[其他]多滑環分裂勵磁繞組同步發電機

無效

• 申請號: 85201030
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85201030U
• 公開（公告）日: 1986-02-19
• 發明（設計）人: 潘垣;黃河;李朗如;馬志云
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥等離子體物理研究所;華中工學院電機教研室
• 主分類號: H02K19/26
• 分類號: H02K19/26;H02K19/36
• 代理公司: 中國科學院合肥專利事務所
• 代理人: 唐柏松,周國城

多滑環分裂勵磁繞組同步發電機

所屬技術領域：電機工程

現有技術及發明背景：迄今為止現代同步發電機轉子上的勵磁繞組全部是不分裂的連續繞組，采用一對滑環引出。由于轉子絕緣的限制，額定勵磁電壓對于汽輪發電機一般都在500伏以下，對于水輪發電機一般都在1000伏以下。隨著單機容量的不斷增長，勵磁功率也不斷增大。例如蘇聯克拉斯諾雅爾斯克水電站的590兆伏安機組，其勵磁功率峰值已高達13600瓩；美國大古力水電站的615兆伏安機組，其勵磁功率也高達11200瓩。由于轉子絕緣的限制，勵磁電壓已難以再提高，因而勵磁容量的增大只能靠增大勵磁電流來實現。但是，勵磁電流進一步增大，將帶來一系列技術困難，特別是滑環及碳刷的溫升限制。這個問題在大型發電機特別是汽輪發電機上尤為突出。所以現代大型汽輪發電機大都已被迫改用無刷旋轉勵磁機方案。但是采用無刷旋轉勵磁系統必須要增加勵磁系統的慣性環節，這對于勵磁調節系統的快速響應以至整個電力系統的穩定性能顯然是非常不利的。隨著電網的日趨擴大，遠離負荷集中區的大型水電站及坑口火電站的開發，日益依賴于高壓遠距離輸電，所帶來的系統穩定問題，又特別需要發電機具有高頂值和快響應特性的勵磁系統，這又必然要求進一步提高勵磁系統的強勵電壓倍數。例如：蘇聯、加拿大等國，由于系統穩定的需要，頂值強勵電壓已提高到4到5倍額定勵磁電壓（相對于空載額定勵磁電壓約達8到10倍之多），同期調相機甚至高達7到8倍額定勵磁電壓（相對于空載額定勵磁電壓的大約15倍）。對于地域遼闊，水電及煤資源豐富的國家和地區，輸電距離長，電網大而結構疏，聯系弱。發電機采取高頂值快響應強勵系統，肯定是必不可少的。而這首先也都受到了發電機轉子絕緣和可控硅變流器勵磁電源可調幅度的限制。為此，就必須尋求新的轉子結構和新的勵磁系統接線方式。基于這些出發點，特提出四環滑乃至多滑環分裂勵磁繞組同步發電機及其勵磁系統方案。

發明內容：

在傳統的同步發電機的基礎上，將轉子的勵磁繞組分裂為兩組，分別引出到兩對滑環上。對于汽輪發電機轉子的勵磁繞組可兩邊出線，轉子兩端各裝一對滑環，相應轉子大軸的長度當略有增長。對于水輪發電機轉子的勵磁繞組按N磁極和S磁極分裂為兩組，單邊出線，兩對滑環均裝于轉子的上端。這些變化在工藝結構上并不復雜，很易實現。發電機的電磁參數、絕緣及機械結構，以及制造工藝等，均與傳統的同步發電機相類同。

四滑環分裂勵磁繞組同步發電機及其勵磁系統的主接線如附圖所示。圖中（1）為發電機的定子，轉子的兩組分裂勵磁繞組（2），通過兩對滑環（3）經直流快速開關（8）與兩組可控硅變流器（4）相間串接，再經過高值電阻（17）和（18）對稱接地，使得整個勵磁回路最高正常對地電位只有環路總電壓的四分之一（當兩組可控硅交流器（4）同時投入時），大大降低了轉子勵磁繞組的對地絕緣要求。關于發電機勵磁系統，選用適合于大型水輪發電機的自并激方案，可控硅變流器（4）由接于發電機定子饋線上的三繞組整流變壓器（5）供電。正常運行時，勵磁電源可只投入一組可控硅變流器（4），與它相并接的旁路二極管（6）支路則應斷開（該支路的開關（7）斷開），而另一組可控硅變流器（4）處于備投狀態，它的旁路二極管（6）支路應接入（該支路的開關（7）合上）。一旦需要強勵，處于備投狀態的可控硅變流（該支路的開關（7）合上）。一旦需要強勵，處于備投狀態的可控硅變流器（4）應立即自動投入。平時，兩組變流器（4）又可互為備用，大大提高了勵磁系統以至發電機的運行可靠性。

轉子的快速滅磁及過電壓保護采用可控硅二次換流人工過零的新型滅磁與過電壓保護線路（該線路已同時申報職務專利）。它由可控硅開關（9）及低值電阻（10）組成可控硅換流開關支路；由電容（11）、小電感（12）和可控硅（13）組成換流電容支路；由氧化鋅非線性電阻（15）和（16）以及二極管（14）組成非線性電阻滅磁及過電壓保護支路。

本發明與傳統的同步發電機相比，其主要優點是：

1.在傳統的同步發電機轉子工藝條件下，無需增強轉子絕緣，即可提高整個勵磁系統的勵磁電壓，從而可提高發電機的勵磁功率，避免了增大勵磁電流的辦法所帶來的一系列技術難題。

2.有利于實現高頂值快響應的強勵特性，從而有利于系統穩定。

3.無需對可控硅進行深控，即可擴大勵磁參數的調節范圍，從而擴大了機組無功功率的調節范圍。

4.可實現備勵自動投入，提高發電機運行的可靠性。

5.提高了滅磁反電勢，有利于實現接近于理想滅磁條件的快速滅磁。

綜上分析，多滑環分裂勵磁繞組同步發電機，在大型同步發電機的發展過程中，可能是一次較大的技術改進，具有一定的實用經濟價值。