式的保护套，将椭圆形分瓣式 的保护套安装在定子绕组(3)穿线过程中浪型绕组槽(2-l)穿入端口的内壁上。
9、 根据权利要求7所述的圆形截面定子绕组的高压发电机定子的制造方 法，其特征在于步骤二中增加了插入槽楔(2-3)，当定子绕组(3)完成一个浪型 绕组槽(2-l)的下线时，将可塑性材料制成的管状物槽楔(2-3)置于直线边与定子 绕组(3)之间的空隙中，向槽楔(2-3)的管腔中注入液体硅胶直至注满，等待液 体硅胶与槽與(2-3)的管壁固化定型。
全文摘要
圆形截面定子绕组的高压发电机及其定子的制造方法，它涉及电动机领域，本发明解决了现有发动机所存在的额定输出电压小、涡流损耗大、设备繁杂的问题，其电机的定子绕组截面为圆形；其由内而外依次为导体，内部半导体层，绝缘层，外部半导体层，导体为单股或铰绕的多股导线；沿铁芯径向方向开有浪型绕组槽；定子绕组置于铁芯的浪型绕组槽内间隙配合；铁芯轭的圆周方向上均匀开有至少四个圆形散热槽，散热水管置于其内。其定子的制造方法为首先将铁芯安机座上；其次将定子绕组的一端从铁芯的浪型绕组槽一端穿到另一端，按节距要求再从另一端穿回，往复进行；之后将散热水管传入到圆形散热槽内；最后帮扎整齐。它的结构简单、稳定性高、冷却系统简化。
文档编号H02K3/04GK101212155SQ20071014492
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者戈宝军, 梁艳萍, 陶大军 申请人:哈尔滨理工大学