用于高壓設(shè)備的絕緣裝置的制造方法
【專利說明】用于高壓設(shè)備的絕緣裝置
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于高壓設(shè)備的絕緣裝置，所述絕緣裝置具有線圈桿，線圈桿具 有具備第一層和第二層的主絕緣件。本發(fā)明還涉及具有絕緣裝置的發(fā)電機(jī)以及用于制造絕 緣裝置的方法。
[0002] 為了產(chǎn)生電能，通常使用發(fā)電機(jī)形式的高壓設(shè)備。EP1981150A2描述了一種具有 可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和繞著轉(zhuǎn)子布置的機(jī)架的發(fā)電機(jī)。機(jī)架具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的疊片組，導(dǎo)電的線圈 桿在機(jī)架中延伸。在疊片組上兩側(cè)連接有線圈頭，線圈頭通過連接片將線圈桿與閉合的線 圈連接。
[0003] 在具有功率高于500MVA的高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)，測定電壓能夠大于10kV。部件相應(yīng) 地承載較高的機(jī)械、熱力學(xué)、和電學(xué)的負(fù)載。在疊片組中延伸的線圈桿因此尤其配備電絕緣 件，該絕緣件應(yīng)該防止由于部分放電和由此產(chǎn)生的"釋放通道"(Treeing-K.ar^le)發(fā)生的腐 蝕。
[0004] 在US2007/014132A1中示例性描述了一種具有云母顆粒的主絕緣件，它具有配 備橫縱比至少50的片狀。亦即，長度和在一側(cè)上寬度和在另一側(cè)上的厚度的橫縱比至少為 50。這樣的主絕緣件起到電學(xué)和熱學(xué)絕緣的作用。
[0005] 在高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)，在線圈桿的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生熱量，它由于主絕緣件較差的熱導(dǎo)率 (通常小于〇.25W/mK)而不能被導(dǎo)出。結(jié)果是局部過熱，這尤其發(fā)生在疊片組內(nèi)部。此外，由 于在主絕緣件內(nèi)的不均勻性和缺陷可能產(chǎn)生局部的部分放電條件下的溫度升高（熱點(diǎn)）， 這會(huì)使得主絕緣件的部件老化。在老化后期時(shí)可能出現(xiàn)導(dǎo)體的接地，這會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備的 完全失效。
[0006] 因此，需要設(shè)置必需的器件，它用于冷卻發(fā)電機(jī)和尤其冷卻線圈桿。因此已知，根 據(jù)功率等級(jí)利用空氣、氫氣或者水來冷卻發(fā)電機(jī)。
[0007] 為了進(jìn)一步改進(jìn)主絕緣件的熱導(dǎo)率，由US2007/014132A1還已知，在真空壓力浸 漬工藝（VPI)的范圍內(nèi)向主絕緣件內(nèi)加入導(dǎo)熱的顆粒。在VPI過程中，在線圈桿上纏繞透 氣的帶。線圈桿被單獨(dú)地（單VPI)或者全部（全局VPI)在真空條件下浸入樹脂中，施加 壓力并且隨后硬化。
[0008] 其它方法具有數(shù)值富集技術(shù)（Resin-Rich-Technology)，其中，具有聚合的絕緣材 料的透氣帶在運(yùn)行狀態(tài)下被施加在單獨(dú)的線圈帶上。在此，絕緣材料不是完全地成網(wǎng)狀，并 且隨后能夠被再次加熱、擠壓和硬化。US777, 639, 2B2描述了一種復(fù)合絕緣帶，它包括導(dǎo)熱 的部件，其中，這種部件添加了樹脂混合物，并且滲入該復(fù)合帶。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有線圈桿的絕緣裝置，該絕緣裝置除 了電絕緣性外還具有導(dǎo)熱性。此外，這種絕緣裝置應(yīng)該可以被簡單和成本低廉地制造，并且 能夠不耗費(fèi)地集成在現(xiàn)有的制造過程中。
[0010] 建議一種用于高壓設(shè)備的絕緣裝置，其具有線圈桿，該線圈桿具有具備第一層和 第二層的主絕緣件。在此，第一層具有片狀的云母顆粒，并且第二層具有片狀的氧化鋁顆 粒。
[0011] 此外，還建議一種制造用于高壓設(shè)備的絕緣裝置的方法，所述絕緣裝置具有線圈 桿。在此，所述方法包括如下步驟：
[0012] -制備線圈桿、至少一層具有片狀的云母顆粒的第一層和至少一層具有片狀的氧 化鋁顆粒的第二層；和
[0013] -使用第一層和第二層以便在所述線圈桿上構(gòu)成主絕緣件。
[0014] 通過在主絕緣件內(nèi)安置具有片狀的氧化鋁顆粒的第二層，在絕緣裝置內(nèi)集成了一 種傳導(dǎo)熱量的層。因此，在高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)了更好的熱量分布，并且這種熱量分布與純 云母顆粒為基礎(chǔ)的絕緣裝置相比更均勻。例如絕緣強(qiáng)度或耐壓強(qiáng)度、滲透性或者部分放電 電阻等性質(zhì)被相同地保留。因此，制備了一種絕緣裝置，它除了電絕緣性外還具有希望的導(dǎo) 熱性。
[0015] 此外，具有線圈桿的所建議的絕緣裝置能夠被簡單地和成本低廉地制造。第一層 和第二層的構(gòu)造尤其能夠在不耗費(fèi)地情況下被集成在現(xiàn)有的制造過程中，因?yàn)榈诙拥募?成只需要不明顯地改變。
[0016] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，高壓設(shè)備尤其理解為發(fā)電機(jī)、例如渦輪發(fā)電機(jī)，具有例如高于 50MVA的電功率。優(yōu)選發(fā)電機(jī)具有高于500MVA的功率，并且具有高于lkv、優(yōu)選高于10kv 的測量電壓。
[0017] 對(duì)于高壓設(shè)備，線圈桿能夠具有由多個(gè)電導(dǎo)體構(gòu)成的復(fù)合體，該電導(dǎo)體能夠?qū)б?高于10kA的電流。作為電導(dǎo)體例如使用銅導(dǎo)體。
[0018] 線圈桿的絕緣件能夠是在分導(dǎo)體之間（即在各個(gè)電導(dǎo)體之間）的部分絕緣件、或 者在電導(dǎo)體的復(fù)合體和處于地電位的具有疊片組和線圈頭的區(qū)域之間的主絕緣件。此外， 主絕緣件能夠完全地包裹線圈桿。在此主絕緣件構(gòu)成圍繞線圈桿的環(huán)，它具有外部圓周側(cè) 和內(nèi)部圓周側(cè)。主絕緣環(huán)的厚度與高壓設(shè)備的測量電壓以及制造條件和運(yùn)行條件有關(guān)。
[0019] 除了主絕緣件之外，線圈桿還能夠具有內(nèi)部電勢控制裝置和外部電勢控制裝置， 它在高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生在主絕緣件內(nèi)部的電勢。在此，在線圈桿和主絕緣件之間安置內(nèi) 部電勢控制裝置。因此，內(nèi)部電勢控制裝置被安置在主絕緣環(huán)的內(nèi)部圓周側(cè)上。外部電勢 控制裝置在處于地勢的一側(cè)上圍繞主絕緣件。因此，外部電勢控制裝置被安置在主絕緣環(huán) 的外部圓周側(cè)上。
[0020] 還能夠設(shè)置多個(gè)第一層和/或第二層。
[0021] "軸向"和"徑向"在本發(fā)明中總是關(guān)于線圈桿的中軸線。
[0022] 在實(shí)施方式中，這樣設(shè)置第二層，使得能夠沿著線圈桿的軸向傳導(dǎo)熱量。因此，在 主絕緣件內(nèi)實(shí)現(xiàn)了各向異性的熱量傳導(dǎo)，該熱量基本上軸向而非徑向地傳導(dǎo)。因?yàn)樵诟邏?設(shè)備運(yùn)行時(shí)熱量的變化在軸向上沿著線圈桿在中部達(dá)到最大，所以熱量通過第二層從線圈 桿的中部沿著軸向向端部傳導(dǎo)。
[0023] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，片狀的氧化鋁顆粒具有橫縱比10至100優(yōu)選從40至80。 在此，橫縱比涉及相應(yīng)長度和寬度與厚度的比例。氧化鋁顆粒在此以化學(xué)式A1203的氧化鋁 為基礎(chǔ)地構(gòu)成。
[0024] 片狀的氧化鋁顆粒優(yōu)選平面地鋪設(shè)在第二層內(nèi)。由此降低了在主絕緣件內(nèi)的部分 放電感應(yīng)的腐蝕和尤其"釋放通道"的構(gòu)成。除了提高電學(xué)性能外，通過平面的鋪設(shè)還附加 地提高了第二層的機(jī)械強(qiáng)度。
[0025] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，片狀的氧化鋁顆粒相互觸碰。這種在氧化鋁顆粒之間的接 觸實(shí)現(xiàn)了在各個(gè)氧化鋁顆粒之間的更好的熱傳遞，并且由此改進(jìn)了第二層的熱導(dǎo)率。
[0026] 為此，相鄰的片狀的氧化鋁顆粒沿著軸向能夠相互碰觸或者至少部分重疊。由此 在軸向上實(shí)現(xiàn)了在片狀的氧化鋁顆粒之間的接觸，因此第二層在軸向上的熱導(dǎo)率被提高。
[0027] 為了在第二層內(nèi)避免腐蝕通道或者釋放通道的構(gòu)成，片狀的氧化鋁顆粒能夠在第 二層內(nèi)部以多層形式布置。在此，片狀的氧化鋁顆粒在相鄰的層內(nèi)相互錯(cuò)移地布置。
[0028] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，片狀的氧化鋁顆粒設(shè)在基質(zhì)內(nèi)。該基質(zhì)能夠尤其包括聚合 的基質(zhì)，例如以聚硅氮烷、聚酯酰亞胺或者聚醚性多元醇為基礎(chǔ)。
[0029] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二層具有大于40%體積百分比的嵌入基質(zhì)中的片狀的氧 化鋁顆粒。在此，體積是第二層的總體體積。在氧化鋁顆粒具有較高的體積百分比的情況 下，顆粒能夠相互觸碰，并且構(gòu)成相應(yīng)的導(dǎo)熱路徑。由此將熱導(dǎo)率提升至飽和。氧化鋁顆粒 的部分優(yōu)選在跨區(qū)(iiberpartikuUire)的區(qū)域內(nèi)，即熱導(dǎo)率處于飽和。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣裝 置的軸向熱導(dǎo)率，它大于2W/mK、優(yōu)選大于3W/mK。
[0030] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，主絕緣件具有至少兩層第一層，在它們之間安置至少一層 第二層。主絕緣件尤其能夠具有5至50、優(yōu)選10至25或更大的因數(shù)，即第一層的數(shù)量除以