專利名稱:大型三相發電機的內部公共中性母線的制作方法
本發明是關于發電機，更詳細地說，是關于大型三相發電機三個定子繞組中性線端內部連接用的內部連接裝置。
雖然本發明可適用于其它類型的發電機，但為了具體說明問題，下面就兩極三相發電機為例公開本發明的內容。
大型三相發電機通常有一個薄鋼片疊成的定子，定子上有縱向槽，導電條即裝在這些槽中。各導電條的線端用端環彼此連接起來，使三個定子繞組各中心實質上在電氣上彼此相差120度配置。通常各繞組的兩端都從發電機定子架引出，接到連接外電路的端子上。
線端的外部連接有兩種方式使發電機接成星形連接，或使發電機接成三角形連接。星形連接的簡便接法是在所有繞組的適當端子上跨接一個短接跨接片。各繞組的短接端即為中性點，各繞組即在此點接地。因此通常的作法是要辨別三個需要跨接在一起并作為中性端子接地的端子。其余三個端子通常叫做高壓端子。
某些試驗操作，例如，各個繞組的定期高壓試驗，需要采取將各相繞組加以隔離的措施;方法是除去連接三個繞組中性端子的跨接片。
三個高壓端子和三個中性端子的安裝，以及容納接到這些端子的內部接線，都需要相當大的空間。若六個端子的間距不夠，流經一個端子的電流所產生的電場就會影響毗鄰端子中各電流的測定值。要滿足內部的和外部的接線空間要求和防止電場干擾，通常的作法是將下部機身大加延長，使其從發電機定子架外罩底下延伸出來。三個高壓線端和三個中性線端穿入通過下部機身延伸部分底部表面的套管。電流互感器設置在套管上，在下部機身延伸部分外部。
由于流經高壓線端和中性線端的電流很大，下部機身延伸部分的底板(套管即穿過此底板)通常都由不銹鋼制成。這種不銹鋼板很貴。
各中性線端在發電機定子架外部的中性線接線盒中短接在一起。這種中性線接線盒可以是大到4英尺×8英尺的不銹鋼盒。無論是中性線端或是與其有關的接線盒都是不便宜的，所以最好消除這些設施。
因此，本發明的一個目的是提供一個無需外部中性線端的星形聯接的發電機。
本發明的另一個目的是提供中性線電流由裝設在下部機身延伸部內的電流互感器進行監測的發電機。
本發明的又另一個目的是提供具有一個內部接地點的三相星形連接的發電機，在該內部接地點上可以把發電機的至少兩個繞組的接地接頭解開，以便隔離各個繞組。
本發明的又另一個目的是提供三相星形連接發電機用的內部接地裝置，包括裝在下部機身延伸部分內部的電流互感器;電流互感器用內部冷卻介質進行冷卻。
本發明的又另一個目的是提供裝在發電機下部機身延伸部分內用以測定中性線電流的裝置，因而無需使用中性線套管。
本發明的又另一個目的是提供中性線電流互感器的內部支架，可以有效地減少中性線電流互感器的振動。
簡言之，本發明是通過在下部機身延伸部分內裝設三套中性線電流互感器，并在中性線電流互感器的下游將三個相線彼此連接起來，以形成內部中性母線，提供一個在大型三相發電機下部機身延伸部分內形成的公共中性母線。中性母線系通過一個小中性線端子接到外部中性線互感器的。在內部中性母線上設有合瓣式線夾，用以進行試驗時隔離發電機繞組的中性線端。
參看附圖閱讀下面的說明，讀者即可搞清本發明的上述和其它目的、特點和優點。附圖中相同的編號表示相同的元件。
圖1是三相發電機的簡單示意圖。
圖2是現有技術的一個三相發電機的側視圖，其中局部作了剖視，以顯示待說明的有關內部元件。
圖3是本發明一個實施方案的三相發電機的部分側面剖視圖。
圖4是沿圖3Ⅳ-Ⅳ線截取的剖視圖。
圖5是沿圖3Ⅴ-Ⅴ線截取的剖視圖。
現在看看圖1。圖1是本說明書介紹現有技術時所使用的三相發電機，其編號為10。磁場繞組12〔由一直流電源(圖中未示出)供電〕在電樞14內轉動，電樞14含有一套三個電樞繞組16、18和20。磁場繞組12產生的旋轉磁場在各電樞繞組16、18和20中感應出交流電流。上述諸元件都裝在定子架22(圖中以虛線表示)中。
電樞繞組16的兩端從定子架22中引出，接到端子1和4上。同樣，電樞繞組18的兩端引出接到端子2和5上;電樞繞組20的兩端引出接到端子3和6上。三相發電機10是通過在端子4、5、6之間接上一個外部跨接片(圖中未示出)實現星形連接的，因而端子4、5、6叫做中性端子。端子1、2、3叫做高壓端子。
現在再看看圖2。從這個三相發電機10的側視圖可以看到下部機身延伸部分24藉用螺栓連接的凸緣26密封固定到定子架22上。電樞14(圖1)和端子1至6(端子2和3隱沒在端子1后面，端子5和6隱沒在端子4后面)即在下部機身延伸部分24的內部28的空間進行電氣連接和冷卻連接。端子1周圍設有一個或多個鐵心電流互感器30，端子2和3周圍也設有同樣的鐵心電流互感器30(看不見)，這些電流互感器用以檢測故障并用以計量線路32、34和36上饋到升壓變壓器(圖中未示出)的電流。端子4、5和6(端子5和6看不見)周圍設有一個或多個鐵心電流互感器38，用以監測端子上的電流。
端子4、5和6在中性線接線盒40中用跨接片連接在一起并接到下部機身延伸部分24的底部;這樣，三相發電機10就接成星形聯接。接地引線42通過普通接地變壓器(圖中未示出)接地。在這種配置方式下，鐵心電流互感器30監測著各端子1、2和3中的高壓電流，鐵心電流互感器38監測著各端子4、5和6中的接地電流。電樞14中沒有故障時，電樞14(圖1)各繞組的高壓電流和中性線電流大致上相等。沒有內部故障或外部故障時，接地引線42中的電流很小。因此，接地引線42通常無需承載大電流。
端子1至6彼此應具有足夠的間距以便容納鐵心電流互感器30。下部機身延伸部分24就具有足夠的空間來滿足這個要求。此外，下部機身延伸部分的內部空間足以容納接到六個端子去的電氣和冷卻接線。三相發電機10采用普通的內部電氣和冷卻接線，如想全面研究這個接線，請參閱美國4，488，072號專利，本說明書參照了該專利，將該專利的有關內容結合進本說明書中。因此，我們認為在這里沒有必要對這種內部電氣和冷卻接線再作介紹，因而在此予以省略。
我們發現，下部機身延伸部分24內部具有足夠的空間可以容納鐵心電流互感器38。這為裝設內部中性母線創造了條件，因而可以無需裝設中性線接線盒40。只要在內部妥善支撐鐵心電流互感器38，就可以無需在端子4、5和6上下本錢。
現在看看圖3，這是根據本發明一個實施方案的三相發電機44的部分近視圖。下部機身延伸部分46有一個設在端子1、2和3(端子2和3被端子1遮住，看不到)附近以承載出現在這一帶的大電流的不銹鋼底板48。不銹鋼底板48的第一個邊系焊接到下部機身延伸部分46的側壁50上，第二個邊則焊接橫向腹板52上。在側壁50與橫向腹板52之間，橫跨不銹鋼底板48設有多個加強腹板54。
底板56設在橫向腹板52與下部機身延伸部分46的第二個側板58之間。底板56沿著所有的四個邊最好焊接就位。多個加強腹板60橫跨底板56外部焊接就位，底板56則從橫向腹板52延伸到側板58上。由于底板56上沒有載有大電流的套管通過，因而這里無需采用不銹鋼。因此，底板56改用碳鋼就可以減少下部機身延伸部分46不銹鋼的用量，從而節約相當大的成本。
端子1、2和3的內外接線和冷卻采用普通方式，詳細情況請參閱參考專利。因此這里省略了對端子1、2和3有關元件的進一步說明。
現在再看看圖4。鐵心電流互感器38A、38B、38C系裝在底板58上，各電流互感器的軸線都是處在水平方向。在圖3的側視圖中，只看到與鐵心電流互感器38A有關的元件。不言而喻，鐵心電流互感器38B和38C也有相應的元件，只是在圖中看不到罷了。來自其中一個中性接線環(圖中未示出)的連接母線62與軟連接帶64的一端相連，軟連接帶64可以是，例如，參考專利中公開的那種拱曲的連接帶。支座絕緣子66牢靠地固定在固定構架68上，固定構架68則牢靠地固定到下部機身的延伸部分46上。三通連接件70牢靠地固定到支座絕緣子66的另一端，因而固定得非常平穩。連接短管72接在三通連接件70的第一個臂與軟連接帶64之間。空心銅管74有一垂直管段76和水平管段78。垂直管段76的端部密封連接到三通連接件70的第二個臂上，水平管段78則軸向通過鐵心電流互感器38A中。
現在暫時看看圖5。水平管段78軸向通過支撐板80上的間隙孔84，而該孔84則又和鐵心電流互感器38A的軸線對中。后絕緣夾86牢靠地把水平管段78固定到支撐板80上。后絕緣夾86的下半部88用，例如，螺栓90牢靠地固定到支撐板80上。下半部88上部表面的一個半圓柱形凹陷部分92抱住水平管段78周邊的下半部。后絕緣夾86的上半部94有一個配套的半圓柱形凹陷部分96抱住水平管段78周邊的上半部。上半部94和下半部88用，例如，固定螺栓98緊緊地固定在一起。后絕緣夾86可采用任何在強度、抗化學性和耐熱性各方面均能符合下部機身延伸部分46中操作環境要求的合適絕緣材料，最好采用纖維增強樹脂，最理想的情況是采用玻璃纖維增強的環氧樹脂制成。
現在再回過來看圖3。位于鐵心電流互感器38A一端的支撐板80，其底端固定在底板56上，其上端則牢靠地固定在支座絕緣子66上。多個加固角撐板82(圖中只看到一個)的周邊分別焊接到橫向腹板52、底板56和支撐板80上，從而提高了支撐板80的剛度和強度。前支撐塊100支撐著鐵心電流互感器38A的前端底部。前絕緣夾102用多個螺栓104(圖中只看到一個)固定到前支撐塊100上。各螺栓104穿過前絕緣夾102上的各定位孔、前支撐塊100、鐵心電流互感器38A和支撐板80，將這些元件牢牢地固定在一起。
前絕緣夾102由下半部106和上半部108組成，上半部108由螺栓110固定在剛穿過鐵心電流互感器38A的水平管段78朝前端附近。多個螺栓112穿過支撐板80和鐵心電流互感器38A以加固鐵心電流互感器38A的上部。
水平管段78由若干在其進口和通往鐵心電流互感器38A的出口附近堅實支架牢靠地固定在下部機身延伸部分46的構架上。鐵心電流互感器38A也同樣牢靠加以固定。這樣就可以不用可能值數千美元的普通端子。
檢修門114用多個螺栓116密封固定在側板58上，要檢修鐵心電流互感器38A、38B、38C和下部機身延伸部分46中的有關元件時，即從這個門進出。
再看看圖4。公共中性母線118把穿過鐵心電流互感器38A、38B和38C的空心銅管74的水平管段78彼此連接起來。彎頭120A把水平管段78A和中性母線短管122連接起來。中性母線短管122的外側端由絕緣支座124支撐著，絕緣支座124則由下半部126和上半部128組成，將中性母線短管122抱住并以固定的位置關系牢靠地固定在底板56上。一對螺栓130把下半部126固定在底板56上，一對螺栓132把上半部128與下半部126固定在一起，使中性母線短管122牢牢固定在絕緣支座124中。
在本發明的一個實施方案中，中性母線短管122夾在絕緣支座上半部128和下半部126之間之前，先纏上一層未經固化的樹脂浸漬過的纖維襯墊層(圖中未示出)。固化處理時，襯墊層緊貼在中性母線短管122和絕緣支座之間，從而防止中性母線短管122移動和振動。此外，可用適當的纖維粗紗代替螺栓132。其它各絕緣固定裝置，包括后絕緣夾86(圖3)和前絕緣夾102，也可以進行同樣的處理。
穿過鐵心電流互感器38B和38C的空心銅管也有支撐裝置，該支撐裝置與鐵心電流互感器38A所使用的一樣。對這些支撐裝置，這里不再贅述。
與穿過鐵心電流互感器38B的空心銅管(圖中未示出)相連的一個雙三通管134支撐著第一個中性母線短管136，此短管朝向中性母線短管122，并與中性母線短管122在同一直線上。中性母線短管122和136的毗鄰端在電氣上和機械上用合瓣夾138進行連接。絕緣支座140支撐著中性母線短管136的自由端。合瓣夾138由下半部142和上半部144組成，兩個半部用固定螺栓146圍繞中性母線短管122和136固定在一起。定期需要對發電機的有關繞組進行絕緣試驗時，可卸下合瓣夾138。合瓣夾138因此而卸下時，絕緣支座124和140仍然可以使中性母線短管122和136的自由端保持穩定。
彎頭120C固定在穿過鐵心電流互感器38C的空心銅管74的水平管段78C端部，支撐著中心母線短管148的一端。第二中性母線短管150固定在朝向中心母線短管148并和該母線短管在一直線上的雙三通管134的另一個管臂上。中性母線短管148和150的自由端分別由絕緣支座152和154支撐，并在電氣上和機械上用合瓣夾156進行連接。要隔離與合瓣夾156相應的發電機繞組時可卸下合瓣夾156(圖4)。
中性線套管158在密封的情況下穿過底板56。公共中性母線118和中性線套管158之間用導線160進行電氣聯接。導線160可按任何適當方式與公共中性母線118相連，例如，用合瓣夾156的一個螺栓162固定。接地引線164從中性線套管158外部接到普通接地變壓器(圖中未示出)上。鑒于在正常運行情況下接地引線164中的合成電流和電壓非常小，因而中性線套管158可相應地小，從而比通用的中性線套管便宜。
冷卻劑進口管166從雙三通管134往下向底板56延伸，將冷卻氣流引到公共母線118上。從圖3中表示冷卻劑流動走向的虛線可以最清楚地看到，氣態冷卻劑沿公共中性母線118、流經空心銅管74和支座絕緣子66，因與冷卻劑排管168相連的發電機的另一個區域壓力較低而被抽進冷卻劑排管168中。冷卻的方式、所使用的冷卻介質和所采用的詳細流程均不屬于本公開內容的創造性部分，但如果它們改用與本說明書所介紹不同的冷卻裝置，由此得出的裝有該冷卻裝置的設備并不因此而屬于本發明的范圍之外。
在本發明的另一個實施方案中(無圖示)，只在底板56上裝設鐵心電流互感器38A、B、C，采用相當于前支撐塊100、支撐板80、螺栓104和螺栓112的元件。在此實施方案中，各空心銅管74靠自身的強度和其鐵心電流互感器支撐著。
本發明的最佳實施方案已參閱附圖予以介紹完畢，不言而喻，本發明并不局限于該等明確的實施方案，而且只要不脫離所附權利要求
中限定本發明的范圍和精神，任何熟悉本專業的人士均可對其進行種種修改。
權利要求
1.一種三相發電機，其特征在于，它包括一個定子；一個裝所說定子的定子架；一個裝在所說定子中、可轉動的轉子；所說定子中的至少第一、第二和第三繞組；各所說的第一、第二和第三繞組各包括第一線端和第二線端；所說定子架的底板；連接裝置，用以將所說的第一、第二和第三繞組的所說各第一線端接到所說底板的第一、第二和第三高壓端子上；至少各一個第一、第二和第三中性線電流互感器，各中性線電流互感器都有一個軸；固定裝置，用以將所說的第一、第二和第三中性線電流互感器用所說的第一、第二和第三中性線電流互感器所說的軸以水平的方向配置在所說的定子架內牢靠地固定到所說的底板上；電流流通裝置，用以將電流從所說的第一、第二和第三繞組的所說第二線端分別使其流經所說的第一、第二和第三電流互感器中；一個公共中性母線，位于所說的第一、第二和第三電流互感器的下游；所說的公共中性母線包括一個將所說的第一、第二和第三線端電氣上相互連接用的裝置；在所說公共母線上的斷路裝置，用以將所說的第一、第二和第三繞組的各所說第二線端彼此斷開；在所說底板上的中性線端子；和電氣連接裝置，用以將所說的公共中性母線接到所說的中性線端子上。
2.根據權利要求
1的三相發電機，其特征在于，其中所說的底板包括第一底板和第二底板，第一底板占地面積小于所說底板的占地總面積，第二底板的占地面積即為所說底板的其余面積，所說的第一和第二底板由不同的材料制成。
3.根據權利要求
1的三相發電機，其特征在于，其中所說的底板為從所說的定子架下面延伸出來的下部機身的延伸部分。
4.根據權利要求
1的三相發電機，其特征在于，其中所說的牢靠固定用的裝置包括至少一個固定在所說底板上的支撐塊，而所說的至少一個支撐塊包括將第一、第二和第三中性線電流互感器牢靠支撐用的裝置。
5.根據權利要求
1的三相發電機，其特征在于，其中所說的公共中性母線包括第一中性母線短管，接到所說第一電流互感器下游的所說第一繞組的所說第二線端;第二和第三中性母線短管，接到所說的第二電流互感器下游的所說第二繞組的所說第二線端;第四中性母線短管，接到所說的第三電流互感器下游的所說第三繞組的所說第二線端;所說的第一、第二、第三和第四中性母線短管系在一條直線上;所說的第一和第二中性母線短管系面對面配置;第一可拆卸的夾子，在電氣上將所說的第一和第二中性母線短管連接起來;所說的第三和第四中性母線短管系面對面配置;第二可拆卸的夾子，在電氣上將所說的第三和第四中性母線短管連接起來，從而將第一、第二和第三繞組的各所說第二線端在電氣上連接在一起;和所說的第一和第二可拆卸夾子被拆卸時，即為所說的斷路裝置。
6.根據權利要求
5的三相發電機，其特征在于，其中所說的公共中性母線還包括將所說的第一、第二、第三和第四中性母線短管的各自由端支撐在所說底板上用的裝置。
專利摘要
在大型三相發電機的下部機身延伸部分，配置三套中性線電流互感器，再在中性線電流互感器下游將三個相線相互連接，以形成內部公共中性母線。中性母線經價廉的小型中性線端子，接到外部的中性線變壓器。內部中性母線上設有合瓣夾，用以在進行電氣試驗時隔離發電機繞組的中性線端。由于電流互感器經過牢固支撐，而且采用了穿過電流互感器的空心銅管，因而可以用廉價的空心銅管代替一般要求比較堅固的、價錢又貴的中性線端子。
文檔編號H01F38/38GK86107515SQ86107515
公開日1987年6月24日 申請日期1986年10月29日
發明者詹姆斯·布朗利·阿奇博爾德, 小弗雷德里克·約翰·林克 申請人:通用電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan