專(zhuān)利名稱(chēng)：交流電機(jī)的串聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于補(bǔ)償交流電機(jī)的方法和裝置，所述交流電機(jī)直接地或通過(guò)靜態(tài)電流變換器和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)相連，其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的。本發(fā)明還涉及一種具有這種串聯(lián)補(bǔ)償裝置的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
本發(fā)明主要涉及用作在電站中發(fā)電的發(fā)電機(jī)的交流電機(jī)。一種典型的運(yùn)行范圍可以是36-800kV，使得它們可以和所有類(lèi)型的高壓電網(wǎng)直接相連。由于使用具有類(lèi)似于輸電電纜的固態(tài)絕緣的高壓絕緣電導(dǎo)體，所以這是可能的，這種電纜下面稱(chēng)為高壓電纜。這種電纜還具有外部半導(dǎo)體層，借助于外部半導(dǎo)體層，其相對(duì)于周?chē)h(huán)境的電位被限定。
一種導(dǎo)體通過(guò)US 5036165被公知了，其中絕緣配備有由半導(dǎo)體熱解的玻璃纖維(semiconducting pyrolized glassfiber)制成的內(nèi)層和外層。對(duì)于電機(jī)中的導(dǎo)體提供這種絕緣也是公知的，例如US5066881所述，其中半導(dǎo)體熱解的玻璃纖維層和形成導(dǎo)體的兩個(gè)平行桿接觸，并且在定子槽中的絕緣被半導(dǎo)體熱解的玻璃纖維包圍著。據(jù)說(shuō)熱解的玻璃纖維材料是合適的，因?yàn)榧词乖诮n處理之后，其仍然保持其電阻率不變。
在高壓輸電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)方面的串聯(lián)補(bǔ)償已經(jīng)被公知了。
在高壓輸電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)方面的串聯(lián)補(bǔ)償已經(jīng)被公知了。還熟知地磁感應(yīng)的電流可以在直接接地的電網(wǎng)系統(tǒng)中引起有害的發(fā)熱。
由US A1 4341989還公知了一種裝置，其用于多相旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)的相位補(bǔ)償，其中每個(gè)相繞組在其上部串聯(lián)或并聯(lián)連接電容元件。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的方法和新的裝置，用于通過(guò)相關(guān)交流電機(jī)的串聯(lián)補(bǔ)償降低系統(tǒng)電抗，并用于阻止地磁感應(yīng)的電流。
這一目的是通過(guò)前言所述的那類(lèi)方法和裝置實(shí)現(xiàn)的一種串聯(lián)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)的方法，所述交流電機(jī)直接地或者通過(guò)靜態(tài)電流變換器和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)相連，其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的，其特征在于，用于電壓的基本頻率的電容電路被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)的接地點(diǎn)之間。
一種串聯(lián)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)的裝置，所述交流電機(jī)直接地或者通過(guò)靜態(tài)電流變換器和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)相連，其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的，其特征在于，用于電壓的基本頻率的電容電路被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)的接地點(diǎn)之間。
因而，按照本發(fā)明，所述補(bǔ)償在繞組的下部進(jìn)行，使得可以使用低電壓絕緣的電容器，這在按照現(xiàn)有技術(shù)的高壓輸電網(wǎng)中利用串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)是不可能的。因此，在按照本發(fā)明的裝置中，可以使用成本低的電容器，因?yàn)樗鼈兪艿诫姍C(jī)本身的保護(hù)，并且和中性點(diǎn)相連，而中性點(diǎn)處于低的對(duì)地電位。這方法對(duì)于本發(fā)明涉及的那種電機(jī)尤其有利，因?yàn)檫@種電機(jī)的上部旨在直接和高壓電網(wǎng)相連。
按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)選的實(shí)施例，過(guò)電壓保護(hù)裝置和電容器并聯(lián)，使得它們被保護(hù)不遭受在故障狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過(guò)電壓。
按照本發(fā)明的裝置的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在由電容器組成的電容器組的Y點(diǎn)和輸配電網(wǎng)的接地點(diǎn)之間設(shè)置帶阻濾波器，可以在帶阻濾波器和接地點(diǎn)之間連接低歐姆的電阻。該電阻可以是中性點(diǎn)電阻，其大小使得可以通過(guò)幾十安培的無(wú)害的接地故障電流。在交流電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中的接地故障能夠通過(guò)這一電阻流過(guò)接地故障電流，但是通過(guò)控制接地故障電流，可以采取措施斷開(kāi)發(fā)電機(jī)，或者可以斷開(kāi)故障相。
從電網(wǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，瞬變電機(jī)電抗的任何增加都可以利用這種方式得到補(bǔ)償。
在按照本發(fā)明的電機(jī)中，繞組最好用具有固態(tài)的擠壓絕緣的電纜制成，這類(lèi)電纜現(xiàn)在用于配電中，例如XLPE電纜或具有EPR絕緣的電纜。這種電纜是可彎曲的，這在本發(fā)明中是一個(gè)重要性能，因?yàn)橛糜诎凑毡景l(fā)明的電機(jī)的技術(shù)主要基于繞組系統(tǒng)，其中繞組由在裝配期間被彎曲的電纜制成。XLPE電纜的柔性一般相當(dāng)于對(duì)于直徑為30mm的電纜，其曲率半徑大約為20cm，對(duì)于80mm直徑的電纜，其曲率半徑大約為65cm。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“可彎曲的”用于指繞組可向下彎曲到4倍于電纜直徑的數(shù)量級(jí)的曲率半徑，最好是8倍到12倍電纜直徑。
在本發(fā)明中的繞組被這樣構(gòu)成，使得即使它們被彎曲時(shí)以及在操作期間受到熱應(yīng)力時(shí)，也保持其性能不變。極其重要的是，在這種情況下，絕緣層相互之間保持其黏附作用不變。其中絕緣層的材料性能是至關(guān)重要的，特別是其彈性和相對(duì)熱膨脹系數(shù)。例如，在XLPE電纜中，絕緣層由交聯(lián)的低密度聚乙烯制成，半導(dǎo)體層由其中混合有碳黑和金屬顆粒的聚乙烯構(gòu)成。由于溫度波動(dòng)而引起的體積變化作為電纜的半徑的變化而完全被吸收，并且，由于在這些層中，相對(duì)于這些材料的彈性，其熱膨脹系數(shù)之間的差別是很小的，所以可以發(fā)生半徑的膨脹而不損害層之間的黏附作用。
上述的材料組合應(yīng)當(dāng)認(rèn)為只是例子而已。其它的滿足規(guī)定條件的同時(shí)也是半導(dǎo)體的材料，即，其電阻率范圍為10-1-106ohm-cm，例如1-500ohm-cm，或10-200ohm-cm，當(dāng)然也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，絕緣層可以由固態(tài)熱塑材料制成，例如低密度的聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，聚甲基戊烯(PMP)，交聯(lián)材料，例如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，或橡膠，例如乙烯丙烯橡膠(EPR)或硅橡膠。
內(nèi)外半導(dǎo)體層可以由同一種基本材料但其中混合有導(dǎo)電材料顆粒例如碳黑或金屬粉末的材料制成。
這些材料的機(jī)械性能，特別是熱膨脹系數(shù)，受是否加入碳黑或金屬粉末的影響相當(dāng)小，這些材料至少按照所需的比例加入，以便實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明所需的導(dǎo)電性。因而，絕緣層和半導(dǎo)體層具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。
乙烯-乙烯基-乙酸鹽共聚物/腈橡膠，丁基接枝聚乙烯，乙烯-丁基-丙烯酸鹽-共聚物以及乙烯-乙基-丙烯酸鹽共聚物也可以構(gòu)成用于半導(dǎo)體層的合適的聚合物。
甚至當(dāng)使用不同類(lèi)型的材料作為各個(gè)層中的基底時(shí)，也需要其熱膨脹系數(shù)基本相同。上面列出的材料的組合便屬于這種情況。
上面列出的材料具有相當(dāng)好的彈性，其彈性模量E＜500MPa，最好＜200MPa。彈性對(duì)于沿徑向吸收層中材料的熱膨脹系數(shù)之間的任何微小差別足夠了，使得不出現(xiàn)裂痕或其它的破壞并且各層間不會(huì)分離。層中的材料是有彈性的，并且層之間的黏附作用至少和最弱的材料相同。
兩個(gè)半導(dǎo)體層的導(dǎo)電性足以基本上平衡每層上的電位。外半導(dǎo)體層的導(dǎo)電性足夠大，以便包括電纜中的電場(chǎng)，而又足夠小，使得不致由于在層的縱向感應(yīng)的電流而產(chǎn)生大的損耗。
這樣，兩個(gè)半導(dǎo)體層的每層基本上構(gòu)成一個(gè)等位面，并且這些層基本上包封它們之間的電場(chǎng)。
當(dāng)然，在絕緣層中可以設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)附加的半導(dǎo)體層。
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，將以舉例方式參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明按照本發(fā)明的裝置的實(shí)施例，其中

圖1表示按照本發(fā)明的裝置的實(shí)施例，圖2表示用于按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的高壓電纜的截面圖。
圖1表示呈發(fā)電機(jī)形式的交流電機(jī)2，其相電壓通過(guò)絕緣器和斷路器4直接和電網(wǎng)6相連。過(guò)電壓保護(hù)裝置8和電流測(cè)量裝置10也被提供在發(fā)電機(jī)2的輸出側(cè)。
發(fā)電機(jī)2的定子繞組是Y連接的，串聯(lián)補(bǔ)償電容器14被連接在繞組下側(cè)的每相中。帶阻濾波器16被連接于電容器組的Y點(diǎn)，中性點(diǎn)電阻18被連接在電網(wǎng)6的接地點(diǎn)20。電流測(cè)量裝置22，24也被提供在發(fā)電機(jī)2的這一側(cè)。
在每相中通過(guò)連接串聯(lián)電容器14實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)2的串聯(lián)補(bǔ)償，借以降低系統(tǒng)電抗。
過(guò)電壓保護(hù)裝置26和電阻R被合適地提供，以便在故障狀態(tài)下保護(hù)電容器14。
濾波器16和本發(fā)明無(wú)關(guān)，因而不作詳細(xì)說(shuō)明。
中性點(diǎn)電阻18的大小使得把接地故障限制于幾十安培的無(wú)害大小。因而在發(fā)電機(jī)2出現(xiàn)接地故障時(shí)，可以通過(guò)電阻18產(chǎn)生接地故障電流，并通過(guò)控制該電流的大小使得能夠采取措施斷開(kāi)發(fā)電機(jī)，并可以斷開(kāi)故障相。
此外，發(fā)電機(jī)2可以通過(guò)變換器28和電網(wǎng)相連，如圖1所示。
圖1中省略了發(fā)電機(jī)的激磁部分。
圖2表示用于按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的高壓電纜29的截面，高壓電纜29包括許多例如由銅制成的并具有圓形截面的線股部分31。這些線股部分31被設(shè)置在高壓電纜29的中部。第一半導(dǎo)體層32圍繞線股部分31，絕緣層33，例如XLPE絕緣層圍繞第一半導(dǎo)體層32，第二半導(dǎo)體層34圍繞絕緣層33。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)(2)的方法，所述交流電機(jī)直接地或者通過(guò)靜態(tài)電流變換器(28)和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)相連，其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的，其特征在于，用于電壓的基本頻率的電容電路(14)被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間。
2.一種串聯(lián)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)(2)的裝置，所述交流電機(jī)直接地或者通過(guò)靜態(tài)電流變換器(28)和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)相連，其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的，其特征在于，用于電壓的基本頻率的電容電路(14)被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每個(gè)電容電路包括電容器(14)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，過(guò)電壓保護(hù)裝置(26)和電容器(14)并聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求2-4任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于，帶阻濾波器(16)被設(shè)置在由電容器(14)構(gòu)成的電容器組的Y點(diǎn)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，低歐姆的電阻(18)被連接在帶阻濾波器(16)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間。
7.一種具有在定子槽中設(shè)置的繞組的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述繞組使用高壓電纜繞制，并且所述電機(jī)具有如權(quán)利要求2-6任何一個(gè)所述的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其特征在于，所述高壓電纜是這種類(lèi)型的電纜，其包括具有許多線股部分的纜芯，圍繞纜芯的內(nèi)部半導(dǎo)體層，圍繞內(nèi)部半導(dǎo)體層的絕緣層，和圍繞絕緣層的外部半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求8所述的電機(jī)，其特征在于，所述高壓電纜具有在20-200mm范圍內(nèi)的直徑和在80-3000mm2范圍內(nèi)的導(dǎo)電面積。
10.如權(quán)利要求7-9任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，所述電纜是可彎曲的，并且所述的層相互鄰接。
11.如權(quán)利要求7-10任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，所述的層由這樣的材料制成，所述材料具有這樣的彈性和這樣的熱膨脹系數(shù)，使得在操作期間由于溫度波動(dòng)而引起的各層體積的變化被材料的彈性所吸收，因而在操作期間發(fā)生溫度波動(dòng)時(shí)，這些層保持其間的相互黏附作用不變。
12.如權(quán)利要求7-11任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，在所述層中的材料具有高的彈性，最好彈性模量小于500MPa，小于200MPa更好。
13.如權(quán)利要求7-12任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，在所述層中的材料的熱膨脹系數(shù)基本上相同。
14.如權(quán)利要求7-13任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，在所述層之間的黏附作用至少和材料的最弱的強(qiáng)度的大小相同。
15.如權(quán)利要求7-14任何一個(gè)所述的電機(jī)，其特征在于，每個(gè)半導(dǎo)體層基本上構(gòu)成一個(gè)等位面。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種串聯(lián)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)(2)的方法,所述交流電機(jī)直接地或者通過(guò)靜態(tài)電流變換器(28)和三相配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)相連,其中交流電機(jī)的定子繞組是Y連接的,用于電壓的基本頻率的電容電路(14)被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間。還披露了一種用于這種串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难b置,該裝置包括被連接在每相中的繞組的下側(cè)和配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)(6)的接地點(diǎn)(20)之間的用于電壓的基本頻率的電容電路(14)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK1246972SQ9880227
公開(kāi)日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月3日
發(fā)明者馬茨·雷永, 拉斯·格爾特馬爾, 詹-安德斯·尼格倫, 皮特·坦普林 申請(qǐng)人:Abb阿西亞布朗·勃法瑞公司