傳統(tǒng)發(fā)電機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電線棒繞制而成，其工作場強僅為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，機械應力和熱循環(huán)會導致空隙的形成，隨著電壓的增高，絕緣內(nèi)必定會出現(xiàn)局部放電。傳統(tǒng)定子線圈截面是長方形的，導致導體表面的電場不均勻，轉(zhuǎn)角處的電場強度高。在繞組端部區(qū)域，必須采取復雜措施以控制電場強度，避免發(fā)生局部放電和電暈。傳統(tǒng)發(fā)電機的這種設計原則使其輸出電壓不能超過30～35kV。

　　相比而言，高壓發(fā)電機采用整根具有堅固絕緣的圓形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體、內(nèi)半導電層、絕緣層和外半導電層組成，如圖1—2所示。此設計的好處包括：

　　1)端部線圈中的電場無需控制，繞組設計時的電場控制得到簡化;

　　2)有效地規(guī)避了常規(guī)發(fā)電機繞組設計時可能出現(xiàn)的局部放電或者電暈放電的風險;

　　3)運行維護人員的安全得到了保證，因為繞組的端部區(qū)域在地電位工作。

　　根據(jù)Maxwell電磁場方程，圓形導體產(chǎn)生的電場均勻分布。高壓發(fā)電機由于發(fā)電機所用的導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，將導體細分為彼此絕緣的多股導線是很有必要的。

　　圓形導體和矩形導體的電場分布對比如圖1-3所示。從圖中可見，矩形導體周圍的電場分布并不均勻，在矩形的拐角處，電場強度相對較高，而對于邊側(cè)，其電場強度相對較低。與之形成對比，圓形導體周圍的電場分布均勻。根據(jù)電纜的設計，外半導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)的電場強度不需要刻意控制，因為通過這樣的設計已經(jīng)消除了電暈和放電的危險。根據(jù)CAD技術分析，圓形電纜較傳統(tǒng)電機電樞繞組所用的成型矩形線棒具有損耗及電動力小等特點。為了維持線匝外皮在地電位，電纜外層需要具備一定的導電性。

　　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)電機定子繞組電纜的絕緣采用的是分級絕緣，這是因為發(fā)電機中的感應電壓從定子繞組的中性點到線末端逐漸增加，使得電纜沿著繞組方向產(chǎn)生不同的電應力，即定子繞組中各匝繞組對地電位并不相同，設計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。該設計的初衷是盡可能地減小定子的體積，減少定子的耗材和運行時的鐵耗。通過這樣的設計，理論上高壓發(fā)電機的機端電壓由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)電機繞組的電纜額定電壓需要設計得更高。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)電機必須著重解決的課題。

　　所有高壓發(fā)電機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)一標準進行常規(guī)測試。為了保證處理繞組時不損傷電纜，在進行電纜連接之前，對每個電壓等級都要開展高壓測試工作。XLPE電纜的高壓測試技術也是高壓發(fā)電機研究需要重點關注的問題。

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