保护物体免遭过电流的装置,包含其的电厂设备和其用途制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于在电厂中保护物体（１）免受来自电网（３）或被包括在高压电厂中的另一设备的过电流的装置和方法，所述装置包括在物体与电网／设备之间的线路（２）中的开关装置（４）。在物体和电网／设备之间的线路（２）和减少流向物体（１）的过电流的装置（５）相连，所述装置（５）借助于过电流状态检测装置（１１－１３）可以在此开关装置（４）的遮断时间短得多的时间间隔内被启动进行减少过电流。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电厂中用于保护和电力网络或和电厂中的另一个设备相连的物体免遭和故障有关的过电流的装置，所述装置包括设置在物体和电网/设备之间的线路中的开关装置。此外，本专利技术包括一种保护物体免遭过电流的方法。所涉及的电物体最好由具有磁路的旋转电机构成，例如发电机，电动机(包括同步电动机和异步电动机)，或要求保护免遭和故障相关的过电流，即实际上的短路电流的同步补偿器。如下文将要详细讨论的，旋转电机的结构可以基于常规的和非常规技术。本专利技术旨在用于和中电压或高电压的连接中。按照IEC标准，中电压为1-72.5kv，而高电压为72.5kv以上。因而，包括输电、辅助输电和配电等级。在这种性质的电厂中，人们一直寻求用于有关物体的保护的一种常规的断路器(开关装置)，其被这样设计，使得其在遮断时提供电隔离。因为这种断路器必须被设计成能够遮断很高的电流和电压的，所以将获得具有大的惯性的相当笨重的设计，这表现在其具有相当长的遮断时间。需要指出的是，主要针对的过电流是其发生和被保护物体有关的短路电流，例如由于被保护物体的电绝缘系统的故障。这种故障意味着，外部电网/设备的故障电流(短路电流)将要通过在物体中产生的电弧来流动。其结果可以导致极大的破坏。可以提及的是，对于瑞典电网，计算的短路电流/故障电流是63kA。实际上，短路电流可以为40-50kA。所述断路器具有的问题是其长的遮断时间。对于完全实现遮断的计算遮断时间(IEC标准)是150毫秒。根据实际情况，把遮断时间减少到50-130毫秒以下是困难的。其结果是，在被保护物体中存在故障时，在用于启动断路器使其断路所需的整个时间期间极高的电流将通过被保护物体。在这个时间期间，外部电网的全部故障电流在被保护物体上具有相当的负载。为了避免被保护物体的破坏和完全击穿，按照现有技术，人们如此设计物体，使得在断路器的遮断时间期间，其设法经受短路电流/故障电流而没有明显的破坏。应当指出，在被保护物体中的短路电流/故障电流可以包括物体本身对故障电流的贡献和从电网/设备发出的附加电流。物体本身对故障电流的贡献不受断路器性能的影响，但是由电网/设备供出的故障电流取决于断路器的操作。要求如此设计被保护物体，使得其可以在相当长的时间间隔期间经受大的短路电流/故障电流，这带来的主要缺点是更昂贵的设计和性能的降低。此处提及的旋转电机包括同步电机，其主要用作发电机，被连接到分配与输送网络，下面总称为电网。同步电机也用作电动机并用于相位补偿以及电压调节，此时作为在机械上为空载的机器。该
还包括双馈电机，异步变换器串联装置，外部磁极机和同步磁通机。本文所指的磁路可以是空心绕制的，但是也可以包括磁心，其由垂直或按一定取向层叠的片制成，或者例如由非晶形的或者基于粉末的材料制成，或通过任何其它的方式制成，使得能够通过交流磁通，并可以使绕组、冷却系统等能够被设置在电机的定子或转子，或者定子与转子上。按照本专利技术，主要意图是保护非常规的旋转电机，使其直接和所有种类的高压电网相连。这种电机具有由有螺纹的导体构成的磁路，其利用固体绝缘件绝缘，并且其中包括地。为了能够解释和说明非常规的电机，将首先以同步电机为例给出旋转电机的简要说明。本说明的第一部分主要涉及这种电机的磁路和按照经典技术如何构成这种电机。因为在绝大多数情况下所指的磁路都位于定子上，下面将以具有层叠的金属片铁芯的定子为例对磁路进行一般的说明，其中铁芯的绕组被称为定子绕组，在层叠铁芯上布置的用于绕组的槽被称为定子槽或简称为槽。大部分同步电机在转子上具有磁场绕组，在磁场绕组内由直流电流产生主磁通，并在定子上具有交流绕组。同步电机一般被设计成三相的，本专利技术主要涉及这种电机。有时同步电机被设计成凸极的，不过，对于二极或四极涡轮发电机和双馈电机使用圆柱转子。双馈电机在转子上具有交流绕组，并被设计成用于电网电压等级。大的同步电机的定子本体通常由具有焊接结构的钢片制成。层叠的铁芯一般由0.35或0.5mm的涂漆电钢片制成。为了径向通风和冷却，至少对于中电机和大电机，层叠铁芯被划分为具有径向通风通道或轴向通风通道的部件。对于大电机，钢片被冲成几段，它们通过楔形连接/燕尾连接被固定在定子上。利用压指和压板固定层叠铁芯。定子绕组位于层叠铁芯的槽内，按照惯例，槽具有矩形的或梯形的横截面。多相交流绕组被设计成单层绕组或双层绕组。在单层绕组的情况下，每个槽只有一个线圈边，在双层绕组的情况下，每个槽具有两个线圈边。线圈边指的是一个或几个导体，它们被集中在一起，具有一定高度与/宽度，并具有公共的线圈绝缘，即旨在承受电机对地的额定电压的绝缘。双层绕组通常被设计成菱形绕组，而单层绕组和其连接有关可以被设计成菱形绕组或扁绕组。在菱形绕组的情况下，只具有一个线圈距(或者可能有两个线圈距)，而扁绕组被设计成同心绕组，即具有十分不同的线圈距。线圈距指的是在属于同一线圈的两个线圈边之间圆环尺寸的距离，其或者和相关的极距有关，或者和中间槽距的数量有关。通常使用弦的不同的变量，例如部分间距，以便使绕组具有所需的性能。绕组的类型主要说明在槽中的线圈，即线圈边在定子外部是如何被连接到一起的。一种典型的线圈边由所谓的Roebel棒构成，其中一些棒被制成空心的，以便容纳冷却剂。Roebel棒包括多个矩形的并联连接的铜导体，这些铜导体沿着槽被转置360度。也具有转置540度的Ringland棒和其它转置的棒。为了避免环形电流，转置是需要的。在每股之间具有薄的绝缘，例如环氧树脂/玻璃纤维。在槽和导体之间的主绝缘例如由环氧树脂/玻璃纤维/云母制成，并在外部具有半导电的地电位层用于使电场均衡。钢片堆的外部，没有任何外部半导电的地电位层，但是采用呈所谓的电晕保护清漆形式的电场控制，旨在把径向电场转换成轴向电场，这意味着在线圈端部上在高的对地电位下具有绝缘。电场控制的一个问题是有时在线圈端部区域产生电晕，这可能具有破坏性。一般所有的大电机被设计成具有两层绕组并具有同样大的线圈。使每个线圈有一个边处于一层中，另一个边处于另一层中。这意味着线圈也和线圈端部的另一个交叉。如果使用两层以上，这些交叉使绕组难于加工，并损坏线圈端部。从旋转电机的观点看来，上述内容可以说都属于经典技术。在近数十年期间，对于具有比先前可以设计和生产的电压较高电压的旋转电机的需要一直在增加。按照现有技术，对于同步电机，在线圈生产中具有好的产量的可以达到的最大电压值大约为25-30kv。还普遍知道，同步机/发电机和电网的连接必须通过Δ/Y连接的一种被叫做升压变压器的装置实现，因为电网电压一般高于旋转电机的电压。因而，这变压器和同步机一道构成电厂的一个整体的部件。变压器带来了额外的费用，同时必然伴有效率低的缺点。如果能够制造相当高的电压的电机，则可以省略升压变压器。尤其是在J.Elektrotechnika，No.1，1970，pp6-8中在标题为“Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300”的文章中，在美国专利4429244“Stator of generator”，以及在俄国专利文件CCCP955369中描述了同步电机的设计方法的一些新的尝试。在J.Elektroteknika中描述的水冷和油冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电厂中用于保护和电网（３）或电厂中包括的另一种设备相连的物体（１）免遭和故障相关的过电流的装置，该装置包括在物体和电网／设备之间的线路（２）中的开关装置（４），其特征在于，在物体和开关装置之间的线路（２）连接一个过电流减少装置（５），其可以借助于过电流状态检测装置（１１－１３），在大大小于开关装置的遮断时间的时间间隔内动作而使过电流减少。

【技术特征摘要】
SE 1996-12-17 9604629-7;SE 1997-2-3 9700335-41一种在电厂中用于保护和电网(3)或电厂中包括的另一种设备相连的物体(1)免遭和故障相关的过电流的装置，该装置包括在物体和电网/设备之间的线路(2)中的开关装置(4)，其特征在于，在物体和开关装置之间的线路(2)连接一个过电流减少装置(5)，其可以借助于过电流状态检测装置(11-13)，在大大小于开关装置的遮断时间的时间间隔内动作而使过电流减少。2如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关装置(4)由断路器构成。3如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，过电流减少装置(5)包括过电流分流器(7)，用于向地(8)或向其它具有比电网/设备的电位低的电位的装置分流过电流。4如权利要求3所述的装置，其特征在于，过电流分流器(7)包括连接在地或所述较低电位的装置和在物体(1)与电网/设备(3)之间的线路之间的开关装置(10)。5如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关(10)包括至少一个半导体元件。6如权利要求1所述的装置，其特征在于，开关(10a)包括电极间隙(24)和用于引起或者至少用于激发电极间隙或至少电极间隙的一部分成为导电状态的装置(25)。7如权利要求6所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙成为导电状态的所述装置(25)被设置用于使间隙或者间隙的一部分成为等离子体形式的。8如权利要求7所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙或间隙的一部分成为导电状态的所述装置(25)包括至少一个激光器。9如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，还包括被设置在开关装置(4)和物体之间的线路中的另一个断路器(6)，所述另一个断路器被设置在过电流减少装置(5)和物体(1)之间，并适用于比开关装置(4)遮断较低的电压和电流，并因而比开关装置能够在较短的时间进行遮断，并且另一个断路器适用于当借助于过电流减少装置(5)减少流向或流出物体(1)的过电流而又比开关装置大大早的时刻进行遮断。10如权利要求9所述的装置，其特征在于，包括控制单元(14)，其和检测装置(11-13)以及另一个断路器(6)相连，以便启动另一个断路器，使得当流向或流出物体(1)的过电流由检测装置指示小于一个预定值时进行遮断。11如权利要求9-10所述的装置，其特征在于，另一个断路器(6)包括开关(15)，其上连接有具有一个或几个元件(18)的分流线路(17)，通过使分流线路(17)接收流过触点的电流，用于避免在开关(15)的触点分离时产生的电孤。12如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述分流线路(17)中的一个或几个元件借助于控制器(14)的控制是可以闭合而导通的。13如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述分流线路(17)中的一个或几个元件(18)由可控的半导体元件构成。14如权利要求11-13任何一个所述的装置，其特征在于，所述分流线路(17)中的一个或几个元件(18)配备有至少一个测试放电器(30)。15如权利要求11-14任何一个所述的装置，其特征在于，和所述一个或几个元件串联设置用于电气隔离的隔离开关(20)。16如权利要求15所述的装置，其特征在于，隔离开关(20)和控制单元(14)相连，以便被其控制，在开关(15)被控制而闭合，并且所述一个或几个元件(18)处于切断分流线路(17)的状态时打开。17如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，至少一个测试放电器(22)和过电流减少装置(5)并联连接。18如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，两个过电流减少装置被设置在物体的每一侧，以便从两侧保护物体。19如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中包括控制单元(14)，其和过电流减少装置(5)以及过电流状态检测装置(11-13)相连，所述控制单元被设置用于借助于来自过电流状态检测装置的信息，当由于保护理由而需要时，控制过电流减少装置闭合。20如权利要求19，或权利要求10，12和16的一个或几个所述的装置，其特征在于，一个并且是同一个控制单元(14)被设置，用于根据来自过电流状态检测装置(11-13)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H贝恩霍夫，M贝里奎斯特，M埃克贝里，J伊斯贝里，M莱永，黎明，A苏内松，D温德马，B贝里格伦，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]