CN1278371A

CN1278371A - 发电站

Info

Publication number: CN1278371A
Application number: CN98809663A
Authority: CN
Inventors: 马茨·莱昂; 彼得·特姆林; 蒙斯·约勒兰德; 塞迈·卡尔松; 拉斯·格特马; 阿兰德·雪林森; 博泰尔·伯格林; 詹－安德斯·尼格林
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-12-27
Also published as: JP2001518776A; EP1020005A2; SE9703548L; PL339948A1; CA2305418A1; NO20001594D0; KR20010052082A; WO1999017426A2; AU9370598A; AU736272B2; NO20001594L; ZA988877B; BR9812572A; WO1999017426A3; IL134817A0; SE9703548D0

Abstract

一种发电部包括至少一台交流类型的电机(2,4,6,8),该电机设计成与配电网或输电网直接连接,并且包括至少一个电绕组。电机的绕组包括至少一个导电体,一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层,一个环绕该第一层的固体绝缘层,和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层。安排辅助电力装置(10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40),以提供必要的辅助电力。还叙述了这样发电站中的过程。

Description

发电站

本发明涉及一种发电站，这种发电站至少包括一台交流类型的电机，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且至少包括一个电绕阻。本发明还涉及这样电站中的过程。

根据本发明的电站中所包括的电机可以是旋转电机，例如同步电机、双端馈电电机、异步静态换流器级、外极电机或同步流量电机，或静止电机，例如变压器或电抗器。

为了把这种类型的电机与下文称为电力网的配电网或输电网连接，至今使用变压器把电压升高到电网等级，即升高到130-400kV范围。

额定电压高达36kV的发电机由Paul R.Siedler在“36kVGenerators Arise from Insulation Research”，Electrical World，15October 1932，pages 524-527中叙述。这些发电机包括高压电缆的绕阻，其中绝缘分成具有不同介电常数的不同层。所使用的绝缘层由三种元件，云母箔云母、漆和纸的各种组合组成。

现在已经发现，利用绝缘高压导电体来制造上述电机绕组，这种导电体具有和电力传输电缆所用类型相似的固体绝缘，则能使电机电压增加到这样等级，以至电机能不用中间变压器而直接与任何电力网连接。变压器因此能被省略。这些电机的典型操作范围是30kV到800kV。

在常规发电机中，用于起动和操作电机，以及用于厂用需求，例如操作泵和泄洪闸门，以及用于加热和照明的辅助电力，是通过变压器从发电机端取得的，端电压于是小于25kV。图1表示根据已知技术的发电站中辅助电力分配的简化概览图。图解说明了四个至辅助电力母线200的可选供电路径。两台发电机G1、G2因此各通过其本身变压器202、204与电力网连接。至辅助电力变压器206、208的支路安排在发电机断路器210、212的外侧。辅助电力因此通过这些辅助电力变压器206、208，分流到辅助电力母线200。该图还表示了柴油发电机218和来自本地配电网例如220的电源，它们对辅助电力母线200提供了另两个电源选择。如下所述，自辅助电力母线200的辅助电力分配于是通过交流配电母线222和直流配电母线224实行。

图2表示图1说明的辅助电力分配的一种变更，它也有四个电源选择。电源选择中的两个包括发电机226、228，它们分别包括用于辅助电力产生和激励的附加定子绕组230、232和234、236。在根据图1和图2的这两个实施例中，不同电源选择之间的转换必然带来辅助电力母线200上的暂时电压中断。

因此，在常规电站中，辅助电力通常通过变压器从发电机端取得，端电压于是小于25kV。典型的辅助电压是400V-690V，3.3kV，6.6kV，6kV-10kV。因此，从发电机端电压取得的电压通常通过至少一个辅助电力变压器，变换成这些离散等级中的一个或多个。

用于加热和照明的辅助电力设备例如通常要求380-220V的电压，在这种情况下电力系统至少包括一个本地电力变压器，以把从发电机电压取得的电压降低到这个辅助电压。可选择地，可以在电力变压器中安排辅助电力绕阻，以执行这种降压。这两种辅助电力产生的选择都要求取附加变压器或复杂电力变压器构造的形式的附加设备，因此增加了要求的空间，并且还使发电站更昂贵。

上述问题在具有36-800kV范围端电压的电机中突出。

因此本发明的目的是提供一种发电站，它包括至少一台能与配电网或输电网直接连接的交流类型的电机，这种发电站还包括辅助电力装置，使得必要的辅助电力能够以简单方式提供。

这个目的由引言中所述类型的发电站来实现，这种发电站具有权利要求1限定的特征。

用于本发明的绝缘导体或高压电缆是柔性的，并且是WO 97/45919和WO 97/45847中更详细叙述的类型。该绝缘导体或电缆在WO 97/45918，WO 97/45930和WO 97/45931中进一步叙述。

因此，在根据本发明的装置中，绕组优选地为这样类型，它对应于那些具有固体挤压绝缘的电缆，这些电缆和现今用于配电的那些电缆相同，例如XLPE-电缆或具有EPR绝缘的电缆。这样的电缆包括一个由一条或多条股线部分构成的内导体，一个环绕该导体的内半导电层，一个环绕该半导电层的固体绝缘层，和一个环绕该绝缘层的外半导电层。这样的电缆是柔性的，这一点在这里是重要的特性，因为根据本发明的装置的技术主要基于绕组系统，其中绕组由组装期间被弯曲的电缆形成。XLPE电缆的柔性通常对应于30mm直径的电缆约20cm的曲率半径，以及80mm直径的电缆约65cm的曲率半径。在本应用中，术语“柔性”用来指绕组可弯曲到电缆直径的约四倍，优选地为电缆直径的八到十二倍的曲率半径。

绕组应该保持其特性，即使当它被弯曲时，或当它在操作期间经受热应力或机械应力时。在这里各层相互之间保持它们的粘附极端重要。层的材料特性在这里是决定性的，特别是它们的弹性和相对热膨胀系数。例如，在XLPE电缆中，绝缘层由交联低密度聚乙烯构成，而半导电层由其中混合碳黑和金属微粒的聚乙烯构成。由温度波动所引起的体积变化完全作为电缆半径变化被吸收，并且由于相对这些材料的弹性，层中热膨胀系数之间有比较微小的差别，所以径向膨胀能在不失去层间粘附的情况下发生。

上述材料组合应该认为只是作为例子。实现规定条件及半导电条件的其他组合自然也属于本发明的范围，半导电即具有10^-1-10⁶ohm-cm范围之内，例如1-500ohm-cm或10-200ohm-cm的电阻率。

绝缘层例如可以由固体热塑材料、交联材料或橡胶构成，固体热塑材料例如有低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烷(PMP)，交联材料例如有交联聚乙烯(XLPE)，橡胶例如有乙烯丙烯橡胶(EPR)或硅橡胶。

内和外半导电层可以为相同的基本材料，但是其中混合导电材料的微粒，例如碳黑和金属粉末。

这些材料的机械特性，特别是它们的热膨胀系数，相对来说很少受到是否混合碳黑或金属粉末的影响，这些材料至少以实现根据本发明所需的导电率而要求的比例混合碳黑或金属粉末。因此绝缘层和半导电层具有大致相同的热膨胀系数。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/丁腈橡胶、丁基接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-乙基丙烯酸酯共聚物也可以构成半导电层的适当聚合物。

即使当用不同类型的材料作为各种层的基础时，也希望它们的热膨胀系数大致相同。这是组合以上所列材料的情况。

以上所列材料具有相对优良的弹性，具有E＜500MPa，优选地＜200Mpa的E模量。该弹性足以使层中材料的热膨胀系数之间的任何微小差别在弹性的径向得到吸收，以便无破裂或任何其他损坏出现，以及层相互之间不脱开。层中的材料具有弹性，并且层之间的粘附至少和材料中最弱处具有相同强度。

两个半导电层的导电率足以使沿各层的电位大致相等。外半导电层的导电率足够高，以使电场包含在电缆之内，但是又足够低，以不会在层的纵向由于感应电流而引起相当大的损耗。

因此，两个半导电层各自实质上构成一个等电位表面，并且构成这些层的绕组将大致上使电场封闭在它之内。

当然，不妨碍在绝缘层中安排一个或多个其他半导电层。

根据本发明的电站的一个有利实施例，电机绕组的至少两个相邻层具有大致相同大的热膨胀系数。因此避免了由于破裂形成或其他类似原因所引起的损坏。

根据本发明的电站的另一个有利实施例，所述层安排为即使当绝缘导体弯曲时也相互粘附。这样保证在整个层之间的良好接触。

根据本发明的电机的一个有利实施例，辅助电力装置包括至少一个辅助电源，它通过电力电子设备与用来分配辅助电力的辅助电力母线连接，以使辅助电力母线上的电压保持恒定，该电力电子设备设有直流电压中间链路，如果需要，后备电压能与之连接。一个电池适当地与直流电压中间链路连接，以便如果直流电压中间链路的电压电平降到预定电平之下，向直流电压中间链路提供预定后备电压。这种对直流电压中间链路的加强允许处理暂时过负荷，而不使普通电源成为过负荷。因此即使在普通电源中发生暂时断路时，也能在辅助电力母线上保持电压和频率。因此电力电子设备能和各种电源，例如具有恒定或变化频率和电压的同步/异步发电机一起使用，以及和二次电压具有适当等级的变压器一起使用。辅助电力母线还可以由多个并联电源供电。

根据本发明的电站的另一个有利实施例，电力电子设备安排为可选择地控制从辅助发电机到辅助电力母线，或从辅助电力母线到辅助发电机，或可选择地从多绕组电机中辅助电力绕组到辅助电力母线，或从辅助电力母线到多绕组电机中辅助电力绕组的潮流。辅助发电设备于是还能用来使电机完全停止得到电延迟。这对于已知技术来说相当有利，其中电延迟仅可能是起动速度的5-10％，在此之后要求机械制动。因此根据本发明，不要求这样的机械制动设备。

根据本发明的电站的又一个有利实施例，如果电机是同步电机，则辅助发电机的磁场绕组能被短路，并且其定子侧能被供给具有这样相位和频率的三相电压，以便辅助发电机起一台异步电机作用，在旋转方向具有最大制动转矩。这种异步操作一直继续到电机进入静止为止。

根据本发明的电站的又一个有利实施例，辅助发电机的磁场绕组能被短路，并且至少一个定子绕组能被供给直流。在这种情况下，优选地安排静态变频器或单象限操作的分开的可控硅换流器，以对定子绕组供给直流。

根据本发明的电站的又一个有利实施例，辅助发电机设计具有适合于频率适配的极数。辅助电力母线于是可以具有多输入，例如一个直接连接的输入和一个通过一个或多个变频器的输入。双输入使得能够在可选电源之间转换，而在母线上无任何电压中断。

为了更详细地说明本发明，现在将参考附图中的图3至图22，更详细地叙述根据本发明作为例子选择的电站的实施例，其中：

图1和图2表示根据已知技术的发电站中的辅助电力分配的概括图；

图3表示根据本发明的发电站的一个实施例的电路图，它具有各种辅助电源，通过直流电压中链路对辅助电力母线供电；

图4更详细地表示图3中用于获得辅助电力的例子中的一个；

图5表示根据本发明的电站中用于激励电机的各种选择；

图6说明在具有几个并联电源的情况下，用于获得辅助电力的原理解决方案；

图7表示图6实施例的一种变更，其中以具有附加二次绕组的接地变压器形式，添加另一个电源；

图8更详细地表示前图说明的实施例中电力电子设备的输出电路的例子；

图9表示一个实施例，其中利用一台辅助发电机产生辅助电力，该辅助发电机还能用来使电机电延迟；

图10说明一个实施例，它对于辅助电力母线具有几个可能输入；

图11表示一个实施例，它具有几个电压等级的辅助电力分配；

图12和图13表示延迟期间辅助发电机的磁场绕组的短路的两个例子；

图14表示根据本发明的电站的一个实施例，其中用一个分开的辅助发电机起动静态变频器；

图15表示一个实施例，其中用一个分开的辅助发电机起动同步电机的静态变频器；

图16表示根据本发明的电站的一个实施例，其中用一个分开的辅助电力绕组起动同步电机的变频器，并且其中借助于三绕组变压器执行电压调节；

图17表示一个具有两台发电机的实施例，这两台发电机具有共变频器设备；

图18说明根据本发明的电站的实施例中辅助电力分配的原理解决方案，它具有可变速的发电机；

图19表示根据本发明的发电站中的旋转电机中，沿定子直径方向所取的断面的透视图；

图20表示根据本发明的发电站中的电机中，用于绕组的绝缘导体的截面；

图21示意表示根据本发明的发电站中，旋转电机的扇区；以及

图22表示与图21中径向扇区的一个齿节相对应的定子的扇区。

图3表示根据本发明的发电站的一个实施例的电路图，这种发电站包括几台交流电力类型的电机，例如发电机2、4、6和变压器8，这些电机根据本发明构造，以与高压侧的母线直接连接，高压侧母线典型地在40-400kV范围内，通过断路器9与电力网连接。发电机2用分开的辅助电力绕组10设计，以通过电力电子设备与典型地处于400V电压的辅助电力母线连接。电力电子设备包括取整流器12形式的输入级12，它连接在辅助电力绕组10与直流电压中间链路14之间。在直流电压中间链路14与辅助电力母线之间是取逆变器和变压器18形式的输出级16。输入级12、直流电压中间链路14和输出级16原理上构成具有恒定直流电压中间链路的静态变频器。

发电机4设有抽头端，它通过变压器20和输入级22与直流电压中间链路14连接，以抽出辅助电力。

发电机6安排为驱动一台分开的辅助发电机24，辅助发电机24又通过输入级26与直流电压中间链路14连接。

作为辅助电源的另一个例子，接地变压器8表示为与母线直接连接，并且设有抽取辅助电力的附加二次绕组28。二次绕组28通过输入级30与直流中间链路14连接。

取电池32形式的后备电路通过半导体整流器34和电阻器36，与直流电压中间链路14连接，半导体整流器34在正常操作期间阻断电路。如果在暂时过负荷和暂时电源切断时，为了使静态变频器的输出电压保持恒定，输入级12、22、26、30的通常电源受到限制，则后备电路32、34、26进入操作，并且使直流电压中间链路14上保持恒定电压。这样避免电源在暂时过负荷或中断时过负荷。后备电路32、34、36因此用来加强直流电压中间链路14。

在具有几个并联输入的系统解决方案中，例如像图3所示的直流电压中间链路14的电源那样，还可以包括用于负荷分配的设备。

在输入的最大容许电流下，输入级12、22、26、30的输出电压电平，即直流电压中间链路14上的电压，将低于后备电路32、34、36的后备电压的电平，于是后备电路接入。

辅助电力母线也可以具有几个并联输入，即柴油驱动发电机38和通过变压器40连接的外部电源，以及来自直流电压中间链路14的输入16、18。

图4更清楚地表示了一个实施例，它具有一台取同步电机42形式的电机，同步电机42具有一个附加辅助电力绕组44。从辅助电力绕组44取得的电压在电力电子设备的输入级46中整流。电力电子设备48的直流电压中间链路获得一个视负荷而定的电压值ULS，该电压值看作是恒定电压U减去电阻器R1和电感L上视负荷而定的电压降ΔURL。

直流电压中间链路50还构成一个取电池52、半导体整流器54和电阻器56形式的后备电路，和上述参考图3那样连接。

在最大容许电流Imax下，在取自辅助绕组44的供电电路58中，直流电压中间链路50上的电压电平ULS小于取自后备电路52、54、56的后备电压UB的电平，此时该后备电路通过半导体整流器54接入。

后备电路通过电阻器56保持充电，并且在正常操作期间借助于半导体整流器54阻断。

如果电压和频率恒定，输入级46能由传统二极管桥形成，并且借助于电阻器R1和电感L，实现视负荷而定的电压降ΔURL。在系统解决方案中，其中供电电压电平和频率都可以改变，则输入级46优选地借助于可控半导体元件实现，并且通过受电流控制的电压控制，使直流电压中间链路50上的电压电平ULS对于当前操作情况调节。后备电路中电池52的维护充电使用对电池充电的常规设备实行，并且半导体整流器可以用可控硅开关代替，例如，具有用于后备电路的受控起动的点火电路。

电压转换和谐波含量的过滤在电力电子设备48的输出级中发生，如参考图8更详细地叙述，电子电子设备48包括衰减器60和变压器62。

辅助电力分配通常包括一个交流电压母线64和一个或多个直流电压母线66、68。直流电压母线66、68由电池70、72和逆变器74、76供电。逆变器74、76能由电流电压母线64供电，或能由电力电子设备48的中间链路50供电。

图5表示与图2所示实施例类似的一个实施例，它具有用于激励电机42的不同电源选择。附加辅助电力绕组44用作激励的电源。于是重要的是电机42的磁场绕组74，或电源磁场，与激励设备的电源电分开。

激励可以借助于传统的静态换流器设备、分开的同步电机或永磁发电机76，或辅助电力母线64提供的电源来执行，以用于代替辅助电力绕组44。

可选择地，激励能借助于与输入和输出电分开的斩波连接78，由直流电压中间链路50实现。

选择用来激励电机42的电源类型主要取决于希望的激励强度。在希望强激励的情况下，通常不选择由辅助电力母线64提供的电源。

图6表示与图2和图3中实施例类似的一个实施例，其中通过几个并联输入58、78、80，对直流电压中间链路50供给辅助电力。在该图中说明了用于激励电机42的两个选择，即由辅助电力绕组44提供的选择和直流电压中间链路50提供的选择。如果要求冗余，建议使用两个选择用于激励。

因此，在图6所示实施例中，电力电子设备包括几个并联输入级58、78、80。如果在电源之间要求电分开，对各输入级添加一个变压器。如果为了保护一个或多个电源，必须限制电流，则要求对各输入级进行个别的受电流控制的电压调节。在本实施例中，对来自各个电源的输入电路被供给变化的电压电平和变化的频率。

图7表示另一个实施例，和图6相同，它对直流电压中间链路50具有几个并联输入，这些输入电源中的一个包括接地变压器82，它具有附加二次绕组84。接地变压器82的主要任务是实现系统接地的人工零点，以便在一个或多个并联发电机42、86、88的操作期间，消去三次谐波电流循环，并且在发生外部故障时限制零点电流。

该图表示两个取自变压器82的电源选择，分别为ALT 1或ALT2。在ALT 1中，通过直流电压中间链路50供电，而在ALT 2中，直接从接地变压器82的二次绕组84对辅助电力母线90供电。在这种情况下，二次绕组84输出的电压必须适合于辅助电力母线90上的电压。

图8更详细地表示了电力电子设备的主电路的一个实施例，它包括连接在一个电源与起收集点作用的直流电压中间链路50之间的几个输入级。如上所述，由电池52、半导体整流器54和电阻器56组成的后备电路与直流电压中间链路50连接，并且输出级连接在直流电压中间链路50与辅助电力母线之间，用于电压转换和过滤谐波。输入级主要预备用作整流电源的电压，而输出级预备用作对电压逆变，它们本身已知，因此不详细地叙述。

图9表示根据本发明的电站的实施例，其中用于辅助发电的设备还能用于电机的电延迟，制动功能一直起作用，直到完全静止。

该电站因此包括一台无电刷激励的电机92，和一台也是无电刷激励的辅助发电机94。辅助发电机94通过静态变频器96与辅助电力母线98连接。其他电源，例如在100的外部电源或柴油发电机102，也可以与辅助电力母线98连接。

设有一个共旋转激励设备104，用于激励电机92和辅助发电机94。这个激励设备包括一个永磁发电机106和几个整流器元件，例如可控硅桥108、110，以对发电机92、94的磁场绕组112、114供电。可控硅桥108、110各通过其本身的无线通信装置由静止控制装置116控制。各通信装置包括一个与控制装置116连接的静止发射和/接收装置118，和一个作用在旋转激励设备上的接收和/或发射装置120。

在图9中，在电机92与控制装置116之间还表示连接122，以便能通过控制激励来控制电机92的输出电压。还表示有连接124，以测量网络电压，这对电机92中的定相是必须的。

在本实施例中，用于产生辅助电力的设备包括多象限操作的变频器设备96，并且能用于电机92的电延迟。通过使辅助发电机94的磁场绕组114短路，并且对其定子测供给具有这样相位和频率的三相电压，以使辅助发电机94(同步电机)能够起一台异步电机作用，在旋转方向具有最大制动转矩，则实现制动效果。异步操作可以继续到电机92进入完全静止为止。以下参考图12更详细地叙述这种情况。

制动效果还能通过使辅助发电机94的磁场绕组114短路，并且对其定子绕组供给直流来实现，如以下参考图13更详细地叙述。

辅助发电机94怎样能用于延迟的关键是它能多长时间过负荷而不损坏。

图10表示辅助电力母线126的几个可能输入的例子。例如，除外部电源128和柴油发电机130以外，还表示了两台共享共变频器设备136的发电机132、134，这两台辅助发电机132、134又能通过变压器138与辅助电力母线126连接。因此可能具有通过变频器136的电源或直接从辅助发电机132、134连接的电源，以及可选电源128、130。

图11表示具有几个电压等级的辅助电力分配的实施例。发电机140、142因此可以直接与6kV电压等级连接，并且通过具有附加二次线的变压器144、146，直接与辅助电力母线150连接，或通过变频器设备148，与辅助电力母线150连接。辅助电力母线典型地位于0.4kV，并且如上所述，通过换流器152、154对直流电压母线156、158供电。然而，其他电压等级或甚至几个电压等级也是可能的。

图12更清楚地说明在延迟操作期间，使辅助发电机的磁场绕组162短路的原理。磁场绕组162因此通过可控硅短路器166与激励设备164连接，可控硅短路器166包括两个相对导向的可控硅168、170，它们带有自己的点火电路172、174。发电机160的定子侧通过变频器176供给具有这样相位和频率的交流电压，以便电机作为一台异步电机操作，在旋转方向具有最大制动转矩。

图13表示一个可选实施例，其中从可控硅换流器178对发电机160定子侧供给直流电压。因此获得了逆电流制动，其中制动效果用直流电压实现。

图14表示根据本发明的电站的实施例，其中用分开的辅助发电机G2作为起动电动机。辅助发电机G2由电机G1驱动，电机G1直接与电力网连接。辅助电力母线240典型地处在0.4kV的电压，并且具有三个输入选择，即柴油发电机Gd，通过变压器T2由外部电源241提供的输入，以及通过用于电压调整的变压器T1与辅助电力母线240连接的分开的辅助发电机G2。在电机G1起动的时刻，断路器CB1、CB2和CB5断开。电压通过所述电源选择Gd、241中的一个，施加在辅助电力母线240上。在起动过程的第一阶段的时间期间，断路器CB4闭合，并且断路器CB5断开，这意味着变频器FC与辅助发电机G2直接连接。在起动过程的第二阶段的时间期间，断路器CB4断开，并且断路器CB5闭合。在起动过程期间，辅助发电机G2的激励设备EXC通过变压器T3，由辅助电力母线240供电。当电机G1在电动机操作期间得到定相时，对通常激励发生转换，并且通过电机G1和辅助发电机G2的电源，从外部网络对辅助电力母线240施加电压。断路器CB1闭合，并且其他辅助系统能起动。

图15表示根据本发明的电站的可选实施例，其中在起动时使用电机G1的一个分开的辅助电力绕组242。按和图14所述实施例类似的方式，辅助电力母线240具有三个输入选择，其中一个电源是电机G1的分开的辅助电力绕组242，它通过用于电压调节的变压器T1对辅助电力母线240供电。起动过程和图14所示实施例相同，并且当电机G1在电动机操作期间得到定相时，对通过激励设备EXC使通常激励发生转换，并且通过电机G1和其辅助电力绕组242，从外部电网对辅助电力母线240施加电压。当同步电机G1已经并列时，它能具有以下同时操作方式：例如在空气或真空中驱动涡轮机部分的同步电动机方式，用于产生无功功率以保持电压的同步补偿器方式，以及用于降压并向辅助电力母线同时输送有功和无功功率的变压器方式。

图16表示图15实施例的一种变更，其中三绕组变压器244与电机G1的辅助电力绕组242连接。通过三绕组变压器244的一个二次绕组和变压器243，对辅助电力母线240供电，而三绕组变压器244的另一个二次绕组用于电机G1的激励。起动过程及正常操作以和根据图15的实施例类似的方式执行。

图17表示根据本发明的电站的一个实施例，它具有两台电机或发电机246、248，它们具有用于起动的共变频器设备FC。各发电机246、248包括一个附加的辅助电力绕组250、252，以和图15实施例类似的方式对辅助电力母线254供电。辅助电力系统能与断路器CB7连接，并且辅助电力绕组能分别借助于断路器CB1、CB4，与各自辅助电力母线254分开。该图还表示了涡轮机部分ST1和ST2，它们分别通过耦合C1、C2与电机246、248连接。在其他方面图17所示实施例的功能和图15所示实施例的功能相同。

图18说明当电站中电机256、258的速度可变时，用于辅助电力分配的又一个原理。通过四个可选输入路径中的一个，即取自电机256或电机258，或取自柴油发电机260或其自外部电源262，对电站级的辅助电力分配施加电压。在电机258起动时，通过电站级的辅助电力分配，对电机258的辅助电力分配暂时施加电压，此时在施加电压之前断开电机258的通常输入。在起动之后并且电压建立之后，对通常激励发生转换，即电机258产生其本身的辅助磁力。在供电网的电压和频率发生变化时，为了驱动泵和其他类似装置，借助于组合电动机264保持速度。如上所述，在电站级的辅助电力分配连接直流电压和交流电压配电母线。如上所述，通过变频器266、268，由恒定电压中间链路270和电池后备272，对给定优先级的交流电压配电母线供电。

以上通过例子表示和叙述的实施例的几个变更在本发明的范围之内是可行的。因此，能借助于静态激励器或带有二极管整流器的无电刷激励器来同时激励辅助发电机和电机。此外，能以几个不同方式自然地实现辅助发电机与辅助电力母线之间的适配和耦合。起动方法和原理可以因电站而异，并且在有些情况下，为了起动，可以从一个分开的电源，可能从一台分开的柴油发电机对变频器供电。

用于辅助发电机的导体和其他设备还能用于电气制动，以及电机的变频器起动。

图19表示根据本发明的电站中所包括类型的交流电机的一部分。转子已经移去，以更清楚地显示定子1的结构。定子1的主要部件是定子架25，包括定子齿27的定子芯3，和限定外背部分5的定子背。定子还包括定子绕组29，它由绝缘导体形成，并且布置在间隔7中，间隔7也称为槽，形状像自行车链，见图21，在各个定子齿27之间形成。在图21中，定子绕组29仅由其导体指示。如图19显而易见，定子绕组29在定子1的各侧形成线圈端组件31。图21还显示绝缘导体根据其在定子中的径向位置，以几种尺寸分级。

在较大型常规电机中，定子架25通常由焊钢板结构组成。在大型电机中，定子铁芯3，也称为分层铁芯，一般由0.35mm板制成，它们分成具有约50mm轴向长度的叠块，相互之间由5mm通风导管形成部分隔开。然而，在根据本发明的电站中所包括类型的电机中，省略了通风导管。在大型电机中，各分层叠块的构造是通过把适当尺寸的穿孔板片9一起叠成第一层，并且横向布置各随后层，以构成定子铁芯3的完整板形部分。各部分和划分由压力铆钉33保持在一起，它们压在未示出的压力环、压力指或压力片上。图19中仅表示了两个压力铆钉。

图20表示绝缘导体的横断面，该绝缘导体预备用于根据本发明的电站中的电机中的绕组。绝缘导体11包括若干股线35，它们例如具有圆形截面，并且由铜(Cu)组成。这些股线35安排在绝缘导体11的中间。在股线35周围安排第一半导电层13。在第一半导电层13周围安排一个绝缘层37，例如XLPE绝缘。在绝缘层37周围安排第二半导电层15。绝缘导体是柔性的，并且在其使用寿命期间保持这个特性。构成所述三层，以便它们即使在绝缘导体弯曲时也相互粘附。绝缘导体具有20-250mm区间之内的直径，和80-3000mm²区间之内的导电面积。

图21示意表示电机的径向扇区，它具有定子1的部分9和电机转子17侧的转子磁极39。还可以看到，在各个定子齿27之间形成的形状像自行车链的间隔7中，安排定子绕组29。各定子齿27从外背部5沿径向向内延伸。

图22表示一个与图21中径向扇区的一个齿节相对应的扇区，在槽7中有定子绕组29，这个槽7按三级构成，从径向所见在最内级，具有最小直径，而从径向所见在最外级，具有最大直径。各级设有四个绕组线匝。槽7在其最外半径具有底部41，而在其最内半径具有顶部21。图22实施例表示了一个辅助电力绕组43，它安排在一个位于与槽的底部41连通的通道23中，辅助电力绕组43穿过该通道23布置。此外，具有其辅助电力绕组43的通道23以和定子绕组29径向关系安排。整个辅助电力绕组由适当数量的槽7获得，在槽的底部20设有通道23，以便根据希望的辅助电压获得适当的绕组匝数。图22所示布置对于绕组的组装提供优点。这个布置还在附加绕组中提供较低损耗，并且保证不增加主绕组的漏电感。辅助电力绕组以和主绕组相同的方式构成，但是具有少得多的匝数，这样提供较低的端电压。辅助电力绕组输出的功率在约1kW到电机总输出的约25％范围之内。因此辅助电力绕组就功率来说是较小的绕组，并且因此布置在槽7的底部。

电站要求的辅助电压确定为某些电压，例如400V-690V-3kV，3kV-6.6kV或10kV。根据发电机构造的主设计的参数，也许不可能获得这些规定的电压等级，因此确定辅助电力绕组的尺寸，以尽可能接近这些值，以便能用相对简单的变压器实现到这些值的变换。

图22所示辅助电力绕组的实施例仅构成绕组布置的一种可能解决方案。绕组还可以布置在槽的顶部21，或沿槽的其他地方。槽还可以设有一个以上的绕组匝。无需每个槽都设有辅助电力绕组。替代地可以每第二槽或每第三槽设有绕组。因此根据发电机的设计参数和供电站需求所希望的辅助电压，可以在本发明的范围之内选择实施例的许多变更。所有实施例的共同特性是发电机设有高压类型的定子绕组，并且辅助电力绕组安排在槽中或靠近槽。“槽中或靠近槽”意指槽间隔7与辅助电力绕组43的通道23连通。

定子因此包括至少一个绕组系统，它起辅助电力绕组的作用，该绕组由上述类型的固体绝缘导体组成，这些固体导体布置和安排为交链足够磁通，以保证感应电压适合于和配电网或输电网直接联接，即典型地为36kV-800kV。

Claims

1.一种发电站，包括至少一台交流类型的电机(2，4，6，8)，设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组包括至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导体特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导体特性的第二层(15)，以及还在于辅助电力装置(10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32，34，36，38，40)安排为提供必要的辅助电力。

2.如权利要求1所述的发电站，其特征在于第一层上的电位大致上等于导体上的电位。

3.如权利要求1或2所述的发电站，其特征在于第二层安排为形成环绕导体的大致等电位的表面。

4.如权利要求3所述的发电站，其特征在于第二层与预定电位连接。

5.如权利要求4所述的发电站，其特征在于所述预定电位是地电位。

6.如上述权利要求中任何一个所述的发电站，其特征在于电机绕组的至少两个相邻层具有大致相等大小的热膨胀系数。

7.如上述权利要求中任何一个所述的发电站，其特征在于导体包括若干股线，这些股线中至少有些相互电接触。

8.如上述权利要求中任何一个所述的发电站，其特征在于所述三层各自大致沿其整个接触表面与相邻层固定地接合。

9.如上述权利要求中任何一个所述的发电站，其特征在于所述层安排为即使当绝缘导体弯曲时也相互粘附。

10.一种发电站，包括至少一台交流类型的电机，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个磁芯和至少一个电绕组，其特征在于该绕组由包括一个或多个载流导体的电缆形成，各导体具有若干股线，在各导体周围设有一个内半导电层，在所述内半导电层的周围设有固体绝缘材料的绝缘层，并且在绝缘层周围设有一个外半导电层，以及在于辅助电力装置安排为提供必要的辅助电力。

11.如权利要求10所述的发电站，其特征在于所述电缆包括护皮。

12.如权利要求1至11中任何一个所述的发电站，其特征在于电机是旋转电机，以及在于定子设有至少两个为不同电压而设计的绕组，这两个绕组中的一个作为产生辅助电力的辅助电力绕组来安排。

13.如权利要求12所述的发电站，其特征在于辅助电力绕组包括至少一个导电体，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层，一个环绕该第一层的固体绝缘层，和一个环绕该绝缘层的具有半导体特性的第二层。

14.如权利要求12或13所述的发电站，其特征在于一个定子绕组(6)的尺寸适用于36kV-800kV范围内的电压，而辅助电力绕组(22)的尺寸适用于400V-20kV范围内的电压。

15.如权利要求12至14中任何一个所述的发电站，其特征在于对辅助电力绕组(22)定尺寸，以提供下列离散电压范围中的一个：380-420V，650-725V，3.1-3.5kV，6.2-7.0kV或9.5-10.5kV。

16.如权利要求12至14中任何一个所述的发电站，其特征在于对辅助电力绕组(22)定尺寸，以提供一个电压，该电压安排为变换到下列离散电压范围中一个之内的电压：380-420V，650-725V，3.1-3.5kV，6.2-7.0kV或9.5-10.5kV。

17.如权利要求12至16中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力绕组(22)是三相绕组。

18.如权利要求12至17中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力绕组(22)布置在两个相邻定子齿(4)之间形成的槽(7)的底部。

19.如权利要求18所述的发电站，其特征在于辅助电力绕组(22)布置在定子(1)中的附加绕组间隔(23)中，相对定子绕组(6)径向定向。

20.如权利要求18或19所述的发电站，其特征在于辅助电力绕组(22)布置在定子(1)中的每个槽(7)中。

21.如权利要求1至11中任何一个所述的发电站，其特征在于电机是发电机，以及在于辅助电力装置包括在发电机绕组上用于抽取辅助电力的抽头端，以形成一个辅助电源。

22.如权利要求1至11中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力装置包括一个作为辅助电源的分开的辅助发电机，例如同步电机或永磁发电机，它由该电机驱动。

23.如权利要求22所述的发电站，其特征在于辅助发电机设有至少一个绕组，该绕组包括至少一个导电体，一个环绕该导电体的具有半导电特性的第一层，一个环绕该第一层的固体绝缘层，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层。

24.如权利要求1至11中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力装置包括一个作为辅助电源的接地变压器的附加二次绕组，与若干发电机的母线连接。

25.如权利要求1至11中任何一个所述的发电站，其特征在于与若干发电机的母线连接的接地变压器的绕组中至少一个设有抽取辅助电力的抽头端。

26.如权利要求24或25所述的发电站，其特征在于变压器绕组中至少一个包括至少一个导电体，一个环绕该导电体的具有半导电特性的第一层，一个环绕该第一层的固体绝缘层，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层。

27.如上述权利要求中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力装置包括至少一个辅助电源，它通过电力电子设备与用于辅助电力分配的辅助电力母线连接，以使辅助电力母线上的电压保持恒定，该电力电子设备设有直流电压中间链路，如果需要，一个后备电压能与之连接。

28.如权利要求27所述的发电站，其特征在于一个电池与直流电压中间链路连接，以便如果直流电压中间链路的电压电平降到预定电压电平之下时，对其供给所述预定后备电压。

29.如权利要求27或28所述的发电站，其特征在于电力电子设备包括一个输入级，用于对从辅助电源获得的交流电压整流，以在电力电子设备中的中间链路上产生直流电压。

30.如权利要求29所述的发电站，其特征在于输入级包括一个二极管桥。

31.如权利要求29所述的发电站，其特征在于电力电子设备中包括的输入级和输出级各包括一个换流器设备。

32.如权利要求29所述的发电站，其特征在于输入级设计成在中间链路上产生直流电压，具有视负荷而定的电压电平。

33.如权利要求32所述的发电站，其特征在于输入级包括一个电阻器和一个电感器，以产生视负荷而定的电压降。

34.如权利要求33所述的发电站，其特征在于输入级这样设计，以便当供给最大容许电流时，直流电压中间链路上的电压位于所述后备电压之下。

35.如权利要求27至34中任何一个所述的发电站，其特征在于用于产生辅助电力的具有附加绕组的多台发电机，各通过其本身在辅助电子设备中的输入级，与直流电压中间链路并联连接。

36.如权利要求27至35中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助电力母线能由附加电源，例如外部电源或柴油机驱动的发电机来供电。

37.如权利要求27至36中任何一个所述的发电站，其特征在于至少一条交流电压母线和至少一条分配辅助电力的直流电压母线，都是通过转换器由电池和由辅助电力母线，或由电力电子设备的中间链路供电。

38.如权利要求12或13所述的发电站，其特征在于旋转电机安排为由辅助电力绕组激励。

39.如权利要求27至37中任何一个所述的发电站，其特征在于电机安排为借助于斩波电路激励，输入和输出被电分开，并且输入与直流中间链路连接。

40.如权利要求22或23所述的发电站，其特征在于辅助发电机与辅助电力母线连接，以及在于安排一台组合电动机，以当供电网的电压和/或频率出现变化时，使辅助发电机的速度保持恒定。

41.如权利要求22或23所述的发电站，其特征在于电力电子设备安排为可选择地控制从辅助发电机到辅助电力母线，或从辅助电力母线到辅助发电机的潮流。

42.如权利要求41所述的发电站，其中电机是同步电机，其特征在于能使辅助发电机的磁场绕组短路，以及在于能对其定子侧供给具有这样相位和频率的三相电压，以便辅助发电机起一台异步电机的作用，在旋转方向具有最大的制动转矩。

43.如权利要求41所述的发电站，其中电机是同步电机，其特征在于能使辅助发电机的磁场绕组短路，以及在于能对辅助发电机中至少一个定子绕组供给直流。

44.如权利要求43所述的发电站，其特征在于安排一个变频器或一个单象限操作的分开的可控硅换流器，以对辅助发电机的至少一个定子绕组供给直流。

45.如权利要求41至44中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助发电机用适合于频率适配的极数来设计。

46.如权利要求12或13所述的发电站，其特征在于安排电力电子设备，以可选择地控制从辅助电力绕组到辅助电力母线，或从辅助电力母线到辅助绕组的潮流。

47.如权利要求46所述的发电站，其中电机是同步电机，其特征在于能使电机的磁场绕组短路，以及在于能对其辅助绕组供给具有这样相位和频率的三相电压，以便同步电机起一台异步电机的作用，在旋转方向具有最大的制动转矩。

48.如权利要求46所述的发电站，其中电机是同步电机，其特征在于能使电机的磁场绕组短路，以及在于能对其辅助绕组中至少一个供给直流。

49.如权利要求46所述的发电站，其中电机是同步电机，其特征在于安排一个变频器或一个单象限操作的分开的可控硅换流器，以对电机中的辅助电力绕组供给直流。

50.如权利要求27至37中任何一个所述的发电站，其特征在于电机安排为由一台分开驱动的辅助发电机激励。

51.如权利要求17至21、22或23中任何一个所述的发电站，其特征在于辅助发电机或具有辅助电力绕组的发电机与辅助电力母线连接，以及在于实际负荷与组合电动机连接，当供电网的电压和/或频率发生变化时，使速度保持恒定。

52.如权利要求1至24中任何一个所述的发电站，其特征在于与辅助电力母线连接的具有辅助电力绕组的电机能在三种同时操作方式下驱动，即在空气或真空中驱动涡轮机部分的同步电动机方式，产生无功功率以保持外部电网电压的同步补偿器方式，以及把功率传送到辅助电力母线的变压器方式。

53.如权利要求1至24中任何一个所述的发电站，其特征在于与辅助电力母线连接的具有分开辅助发电机的电机能在三种同时操作方式下驱动，即在空气或真空中驱动涡轮机部分的同步电动机方式，产生无功功率以保持外部电网电压的同步补偿器方式，以及把功率传送到辅助电力母线的变压器方式。

54.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台交流类型的旋转电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于借助于定子的附加绕组产生辅助电力。

55.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台取发电机形式的交流类型的电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于从发电机绕组上的抽头端抽取辅助电力。

56.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台交流类型的电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于用该电机驱动一台分开的辅助发电机。

57.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台交流类型的电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，以及一台接地变压器，与一条供几台发电机所用的母线连接，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于从接地变压器的附加二次绕组抽取辅助电力。

58.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台交流类型的电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，以及一台接地变压器，与一条供几台发电机所用的母线连接，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于从变压器绕组的抽头端抽取辅助电力。

59.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台交流类型的旋转电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，以及一台与辅助电力母线连接的辅助发电机，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于可选择地控制从辅助发电机到辅助电力母线，或从辅助电力母线到辅助发电机的潮流。

60.一种发电站中的方法，该发电站包括至少一台同步电机(2，4，6，8)，该电机设计成与配电网或输电网直接连接，并且包括至少一个电绕组，其特征在于电机(2，4，6，8)的绕组由至少一个导电体(35)，一个环绕该导体的具有半导电特性的第一层(13)，一个环绕该第一层的固体绝缘层(37)，和一个环绕该绝缘层的具有半导电特性的第二层(15)所形成，以及在于使电机的磁场绕组短路，并且对电机的辅助绕组供给具有这样相位和频率的三相电压，以便电机起一台异步电机的作用，在旋转方向具有最大的制动转矩。