电子电气资料电工动态1

1、电工动态电工动态1防爆电机现状及发展趋势1专家谈我国低压电器产品市场5可编程逻辑器件应用前景探讨8大型发电机冷却方式的发展及特点9蒸发冷却技术的发展进步及现存技术难点14变压器专用设备“十五”发展方向研究19保护继电器及装置“十五”市场预测22我国带电作业用绝缘杆材的现状和前景3020世纪世界能源回眸34塑壳式断路器大看台38我国低压电器的几个亟待解决的问题42世界电力与高压开关市场46城网建设改造中的高中压开关设备市场47变频技术的研究发展动向51异步电动机的保护56电工专用设备制造业将怎样直面“入世”的挑战61电工仪器仪表市场需求分析 刘复斌65电力设备预防性试验的现状和进展72电器与环境

2、75全球工控视发展趋势大扫描80电力系统继电保护技术的现状与发展85国内外开关电源的发展展望88可编程逻辑器件应用前景探讨94配电自动化发展动向96防爆电机现状及发展趋势南阳防爆电气研究所 王云生 南阳防爆集团有限公司 阎传宇 摘要防爆电机按防爆原理可分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘防爆电机等。该文分别介绍了这五类电机的产品系列及其特点，其中yb2系列隔爆型三相异步电机将取代yb系列，ya2系列增安型三相异步电机将取代ya系列，还介绍了takw400020/2600、4000kw增安型无刷励磁同步电机的特点。最后指出了矿用和石化系统用防爆电机的发展趋势。 关键词 防爆

3、电动机 分类 系列 发展趋势 防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械。 随着科技、生产的发展，存在爆炸危险的场所也在不断增加。例如，食用油生产过去是用传统的压榨法工艺，20世纪70年代以后，我国开始引进国外先进的浸出油工艺，但此工艺中要使用含有己烷的化学溶剂，己烷是易燃易爆物质；因此浸出油车间就成了爆炸危险场所，需要使用防爆电机和其他防爆电气产品。又如，近年来我国公路发展迅速，一大批燃油加油站出现，也给防爆电机提供了新的市场。产品分类

4、 1按电机原理分 可分为防爆异步电机、防爆同步电机及防爆直流电机等。 2按使用场所分 可分为煤矿井下用防爆电机及工厂用防爆电机。 3按防爆原理分 可分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘防爆电机等。 4按配套的主机分 可分为煤矿运输机用防爆电机、煤矿绞车用防爆电机、装岩机用防爆电机、煤矿局部扇风机用防爆电机、阀门用防爆电机、风机用防爆电机、船用防爆电机、起重冶金用防爆电机及加氢装置配套用增安型无刷励磁同步电机等。 此外，还可以按额定电压、效率等技术指标来分，如高压防爆电机、高效防爆电机、高转差率防爆电机及高起动转矩防爆电机等。 本文按防爆原理分类介绍。 产品系列及其特点 1

5、隔熄型电机它采用隔爆外壳把可能产生火花、电弧和危险温度的电气部分与周围的爆炸性气体混合物隔开。但是，这种外壳并非是密封的，周围的爆炸性气体混合物可以通过外壳的各部分接合面间隙进入电机内部。当与外壳内的火花、电弧、危险高温等引燃源接触时就可能发生爆炸，这时电机的隔爆外壳不仅不会损坏或变形，而且爆炸火焰或炽热气体通过接合面间隙传出时，也不能引燃周围的爆炸性气体混合物。 我国当前广泛应用的低压隔爆型电机产品的基本系列是yb系列隔爆型三相异步电机，它是y系列(ip44)三相异步电机的派生产品。防爆性能符合gb3836183爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和gb3836283爆炸性环境用防爆电气设备隔爆

6、型电气设备“d”，的规定；电机功率范围为o55200kw，相对应的机座号范围是机座中心高为80315nun；防爆标志为di、diiat4、diibt4，分别适用于煤矿井下固定式设备或工厂iia、iib级，温度组别为t1t4组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的场所；主体外壳防护等级为ip44，也可制成ip%4，接线盒防护等级为ip54；额定频率为50hz，额定电压为380、1660、1140、380660、660140v；电机绝缘等级为f级，但按b级考核定子绕组的温升，具有较大的温升裕度。 低压隔爆型三相异步电机派生系列的主要型号有：yb系列(diict4)(机座中心高为80315mm

7、)，ybso系列(小功率，机座中心高为6390mm)，ybf系列(风机用，机座中心高为63160mm)，ybh系列(船用，机座中心高为80280mm)，yb系列(中型，机座中心高为355450mm)，ybk系列(煤矿用，机座中心高为100315mm)，ybw、bth、ybwth系列(机座中心高为80315mm)，ybdfwf系列(户外防腐隔爆型电动阀门用，机座中心高为80315mm)及ybdc系列(隔爆型电容起动单相异步电机，机座中心高为71100mm)和ybzs系列起重用隔爆型双速三相异步电机。另外，还有yb系列高压隔爆型三相异步电机(机座中心高为355450mm，560710mm)。 行业

8、联合设计的yb2系列已于1四年底通过了全国鉴定，将逐步取代yb系列，成为我国隔爆型三相异步电机的基本系列。yb2系列共15个机座号(机座中心高为63、355nmm)，功率范围为o12315kw。其主要特点是： (1)功率等级、安装尺寸及转速的对应关系与din42673一致，同时考虑到与yb系列 的继承性和y2系列的互换性，作了必要调整，更加有效和适用。 (2)全系列采用f级绝缘，温升按b级考核。 (3)噪声限值比yb系列低，接近yb系列的i级噪声，振动限值与yb系列相当。 (4)外壳防护等级提高到ip55。 (5)全系列选用低噪声深沟球轴承，机座中心高在180mm以上电机设注排油装置。 (6)

9、电机散热片有平行水平分布和辐射分布两种，以平行水平分布为主。 (7)主要性能指标达到20世纪90年代初国际先进水平。 2.增安型电机 它是在正常运行条件下不会产生电弧、火花或危险高温的电机结构上，再采取一些机械、电气和热的保护措施，使之进一步避免在正常或认可的过载条件下出现电弧、火花或高温的危险，从而确保其防爆安全性。 我国当前应用的低压增安型的基本系列是ya系列增安型三相异步电动机，它是y系列(ip44)三相异步电机的派生产品。防爆性能符合gb3836183爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和gb3836383爆炸性环境用防爆电气设备增安型电气设备“e”的规定；功率范围为o5590kw，相对应

10、的机座中心高为80280mm； 防爆标志为eiitl、eiit2、eiit3，分别适用于工厂中具有温度组别为tlt3组爆炸性混合物并具有轻微腐蚀介质的场所；主体外壳的防护等级为ip54，接线盒防护等级为ip55；额定频率为50hz，额定电压为380v；电机采用f级绝缘。 低压增安型电机派生系列的主要型号有：yaso系列小功率增安型三相异步电机(机座中心高为5690mm)，yaw、yawfl系列户外、户内防腐增安型三相异步电机(机座中心高为80280mm)。 目前，已完成ya2、系列的行业联合设计工作，并正在组织试制，以取代ya系列。ya2全系列共15个机座号(机座中心高为63355mm)，功率

11、范围为012400kw，将使我国增安型电机达到国际上同类产品20世纪80年代先进水平。 高压(6kv)增安型三相异步电机系列有：ya355450，功率160450kw；ya560900，功率5001800kw；yam355630水冷，功率2202500kw；yakk355630空空冷，功率1852000kw。1999年试制生产的takw4000202600、4000kw增安型无刷励磁同步电机，是适应炼油厂石油深加工加氢装置需要而发展的新型防爆电机。其特点是： (1)满足增安型防爆电机的要求，采取一系列可靠的防止火花、电弧和危险高温的措施，可以安全运行于2区爆炸危险场所。 (2)采用无刷励磁，设

12、置旋转整流盘和静态励磁柜，励磁控制系统可靠；顺极性转差投励准确，无冲击；励磁系统失步保护可靠，再整步能力强；线路设计合理，放电电阻在工作中不发热；励磁电流调节范围宽。 (3)同步机、交流励磁机及旋转整流盘同轴。整流盘位于主电机和励磁机之间，或置于轴承座之外。 (4)外壳防护等级为ip54。 (5)采用f级绝缘，温升按b级考核。 (6)改变传统的下水冷为上水冷，即水冷却器置于电机上部。 (7)设增安型防潮加热器，固定在电机底部的罩内，用于停机时加热防潮用。 (8)选优质原材料，电气及机械计算留有较大裕度，能满足运行可靠性和增安型电机的温度要求。 (9)设置有完善的监控措施；主接线盒内设置用于差动

13、保护的增安型自平衡电流互感器；定子绕组埋设工作和备用的铂热电阻，分度号为pt100；设漏水监控仪，监控水冷却器的泄漏；两端座式滑动轴承分别设现场温度显示仪表和远传信号端子。 3.正压型电机是正压型电气设备的一种。 其结构特点是： (1)配置有一套完整的通风系统，电机内部不存在可能影响通风的结构死角。 (2)外壳和管道由不燃材料制成，并具有足够的机械强度。 (3)外壳及主管道内相对于外界大气保持足够大的正压。 (4)电机须有安全保护装置(如时间继电器和流量监测器)，以保证足够的换气量， 还必须有壳内气压欠压的自动保护或报警装置。 (5)外壳上的快开门或盖须有与电源联锁的装置。 我国目前尚无统一的

14、正压型电机系列产品。 4无火花型电机 是指在正常运行条件下，不会点燃周围爆炸性混合物，且一般又不会发生点燃故障的电机。与增安型电机相比，除对绝缘介电强度试验电压、绕组温升、te(在最高环境温度下达到额定运行最终温度后的交流绕组，从开始通过起动电流时计起至上升到极限温度的时间)以及起动电流比不像增安型那样有特殊规定外，其他方面与增安型电机的设计要求一样。 无火花型电机符合gb3836183和gb3836887爆炸性环境用防爆电气设备无火花型电气设备“n”的规定。设计上注重电机的密封措施，主体外壳防护等级为ip54、ip55，接线盒为ip55。额定电压在660v以上的电机，其空间加热器或其他辅助装

15、置的连接件应置于单独的接线盒内。 目前，国内已研制、生产了yw系列无火花型电机产品(机座中心高度为80315mm)。防爆标志为niit3，适用于工厂含有温度组别为t1t3组的可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的2区场所。额定频率为50hz，额定电压为380、660、380660v，电机采用f绝缘，但按b级考核定子绕组的温升限值，具有较大的温升裕度及较高的安全可靠性，功率为055200kw。 5粉尘防爆电机 指其外壳按规定条件设计制造，能阻止粉尘进入电机外壳内或虽不能完全阻止粉尘进入，但其进入量不妨碍电机安全运行，且内部粉尘的堆积不易产生点燃危险，使用时也不会引起周围爆炸性粉尘混合物爆炸的

16、电机。其特点是： (1)外壳具有较高的密封性，以减少或阻止粉尘进入外壳内，即使进入，其进入量也不致于形成点燃危险。 (2)控制外壳最高表面允许温度不超过规定的温度组别。 目前，已用于国家粮食储备库的机械化设备上。 粉尘防爆电气设备的国家标准为 gbl2476190爆炸性粉尘环境用防爆电气设备。 发展趋势 1矿用防爆电机 (1)发展大功率电机：目前世界上采煤机的最大装机容量已超过1200kw，其驱动电机功率达600kw；相适应的采区工作面刮板输送机的最大装机容量已超过1500kw，其驱动电机功率已达725kw。国内目前的采煤机驱动电机最大功率是400kw，刮板输送机驱动电机最大功率是315kw。

17、 (2)发展33kv、6kv和iokv级电压的矿用电机：这是因为普及综合机械化采煤机组后采区走向加长，导致电压降增大，同时大功率电机的使用也要求提高电压等级。 (3)发展矿用双速电机：为了适应煤矿输送机低速起动和高速运行的工作需要，国外矿用刮板输送机都是采用双速电机驱动的。但目前国产矿用双速电机的功率范围、性能指标及配套控制开关的性能等与国外先进水平相比均有一定差距。 (4)提高矿用电机的可靠性：矿用防爆电机的工况条件较差，电机频繁大负荷起动、负荷变化大、电压波动大、环境温度高且有一定的腐蚀性等，这些都影响电机的使用可靠性和寿命。 (5)加快矿用防爆电机的更新换代。 (6)统一矿用防爆电机的标

18、准。 2石化系统用防爆电机 (1)增安型和无火花型电机的需求将呈上升趋势。石化系统的用户在使用实践中；已认识到发展我国增安型和无火花型电机的必要性。此外，大量20世纪70年代弓进装置中配套的增安型、无火花型电机目前已到了采用合适的国产品替代的时候。 (2)防爆电机的可靠性已越来越被石化系统用户关注。石化企业发展日趋装置大型化、运行连续化，要求系统运行实现长周期、免维修或少维修。因此，防爆电机就成为保证上述要求的关键设备。 (3)防爆和高效变频调速电机已成为石化用户迫切要求开发的节能产品。近年已系列生产了ybx、yax防爆高效电机，投入市场后很受用户欢迎。防爆电机节能有两方面工作：一是研制高效率

19、防爆电机产品，二是大量开发各种防爆调速电机的专用产品，尤其是将具有巨大节能潜力的风机、泵和压缩机配套的电机设计为调速电机。 (4)沿海石化企业的发展带来的新要求。我国沿海一带将建一批炼油厂，原油均需进口，而进口原油含硫量高、腐蚀性严重，因而要求防爆电机提高防腐性能；另外进口原油均需海运，其储油罐就需要配套高扬程大流量油泵的防爆电机。 (5)我国西部石油工业的大发展，要求开发适于沙漠干热环境的防爆电机产品。(6)加氢装置配套用的中大容量的增安型无刷励磁同步电机的市场需要将逐年增长。专家谈我国低压电器产品市场1、低压电器产品需求的基本特点低压电器的用户主要是电力工业，此外还有石化、煤炭、冶金、建筑

20、业以及民用等，低压电器生产厂家的产品绝大多数由低压成套设备厂家所购买，然后组装成配电屏、动力配电箱、保护屏、控制屏等低压成套装置再卖给用户。其特点为：(1)量大面广，可以说国民经济各行各业都离不开低压电器。人们的日常生活，也离不开低压电器。(2)品种规格多(电压、电流、保护、极数)，环境条件复杂(海拔、温度、湿度、污染情况等)。(3)用户对低压电器的质量(外观、可靠性、寿命、体积等)越来越关注，质高价低的产品、既节能又不污染环境的产品受欢迎。2、需求结构各行各业对低压电器产品的需求结构各不相同，但大体上有如下的规律：(1)框架式断路器与塑壳式断路器用量之比约为19。(2)电流等级高的产品用量较

21、小(如1600a以上的断路器用量较小，3000a以上的用量更少)，而100a及以下的产品用量非常大，小型塑壳断路器用量更大。(3)保护电动机用的低压电器产品如启动器、熔断器、接触器、热断电器、按钮和信号灯等用量非常大。(4)自控行业、电气传动行业用接触器、熔断器、限位开关、行程开关、按钮和信号灯等用量非常大。(5)矿山和煤炭化工行业用真空断路器产品数量较多。3、行业集中度与企业经济规模我国低压电器制造企业主要集中在北京、天津、辽宁、上海、江苏、浙江和广东等地，企业分布总的来说是合理的。企业在经济规模上存在几方面问题：(1)企业组织规模小而散。缺乏竞争实力和优势。目前我国低压电器企业进入国家大型

22、企业的厂家为数不多，而中小企业占90%以上(年销售收入和总资产均在5亿元及以上的为大型企业；在5000万元及以上的为中型企业，其余为小型企业)。(2)区域结构趋同，未能体现比较优势和协作效益。80年代以来20年间，低压电器厂由原来600多家，增加到现在的1000多家。由于盲目上项目、铺摊子，地区产业趋同化现象严重，经济效益低下，低水平重复建设，造成产品积压，能源、材料浪费，经济效益低下的不良后果。(3)技术结构不合理，主要产业技术装备水平低。据统计，在企业的主要技术设备中，技术经济性能比先进的只占1/3。骨干企业主导产品达到90年代国际技术水平的仅占18%左右。4、市场销量结构我国低压电器产品

23、销售市场主要在国内，为发电设备、自动控制设备等配套。据统计每新增1万kw发电设备，约需4万件各类低压电器产品与之配套，其中约需框架式空气断路器230台，约需塑壳式断路器2200台。另外，低压电器与电动机总安装容量之比约为0.5件/w。也就是说一套30万kw的发电设备需120万件各类低压电器元件与之配套，其中包括框架式低压断路器6900台，塑壳式断路器66000台。5、产品进出口贸易结构低压电器产品进口品种不多，数量不大，受到政府有关政策限制。通常情况下，只有重点工程中需要的低压电器元件国内不能生产的才可以考虑进口，还有一种情况是外商指定必须选用某外国大公司的产品，才予考虑进口。低压电器产品出口

24、的数量不大，金额不高，出口有如下几种情况：(1)境外来料加工，产品出口。(2)引进国外技术或设备，产品返销给对方-补偿贸易。近几年来国家经贸委、国家机械工业局制定措施扶持鼓励机电产品出口。1999年，外经贸部就此提出9条意见，当年低压电器产品出口数额已有明显增长。6、产品市场价格走势我国现行的低压电器产品价格比较混乱：(1)国企产品价格大体上执行行业自律价，行业协会会员单位之间按自律价销售产品，不得漫天要价，也不能低价倾销。(2)非行业协会会员单位往往比照行业协会的"自律价"，根据自己公司的需要制定一个产品销售价格。出厂价、优惠价、零售价和批量出厂价等五花八门，损害了顾客的

25、利益，也不利于企业间的公平竞争和经济效益。(3)国外一些电器公司在国内办的一些独资公司或合资公司的产品价格均高于国产产品的价格。近两年来国外一些大公司为了挤占国内低压电器市场，已有降价的趋势，但降价幅度不太大。国内产品价格竞争很激烈，买方市场的形成，供大于求，必然导致价格大战，近期产品市场价格略有下降，利润也在下降。7、市场容量预测国内低压电器的市场容量与电力事业的发展是紧密相连的。据测算20012005年全国发电量增幅在4%左右，20062010年在4.5%左右；在10年内电力弹性系数平均为0.6左右，这样，20012005年全国每年需增发电量660770亿kw·h，2006201

26、0年每年均增发电量660770亿kw·h，按照1997年全国电力机组平均每天运行131h计算，20012010年每年平均新增装机容量为21gw左右。按照经验配套比计算，每年需要低压框架式断路器约48万台，塑壳式断路器462万台，其他各类低压电器产品的需要量也是很可观的。我国低压电器产品出口东南亚国家的数量比较大，由于国家对机电产品出口的重视、扶持及鼓励，东南亚金融危机的好转都有利于低压电器的出口。总之，可以预见我国低压电器市场容量会稳步增长，前景是乐观的。8、市场竞争的特点(1)市场很大，国内低压电器制造企业数量太多，国外一些公司已进入国内市场，竞争非常激烈。我国低压电器制造业面临着

27、供大于求的严峻形势。由于电力、石化、建筑等产业的大发展，给低压电器制造业的发展提供了很好的机遇，但是企业数量增加太多，再加上国外一些电器公司面对着中国这个巨大的市场也一涌而上，更加剧了竞争的激烈程度。(2)竞争并不平等，质优未必市场优。我国正处于经济体制转轨过程中，各种不平等竞争现象存在于供销环节中。按照市场规律，优质应价优，或者相同价格条件下质量好的产品销路应该更好，但现实未必如此。9、市场竞争对手实力比较在国内低压电器市场中国企的产品仍占有60%70%，换句话说国企仍是主力军。这些企业经过50来年的发展，设计和制造水平有了很大提高，自行设计和制造的产品基本能满足国民经济的需求，但也应该看到

28、，我国低压电器行业企业的制造工艺落后，专用工艺设备少，产品生产重复性差，可靠性水平不高。企业负担重，再加上受拖欠货款的影响，资金紧张是国企的通病，技术改造资金投入太少，产品水平不高，形不成规模经济和经济批量。国企的市场竞争对手主要有两个，一个是合资企业，另一个是民营企业。合资企业通常是外资出技术及装备，中方出厂房及劳动力。产品的起点高，系列化，工装模具好，又没有国企那样重的负担，可谓经济实力与技术实力均比较强大。由于合资企业建立的时间尚短，规模也比较小，合资企业的产品价格又高，在竞争中并不占上风。民营企业从1985年以来增速很快，现在已是增中趋缓，但增加的速度仍快于其他所有制，起初从事低压电器

29、的民营企业规模很小，产品品种规格不多，近几年经济规模不断扩大，经济效益愈加明显。这类企业中有一些已达到国家大中型企业的规模，他们的产品成本比国企的低，产品售价有优势，经营思路符合市场经济的规律，销售系统强大、有效，因此他们的经济效益比国企高。这类企业的不足之处在于设计、制造工装的能力不强，开发新产品的能力也不高，技术力量相对较弱，但是这类企业与合资企业一样潜力很大。10、产品技术开发方向与动向我国为了使断路器赶上国际先进水平，决定把开发智能化断路器列为"八五"重点开发项目。到1997年前后陆续有上海华通电器厂，上海人民电器厂、上海精益电器厂的dw45系列、北京开关厂的dw9

30、14系列、长征九厂的ma45系列智能化断路器通过产品鉴定，目前已能批量供货。智能化断路器的开发成功代表了我国低压电器的发展方向。它除了具有四段选择性保护和电流表、电压表、显示、记忆、试验、自诊断、区域故障显示、报警和负载监控等智能功能外，还带计算机通讯接口与上位机连接可以实现遥控、遥调、遥讯，满足电力系统的微机控制和自动化的要求。它融合了现代化机电、测量、控制和微机技术，是高科技产物。目前国内有的厂正在着手开发4000a、5000a的智能型断路器。可编程逻辑器件应用前景探讨 重庆大学电气工程学院 黄克初 刘晓 明 安 敏一、可编程逻辑器的发展可编程逻辑器(pld)是70年代发展起来的一种划时代

31、的新型逻辑器件，一般来说，pld器件是由用户配置以完成某种逻辑功能的电路。pld器件自问世以来，制造工艺上采用ttl、cmos、ecl及静态ram技术，器件类型有prom、eprom、e2prom、fpla、pa l、gal、pml及lca等，pld在性能和规模上的发展，主要依赖于制造工艺的不断改进，高密 度pld是vlsi集成工艺高度发展的产物。80年代末，美国altera和xilinx公司采用eecmos工艺，分别推出大规模和超大规模的复杂可编程逻辑器件(cpld)和现场可编程逻辑门阵列器件(fpga)，这种芯片在达到高度集成度的同时，所具有的应用灵活性和多组态功能是以往的lsi/vlsi

32、电路无法比拟的。到90年代，cpld/fpga发展更为迅速，不仅具有电擦除特性，而且出现了边缘扫描及在线编 程等高级特性。另外，外围i/o模块扩大了在系统中的应用范围和扩展性。较常用的有xilin x公司的epld和altera及lattice公司的cpld。1992年lattice公司率先推出isp(in-system p rogrammability)，并推出isp_lsi1000系列高密度isp器件。1998年hdpld的主流产品集成 度约为13万门，同时25万门产品开始面世，1999年产品集成度40万门，2000年已经出现了容量为200万门的产品。pld器件目前正朝着更高速、更高集成度

33、、更强功能和更灵活的方向发展，它不仅已成为标准逻辑器件的一个强有力的竞争对手，也成为掩膜式专用集成电路的竞争者。二、pld在电子领域中的应用1.pld在asic设计中的应用把一个有专用目的，并具有一定规模的电路或子系统集成化而设计在一芯片上，这就是专用 集成电路asic的设计任务，通常asic的设计要么采用全定制电路设计方法，要么采用半定制电路设计方法进行检验，若不满足要求，还要重新设计再进行验证。这样，不但开发费用高 ，而且设计开发周期长，因此设计出的产品性价比不高，显然，产品没有市场竞争力，自然 就降低了产品的生命周期，而传统的asic设计方法来说，这又是不可避免的。随着设计方法的不断完善

34、，不仅需要简化设计过程，而且，越来越需要降低系统体积和成本 ，提高系统的可靠性，缩短研制周期，于是希望有一种由很多厂家都可提供的，具有一定连线的结构和已封装好的全功能的标准电路。由于共同性强，用量大，所以成本也不高。这种器件可以由用户根据需要自行完成编程设计工作，用某种编程技术自己“烧制”使内部电 路结构实现再连接，也就是说用户既是使用者又是设计者和制造者，这种器件就是pld，它的引入就形成了半定制电路设计方法的可编程asic。目前，hdpld有两种用途：一是用于最终产品；一是用于asic化的前道工序的开发试制品。c pld/fpga在国际上现已成为很流行的标准化ic芯片，从我国的国情来看，将

35、cpld/fpga用于a sic原形设计会得到大力推广。2.基于eda的cpld/fpga应用电子产品的高度集成数字化是必由之路，我国的电子设计技术经过了ssi和mcu阶段，现在又 面临一次新突破即cpld/fpga在eda基础上的广泛应用。如果说mcu在逻辑的实现上是无 限的话，那么cpld/fpga不但包括了mcu这一特点，而且可触及硅片电路的物理界限，并兼有串、并行工作方式，高速、高可靠性以及宽口径适用性等诸多方面的特点。不但如此，随着 eda技术的发展和cpld/fpga在深亚微米领域的应用，它们与mcu、mpu、dsp、a/d、d/a、ram 及rom等器件间物理与功能界限已日益模糊

36、。特别是软/硬ip芯核产业的迅速发展，嵌入式通用及标准fpga器件，片上系统(soc)，1999年底已经上市。cpld/fpga以其不可替代的地位 以及伴随而来的具有经济特征的ip芯核产业的崛起，正越来越受到业内人士的观注。基于eda技术的发展，cpld/pfga与其他mcu相比，其优点越来越明显。pld/fpga产品采用先进的jtag-isp和在系统配制编程，这种编程方式可轻易地实现红外线编程、超声编程或无线编程，或通过电话线远程编程，编程方式简便、先进。这些功能在工控、智能仪表、通信和军事上有特别用途。cpld/fpga的设计开发采用功能强大的eda工具，通过符合国际标准的硬件描述语言(如

37、vhdl或verilog-hdl)来进行电子系统设计和产品开发，开发工具的通用性，设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用的cpld/fpga器件的硬件结构没有关系，所以设 计成功的逻辑功能软件有很好的兼容性和可移植性，开发周期短；易学易用，开发便捷。可以预言我国的eda技术学习和cpld/fpga的应用热潮决不会逊色于过去10年的单片机热潮。可编程逻辑器件一开始主要用于通信领域。它的优势在于缩短开发生产周期，现场灵活性好 ，适于少量生产，不足之处是价格昂贵，适用于中小批量生产，随着微细化的进步，芯片面积缩小，价格迅速下降，市场发展加快。目前pld/cpld约占全球市场规模的6成 ，但今后fpg

38、a的比重将日益增大。大型发电机冷却方式的发展及特点阮琳 一、概述 大型发电机是电网的主要设备之一，是电能的直接生产者。大型电机的发展在整个国民经济 的发展中占有重要地位。从电力生产，电网运行、管理的经济性和供电质量来看，电网中主 力机组的单机容量应与电网总容量维持一定的比例，例如68%。单机容量越大，则单位容 量成本下降，材料消耗降低，其经济性能就越好。电机容量的提高主要通过增大电机的线性 尺寸和增加电磁负荷两种途径实现。然而增大线性尺寸同时会增大损耗(因为电机的损耗是 与线性尺寸的三次方成正比)，造成电机效率下降。而增加磁负荷，由于受到磁路饱和的限 制也很难实现。所以提高单机容量的主要措施就

39、在于增加线负荷了。但增加线负荷就同时会 增加线棒铜损，线圈的温度将增加，可能达到无法容许的程度。这时就必须采用强化冷却技 术，以提高散热强度，从而将电机各部分的温升控制在允许范围内，才能保证电机安全可靠 地运行。所以冷却技术的进步是电机向大容量发展的保证。电机的冷却方式分为气冷和液冷 两大类。气冷的冷却介质包括空气和氢气。液冷的介质有水、油及蒸发冷却所使用的氟里 昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。汽轮发电机所采用的冷却方式较为丰富，包括空 冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷。 二、汽轮发电机的冷却方式 汽轮发电机的冷却方式经历了丰富的发展变化过程。从最早的空气冷却发展到氢气冷却 ，再到液体冷却，

40、继而到目前研究的热点蒸发冷却。每一种冷却方式都各有其优缺点。 1空气冷却 20世纪30年代末期以前，汽轮发电机基本上处于单一的空气冷却阶段。空气冷却在结构上最 简单， 费用最低廉，维护最方便，这些显著的优点使得空气冷却首先得到了应用和发展。随着电网 容量的增大，要求提高汽轮发电机的容量。为了提高容量，需要增加电磁负荷，导致电磁损 耗增大，从而引起电机发热量的增加，要强化冷却就必须加大通风量，这必然引起通风损耗 的增大，而通风损耗(含风摩耗)占总损耗的40%，这就使得电机的效率降低。另外，空气 冷却的定转子绕组的温升也较高，影响绝缘的寿命。 2氢气冷却 当电机的单机容量达到一定水平时，空冷技术在

41、效率和温升等方面逐渐暴露出不足，为了寻 求更加有效的冷却方式，人们发展了氢冷技术。从20世纪30年代末，容量大于50mw的汽轮发 电机逐 步过渡到氢气冷却。氢气的比重小，纯氢的密度仅为空气的1/14，导热系数为空气的7倍， 在同一温度和流速下，放热系数为空气的1415倍。由于密度小，因此，在相同气压下 ，氢气冷却的通风损耗、风摩耗均为空气的1/10，而且通风噪声亦可减小。氢冷电机的效率 提高了，而且温升明显下降。由于电机内氢气必须维持规定纯度，为此必须额外设置一套供 氢装置，给设计和安装带来了困难。另外，密封防爆问题始终是氢气冷却电机安全运行的一 个隐患。 3液冷 早在1917年，匈牙利冈次茨

42、工厂就曾用变压器油作牵引电机的冷却介质。30年代后，又曾从 事水外冷的研究，但长期以来没有取得重大进展。 1956年，英国开始采用净化水冷却电机定子绕组。目前定子绕组采用水冷已相当普遍。液体 的比热，导热系数比气体大，所以液冷的散热能力较气冷大为提高。水是很 好的冷却介质，它具有很大的比热和导热系数，价廉无毒，不助燃，无爆炸危险。通水冷却 的部件冷却效果极为显著，允许承受的电磁负荷比空冷、氢冷高，提高了材料的利用率。 但是，由于水垢的产生及空心铜线被水中的氧离子氧化产生的氧化铜和氧化亚铜等沉积造成 水路堵塞，继而产生绕组局部过热而烧毁。同时，水接头及各个密封点处由于承受水压漏水 的问题将造成短

43、路和漏电危险。近些年，各地的水内冷机组都发生了一种新的漏水现象，被 称为水力钻孔。这是由于水中的微小颗粒在空心导线的转弯或粗糙点慢慢沉积下来，由于受 到水流的冲击而以颗粒与空心线的接触处为支点旋转起来，日积月累就会将这一点钻穿。这 种现象造成绕组漏水漏电，烧毁绝缘的危险。因此，水冷电机的堵和漏成为困扰水冷电机发 展的致命弱点。 全液冷电机的研制同样受到了各国的重视。全液冷主要以油冷为主。这种电机的定子浸在油 中，绝缘大为简化。电机槽满率高，材料消耗少，效率高于同容量的其他冷却方式的电机。 但维护不方便，要考虑防火防爆问题，结构较复杂。 4蒸发冷却 近年来，美、日、英、俄、加等国相继开展了将相变

44、原理应用于大型发电设备中的研究，并 取得了一定的成果，但至今没有成熟产品生产。我国从解放初期就开始研究蒸发冷却，中国 科学院电工所从1958年开始研究电机的蒸发冷却技术，目前在研制的各个方面均处于世界领 先水平，并且已有数台机组投入运行，运行情况良好。蒸发冷却是利用冷却介质液体汽化吸 热的原理来冷却电机的。蒸发冷却从原理上说是一种高效的冷却方式，汽化热大，所需流量 小 ，绕组各部分之间温差小，因此成为目前冷却技术研究的新方向。蒸发冷却的研究经历了从 低温蒸发冷却到常温蒸发冷却再到常温自循环蒸发冷却的过程。低温蒸发冷却技术使用沸点 较低的介质，汽化后的饱和蒸汽温度低于二次冷却介质温度，必须经过压

45、缩，使其饱和蒸汽 温度高于二次冷却介质温度，才能进行热交换，冷凝为液体。在电机的允许温升范围内，冷 却介质沸点太低没有必要。而且，温度低也容易造成热量逆流，外部热量往电机内部传递。 因此考虑用常温蒸发冷却技术，去掉压缩机，用泵来替换，提供压头克服各种阻力损失。以 上两种均属于强迫循环方式。后来的研究发现，利用电机结构的特点(例如：立式水轮发电 机的定子绕组)，以及液体汽化后密度发生变化而引起压差变化，可以形成自然循环。蒸发 冷却方式应用于汽轮发电机的显著优势是介质具有极强的电绝缘性，与其他冷却方式配合时 能够扬长避短，特别是采用浸泡式蒸发冷却后加强了端部的冷却效果，改善了电晕和电磁屏 蔽问题，

46、使电机运行安全可靠，因此是一种极具发展前途的冷却方式。 三、水轮发电机的冷却方式 水轮发电机的冷却方式不象汽轮发电机那么繁多，主要有空冷、水冷和蒸发冷。虽然冷却方 式对水轮发电机的技术经济性能具有密切的关系，但还不能算是限制容量的决定因素。另外 ，当电力系统发生故障，水轮发电机突然和电网解列(即甩负荷)时，由于水轮机导水机构 关闭需要一定的时间，在这段时间内，机组的转速将升高。为了防止转速上升过多而飞逸， 所以要求设计水轮机的转动惯量gd2要足够大。它直接影响到发电机 在甩负荷时的速度上升率和系统负荷突变时发电机的 运行稳定性。因此强化冷却减小尺寸的要求由于gd2的限制而显得并不迫切。另一方面

47、，g d2越大，则机组转速变化率越小，电力系统运行稳定性越高；但是gd2过大，使发电机 重量增加，一方面导致成本提高，一方面将加大推力轴承的负荷。推力轴承要承受立式水轮 发电机的全部轴向负荷，所以要具有较高的刚度和强度。根据水轮发电机运行的故障统计我 们知道，有50的故障源于推力轴承的缺陷。如果水轮发电机的转子尺寸过大，重量也相应 较大，那么推力轴承的推力负荷就很大，若轴承强度不够，轴承的结构部件就会发生变形， 造成机组运行振动等不稳定现象。若将空冷改为内冷，可适当减小转子尺寸及重量，缓解 推力轴承的负担(也有些制造厂设计在相同的gd2限制的情况下，增大d从而减小g来缓解 推力轴承的负荷)。再

48、者，是出于要提高电机的效率，增加电机可靠性的考虑，需要改进水 轮发电机的冷却方式，继而出现了对水冷及蒸发冷的研究应用。 水轮发电机所采用的传统冷却方式一般都是空冷。近年来，随着大型水坝和发电机制造业新 技术的发展，水轮机的单机容量正向巨型迈进，目前已超过80万kw，预计还要进一步增长。 采用传统的空气冷却方式不仅不能满足电机散热的要求，而且还限制了容量的增长。发电机 的额定容量可由下式计算sn=kabd2iltnn(kva) 对于大容量的水轮发电机，k取135×10-12。对应于飞逸转速nr时的发 电机转子周边速度为vmax=krdinn6000(m/s )式中 kr是飞逸系数。kr

49、=nrnnnr转子飞逸速度；nn转子额定转速。 从容量计算式可以看出，空冷水轮发电机的极限容量是由电磁负荷、材料强度和定子铁心长 度决定。b值受铁心材料饱和的限制不宜取高于8000gs。线负荷a的取值与采用 的绝缘等级以及冷却方式有关。对于空冷效果较好的大容量水轮发电机，定子线圈采用f级 绝缘，a的取值可为800a/cm。叠片铁轭的最大周边速度可取到160m/s。对于在水电站进行机 座装焊、定子铁心整圆叠装和下线的水发电机，lt的值可取4m。在以上各量的极限取 值下，空冷水轮发电机的极限容量由下式计算smax=3227×1081ky2nn(kva) 当额定转速由水轮发电机的转轮形式等

50、因素确定后，空冷电机的极限容量也就确定了。当空 冷电机的单机容量不能满足要求时，为了提高电机容量便出现了更有效的其他冷却方式。例 如：当采用水内冷时，由于冷却效果增强了，水发的线负荷可提高到1200a/cm。气隙磁密可 取80009000gs，其利用效率约为空冷发电机的15倍，极限容量约为空冷发电机的15 2倍。 另外，水轮发电机采用空气冷却存在着一些不利于运行可靠性的问题。空冷电机因为热量及 温度分布不均匀，定子线棒温度高，铁心与机座的热应力大，所以硅钢片可能引起拱曲，内 膛产生非圆形变形；甩负荷时，转子的应变增大，即直径比正常运行时大，容易发生“扫膛 ”(即定转子相撞)的事故，例如美国大古

51、力电站就曾发生过由于热变形而造成的定转子 相撞事故。对于负荷变化大，频繁起停的调峰机组，定子线棒在运行的过程中会发生热变形 ，由于铜导体和外包绝缘的温度热膨胀系数不同而造成的疲劳，引起绝缘脱壳，会造成绝缘 老化，产生内部电晕，破坏绝缘，西门子公司委托加拿大多伦多大学进行的千次热循环试验 ，证明国外各名牌厂家的线棒均发生了脱壳现象。由于线棒与铁心在长度方向上的热膨胀差 别，会造成绝缘与铁心接触面磨损。发电机端部，沿圆周通风及损耗分布不均，造成温升差 别大，按照绝缘的810法则，温度每升高810，绝缘的寿命就减半，这种情况说明了 故障多发于端部的原因。 不完全统计，近3040年，水冷成了大型水轮发

52、电机的主要冷却方式。水内冷技术的使 用，改善了上述空冷机组存在的问题。首先内冷技术的采用降低了绕组温升，特别是能有效 减小绕组线棒的温差，使整个发电机定子绕组温度分布均匀，可延长绝缘寿命；由于使用内 冷方式，发电机定子绕组损耗的发散不再需要定子铁心负担，定子铁心的温升由其自身损耗 产生，其温升较之空冷方式有很大幅度的降低。因此内冷电机由于铁心与机座温差相对较小 ，铁心热应力较易控制；内冷技术的应用将大大减小导体与绝缘之间的热应力，可避免绝缘 脱壳和内部电晕；定子绕组内冷后，发电机的电磁负荷可提高，结构尺寸可有一定程度的减 小，特别是转子重量的减小，可降低推力负荷和转子机械应力。但水内冷技术使用

53、水作为循 环冷却介质，虽然具有内冷方式的各种优点，但却存在着不可避免的弊端：除了需要在水电 站安装一套净水系统外，还存在着堵、漏及水力钻孔的致命弱点。另外，据国际大电网会议 组织调查，水冷的运行可靠性较空冷低约45%，这是用户难以接受水冷的关键。为了解决水内冷电机其水系统故障问题，同时继承内冷方式的优点，中国科学院电工所开展 了以蒸发介质代替水内冷的研究工作，称为蒸发冷却技术。经过40多年的研究，已有累计达 570mva的运行经验。中国科学院电工所还与东方电机股份有限公司长期合作，开发了自己独 特的自循环蒸发冷却技术。1983年给云南大寨水电厂研制的两台10mw蒸发冷却水轮发电机组 安全运行至

54、今；1992年给安康火石岩电厂研制的525mw蒸发冷却水轮发电机已在运行，于1 995年12月通过鉴定，而且该机现在经常处于超发状态运行；1999年底投入运行的李家峡440 mw蒸发冷却水轮发电机运行已有一年，没有出现任何问题，也将于年内通过科技部验收鉴定 。 水轮发电机采用蒸发冷却方式，冷却效果显著，不仅可以解决提高容量的问题，更重要的是 将电机运行的可靠性大大提高了，不仅高于水冷，而且还高于空冷。蒸发冷却作为水 轮发电机的冷却方式，不仅具有内冷电机可以提高材料利用率，降低定子绕组温升，从而降 低绕组与铁心间的温差，提高运行稳定性等优点。而且蒸发冷却方式无需庞大水处理设备， 不容易发生介质泄

55、漏事故。采用了蒸发冷却技术的优点具体表现在如下几方面：其一，采用 蒸发冷技术解决了大型水轮发电机空冷定子热变形的问题；其二，蒸发冷却利用液体汽化时 的潜热，由于汽化吸热比比热吸热强烈，在同样的热交换条件下它可以比水冷具有更小的热 交换面积。其三，利用液相和气液双相的比重差实现无泵自循环。蒸发冷却的气侧压力可以 设计为运行时接近01mpa正压，停机时成负压，减小泄漏的可能性，而水冷时压力较高， 泄漏可能性大；其四，蒸发冷却线棒，蒸发量会随着热量增大而相应加大，有自调节能力。 故电机绕组各部分之间温差较小(小于10)，所以不可能出现水冷空心导线局部高温形成 气堵断水故障；其五，蒸发冷却所采用的冷却

56、介质，均是经劳保部门测试为化学稳定性好、 无毒、无腐蚀性、不燃不爆的介质。其液态的绝缘性能与变压器油相当，即使稍有泄漏，也 不会引起绝缘的损坏而引发事故。蒸发介质还具有灭火灭弧的能力，可以抑制其他电气故障 的扩大，消除了水内冷因泄漏而引发大事故的根本性缺点。 蒸发冷却技术所采用的冷却介质属于氟里昂类产品，由于氟里昂中所含的cl元素对大气的臭 氧层有破坏作用，所以目前限制使用f11，f12，f13。为了提高冷却效果，并出于保护环境 的考虑，新型无毒，无污染的冷却介质正在开发研制之中，并已经通过了实际机组的使用 。 四、总结 纵观大型发电机冷却技术的发展历程，每一种冷却技术的应用都各有优缺点。但就比较而 言，蒸发冷却技术显示出了极大的优点和广阔的应用前景。1999年底青海李家峡电站400mw 蒸发冷却水轮发电机的投入运行更加显示出蒸发冷却技术应用于大容量机组的优势。当然， 蒸发冷却技术的研究本身还存在一些问题没有完全得到解决，特别是两相流问题的处理还缺 乏准确性。所以，对蒸发冷却技术进行深入研究是非常必要的，也是蒸发冷却技术进一 步向 前发展的基础，同时研究也将为开辟蒸发冷却技术的更