水輪發電機:将水能轉化為電能的發電機-中文百科頻道

水輪發電機

水輪發電機由水輪機驅動。它的轉子短粗，機組的起動、并網所需時間較短，運行調度靈活，除一般發電外，特别宜于作為調峰機組和事故備用機組。水輪發電機組的最大容量已達80萬千瓦。

柴油發電機由内燃機驅動。它起動迅速，操作方便，但發電成本高，主要用作應急備用電源，或在大電網沒有達到的地區和流動電站使用。容量多在幾千瓦至幾千千瓦之間。柴油機軸上輸出的轉矩呈周期性脈動，須防止共振和斷軸事故。

水輪發電機的轉速将決定發出的交流電的頻率，為保證這個頻率的穩定，就必須穩定轉子的轉速。

為了穩定轉速，可采用閉環控制的方式對原動機（水輪機）轉速進行控制，即将發出的交流電的頻率信号采樣，并将其反饋到控制水輪機導葉開合角度的控制系統中，去控制水輪機的輸出功率，通過反饋控制原理，就可以讓發電機的轉速穩定了。

沿革

世界第一座水電站于1878年建于法國。"威斯康星州福克斯河上的阿普爾頓水電站，是世界上第一座水電站。于1882年9月30日開始運行。"1889年後,開始使用三相交流發電機。此後,單機容量增長很快，1890年僅1.5萬kW,至1955年已能生産10.5萬kW的發電機。中國在1949年以前自制的水輪發電機單機容量不超過200kW,1949年以後電機工業獲得了蓬勃的發展，1958年已能生産7.25萬kW單機，1972年已制造出30萬kW雙水内冷水輪發電機。目前位于世界前列的大容量水輪發電機為大古力水電站的71.8萬kVA定子水冷半傘式水輪發電機、伊泰普水電73.7萬kVA定子水冷半傘式水輪發電機和古裡水電站70.0萬kVA空冷傘式水輪發電機等。

分類

水輪發電機按軸線位置可分為立式與卧式兩類。大中型機組一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型機組和貫流式機組。立式水輪發電機按導軸承支持方式又分為懸式和傘式兩種。傘式水輪發電機按導軸承位于上下機架的不同位置又分為普通傘式、半傘式和全傘式。懸式水輪發電機的穩定性比傘式好，推力軸承小，損耗小，安裝維護方便，但鋼材耗量多。傘式機組總高度低，可降低水電站廠房高度。卧式水輪發電機一般用于轉速大于375r/min的情況，以及一些小容量電站。

結構

水輪發電機由轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等主要部件組成（見圖）。定子主要由機座、鐵芯和繞組等部件組成。定子鐵芯用冷軋矽鋼片疊成，按制造和運輸條件可做成整體和分瓣結構。水輪發電機冷卻方式一般采用密閉循環空氣冷卻。特大容量機組傾向于以水作為冷卻介質，直接冷卻定子。如同時冷卻定子和轉子則為雙水内冷水輪發電機組。

安裝結構形式

水輪發電機的安裝結構形式通常由水輪機的型式确定。主要有以下幾種型式:

1)卧式結構

卧式結構的水輪發電機通常有沖擊式水輪機驅動。卧式水輪機組通常采用兩個或三個軸承。兩個軸承的結構其軸向長度短，結構緊湊，安裝調整方便。但當其軸系臨界轉速不能滿足要求或軸承負荷較大時，這需要采用三軸承結構。國産卧室水輪機發電機組大部分屬于中小型機組。而容量為12.5MW的大型卧式機組也有生産，國外生産的卧式水輪發電機組，容量在60--70MW的并不罕見，而用抽水蓄能電站的卧式水輪發電機組，單機容量可達300MW。

2)立式結構

國産水輪發電機組廣泛采用立式結構。立式水輪發電機組通常由混流式或軸流式水輪機驅動。立式結構又可分為懸式和傘式。發電機推力軸承位于轉子上部的統稱為懸式,位于轉子下部的統稱為傘式。

3)貫流式結構

貫流式水輪發電機組由貫流式水輪機驅動。貫流式水輪機是一種帶有固定或可調轉輪葉片的軸流式水輪機的特殊型式。它的主要特征是轉輪軸線采取水平或傾斜布置,并與水輪機進水管和出水管水流方向一緻。貫流式水輪發電機具有結構緊湊,重量輕的優點,廣泛用于低水頭的電站中。

主要參數

①額定功率：用以表示水輪發電機的容量，以千瓦計。額定功率除以效率不應大于水輪機的最大軸出力。②額定電壓：水輪發電機的額定電壓需經技術經濟比較會同制造廠決定，當前水輪發電機的電壓從6.3kV到18.0kV。容量越大則額定電壓越高。③額定功率因數:發電機的額定有功功率與額定視在功率之比,用cosφn表示,遠離負荷中心的水電站常采用較高的功率因數，功率因數增大則電機的造價可略降低。