傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的定子繞組由使用云母帶、環(huán)氧或聚酯樹脂浸漬的矩形截面導(dǎo)電線棒繞制而成，其工作場強(qiáng)僅為2.5～3kV/mm。對使用云母帶的絕緣系統(tǒng)來說，最重要的是在制造過程中要保持絕緣系統(tǒng)無空隙。但是，機(jī)械應(yīng)力和熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致空隙的形成，隨著電壓的增高，絕緣內(nèi)必定會(huì)出現(xiàn)局部放電。傳統(tǒng)定子線圈截面是長方形的，導(dǎo)致導(dǎo)體表面的電場不均勻，轉(zhuǎn)角處的電場強(qiáng)度高。在繞組端部區(qū)域，必須采取復(fù)雜措施以控制電場強(qiáng)度，避免發(fā)生局部放電和電暈。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的這種設(shè)計(jì)原則使其輸出電壓不能超過30～35kV。

　　相比而言，高壓發(fā)電機(jī)采用整根具有堅(jiān)固絕緣的圓形XLPE電纜繞制其電樞繞組，中間沒有接頭。繞組繞組的電纜是由導(dǎo)體、內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層和外半導(dǎo)電層組成，如圖1—2所示。此設(shè)計(jì)的好處包括：

　　1)端部線圈中的電場無需控制，繞組設(shè)計(jì)時(shí)的電場控制得到簡化;

　　2)有效地規(guī)避了常規(guī)發(fā)電機(jī)繞組設(shè)計(jì)時(shí)可能出現(xiàn)的局部放電或者電暈放電的風(fēng)險(xiǎn);

　　3)運(yùn)行維護(hù)人員的安全得到了保證，因?yàn)槔@組的端部區(qū)域在地電位工作。

　　根據(jù)Maxwell電磁場方程，圓形導(dǎo)體產(chǎn)生的電場均勻分布。高壓發(fā)電機(jī)由于發(fā)電機(jī)所用的導(dǎo)體暴露在比電力電纜高得多的磁場環(huán)境中，為了減少由于漏磁通造成的如渦流損耗等額外損失，將導(dǎo)體細(xì)分為彼此絕緣的多股導(dǎo)線是很有必要的。

　　圓形導(dǎo)體和矩形導(dǎo)體的電場分布對比如圖1-3所示。從圖中可見，矩形導(dǎo)體周圍的電場分布并不均勻，在矩形的拐角處，電場強(qiáng)度相對較高，而對于邊側(cè)，其電場強(qiáng)度相對較低。與之形成對比，圓形導(dǎo)體周圍的電場分布均勻。根據(jù)電纜的設(shè)計(jì)，外半導(dǎo)電層將電場限制在絕緣介質(zhì)(固體電介質(zhì))內(nèi)部，則末端繞組區(qū)的電場強(qiáng)度不需要刻意控制，因?yàn)橥ㄟ^這樣的設(shè)計(jì)已經(jīng)消除了電暈和放電的危險(xiǎn)。根據(jù)CAD技術(shù)分析，圓形電纜較傳統(tǒng)電機(jī)電樞繞組所用的成型矩形線棒具有損耗及電動(dòng)力小等特點(diǎn)。為了維持線匝外皮在地電位，電纜外層需要具備一定的導(dǎo)電性。

　　電樞繞組為多層同心繞組，從里到外電位逐匝遞增。因此，高壓發(fā)電機(jī)定子繞組電纜的絕緣采用的是分級絕緣，這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)中的感應(yīng)電壓從定子繞組的中性點(diǎn)到線末端逐漸增加，使得電纜沿著繞組方向產(chǎn)生不同的電應(yīng)力，即定子繞組中各匝繞組對地電位并不相同，設(shè)計(jì)者采用三種不同尺寸的電纜繞制定子繞組，靠近轉(zhuǎn)子處的定子鐵芯的圓形槽直徑較小，此處使用絕緣層較薄的電纜;遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子處的直徑較大的圓形槽中使用絕緣層較厚的電纜。該設(shè)計(jì)的初衷是盡可能地減小定子的體積，減少定子的耗材和運(yùn)行時(shí)的鐵耗。通過這樣的設(shè)計(jì)，理論上高壓發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓由XLPE電纜的耐壓水平唯一決定。為了連接到更高電壓等級的電網(wǎng)，繞制高壓發(fā)電機(jī)繞組的電纜額定電壓需要設(shè)計(jì)得更高。但是，電纜的絕緣層變厚，使得電纜成型、繞組安裝和槽內(nèi)固定都變得相當(dāng)困難。因此，高壓電纜的成型與固定是研制和推廣高壓發(fā)電機(jī)必須著重解決的課題。

　　所有高壓發(fā)電機(jī)所用的電纜和和電纜接頭及終端等附件都需要根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行常規(guī)測試。為了保證處理繞組時(shí)不損傷電纜，在進(jìn)行電纜連接之前，對每個(gè)電壓等級都要開展高壓測試工作。XLPE電纜的高壓測試技術(shù)也是高壓發(fā)電機(jī)研究需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

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