水輪發(fā)電機（用于生產(chǎn)電能的動力設(shè)備）

原理

水輪發(fā)電機由水輪機驅(qū)動。它的轉(zhuǎn)子短粗，機組的起動、并網(wǎng)所需時間較短，運行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的最大容量已達80萬千瓦。

柴油發(fā)電機由內(nèi)燃機驅(qū)動。它起動迅速，操作方便，但發(fā)電成本高，主要用作應(yīng)急備用電源，或在大電網(wǎng)沒有達到的地區(qū)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(zhuǎn)矩呈周期性脈動，須防止共振和斷軸事故。

水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證這個頻率的穩(wěn)定，就必須穩(wěn)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，可采用閉環(huán)控制的方式對原動機（水輪機）轉(zhuǎn)速進行控制，即將發(fā)出的交流電的頻率信號采樣，并將其反饋到控制水輪機導(dǎo)葉開合角度的控制系統(tǒng)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(fā)電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定了。^[1]

沿革

世界第一座水電站于1878年建于法國。美洲第一座水電站于1882年建在美國威斯康星州，采用直流發(fā)電機。1889年后，開始使用三相交流發(fā)電機。此后，單機容量增長很快，1890年僅1.5萬kW,至1955年已能生產(chǎn)10.5萬kW的發(fā)電機。中國在1949年以前自制的水輪發(fā)電機單機容量不超過200kW,1949年以后電機工業(yè)獲得了蓬勃的發(fā)展，1958年已能生產(chǎn)7.25萬kW單機，1972年已制造出30萬kW雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機。目前位于世界前列的大容量水輪發(fā)電機為大古力水電站的 71.8萬kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機、伊泰普水電站 73.7萬kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機和古里水電站 70.0萬kVA空冷傘式水輪發(fā)電機等。^[1]

結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機由轉(zhuǎn)子、定子、機架、推力軸承、導(dǎo)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。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運輸條件可做成整體和分瓣結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣冷卻。特大容量機組傾向于以水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻定子。如同時冷卻定子和轉(zhuǎn)子則為雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機組。

安裝結(jié)構(gòu)形式

水輪發(fā)電機的安裝結(jié)構(gòu)形式通常由水輪機的型式確定。主要有以下幾種型式:

1)臥式結(jié)構(gòu)

臥式結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機通常有沖擊式水輪機驅(qū)動。臥式水輪機組通常采用兩個或三個軸承。兩個軸承的結(jié)構(gòu)其軸向長度短，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)整方便。但當(dāng)其軸系臨界轉(zhuǎn)速不能滿足要求或軸承負荷較大時，這需要采用三軸承結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)臥室水輪機發(fā)電機組大部分屬于中小型機組。而容量為12.5MW的大型臥式機組也有生產(chǎn)，國外生產(chǎn)的臥式水輪發(fā)電機組，容量在6

水輪發(fā)電機

2)立式結(jié)構(gòu)國產(chǎn)水輪發(fā)電機組廣泛采用立式結(jié)構(gòu)。立式水輪發(fā)電機組通常由混流式或軸流式水輪機驅(qū)動。立式結(jié)構(gòu)又可分為懸式和傘式。發(fā)電機推力軸承位于轉(zhuǎn)子上部的統(tǒng)稱為懸式，位于轉(zhuǎn)子下部的統(tǒng)稱為傘式。

3)貫流式結(jié)構(gòu)貫流式水輪發(fā)電機組由貫流式水輪機驅(qū)動。貫流式水輪機是一種帶有固定或可調(diào)轉(zhuǎn)輪葉片的軸流式水輪機的特殊型式。它的主要特征是轉(zhuǎn)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致。貫流式水輪發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕的優(yōu)點,廣泛用于低水頭的電站中。

主要參數(shù)

①額定功率：用以表示水輪發(fā)電機的容量，以千瓦計。額定功率除以效率不應(yīng)大于水輪機的最大軸出力。②額定電壓：水輪發(fā)電機的額定電壓需經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較會同制造廠決定，當(dāng)前水輪發(fā)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(shù)：發(fā)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(shù)，功率因數(shù)增大則電機的造價可略降低。發(fā)展趨勢?主要為提高水輪發(fā)電機的單機容量向巨型機組發(fā)展。^[2]

分類

水輪發(fā)電機按軸線位置可分為立式與臥式兩類。大中型機組一般采用立式布置，臥式布置通常用于小型機組和貫流式機組。立式水輪發(fā)電機按導(dǎo)軸承支持方式又分為懸式和傘式兩種。傘式水輪發(fā)電機按導(dǎo)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(fā)電機的穩(wěn)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。臥式水輪發(fā)電機一般用于轉(zhuǎn)速大于375r/min的情況，以及一些小容量電站。水輪發(fā)電機

對于水輪發(fā)電機的容量和轉(zhuǎn)速等級劃分，世界各國尚無統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國的情況，大致上可以按下表劃分其容量和轉(zhuǎn)速等級：

分類 額定功率Pn(kW)額定轉(zhuǎn)速Nn(r/min)

低速 中速 高速

微型水輪發(fā)電機 <100 750-1500

小型水輪發(fā)電機 100-500 <375 375-600 750-1500

中型水輪發(fā)電機 500-10000 <375 375-600 750-1500

大型水輪發(fā)電機 >10000 <100 100-375 >375

特點

①蓄能電站在電網(wǎng)中主要起調(diào)峰填谷作用，機組起動停止很頻繁。發(fā)電電動機的結(jié)構(gòu)必須充分考慮其反復(fù)出現(xiàn)的離心力，對結(jié)構(gòu)材料造成疲勞和定子、轉(zhuǎn)子繞組上的熱變化和熱膨脹，定子常采用熱彈性絕緣；②可逆式發(fā)電電動機用常規(guī)水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇不能滿足散熱降溫的要求，對大容量高轉(zhuǎn)速的機組一般采用外設(shè)風(fēng)扇;③推力軸承和導(dǎo)軸承在正反旋轉(zhuǎn)時，油膜都不能破壞；④結(jié)構(gòu)與起動方式有密切關(guān)系，用起動電動機則在同軸上裝有專用電動機，如需改變發(fā)電電動機轉(zhuǎn)速時，除改變電源相位外，還需將定子繞組改接和將轉(zhuǎn)子換極。

趨勢

主要為提高水輪發(fā)電機的單機容量向巨型機組發(fā)展，①隨著水泵水輪機制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電電動機的轉(zhuǎn)速和容量也在增大，向大容量高轉(zhuǎn)速發(fā)展。世界上裝有大容量、高轉(zhuǎn)速發(fā)電電動機的已建蓄能電站有英國的迪諾威克抽水蓄能電站（33萬kVA、500r/min）等。②采用雙水內(nèi)冷發(fā)電電動機，定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈及定子鐵芯用離子水直接內(nèi)冷方式可提高發(fā)電電動機的制造界限。美國拉孔山抽水蓄能電站的發(fā)電電動機（42.5萬kVA、300r/min）,也采用雙水內(nèi)冷。③磁推力軸承的應(yīng)用。隨著發(fā)電電動機容量增大轉(zhuǎn)速增高，機組的推力負荷及起動轉(zhuǎn)矩也在增加。用了磁推力軸承后，推力負荷由于加上了與重力反方向的磁吸引力，從而減少了推力軸承的荷載，減小了軸面阻力損失，降低了軸承溫度和提高了機組效率，起動阻力矩也減小。韓國的桑朗京抽水蓄能電站的發(fā)電電動機（33.5萬kVA、300r/min）即采用磁推力軸承。

《?中國水輪機及輔機行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報告前瞻》是目前水輪發(fā)電機組領(lǐng)域最專業(yè)和最全面系統(tǒng)的深度市場研究報告。報告首先介紹了水輪發(fā)電機組的背景知識，包括水輪發(fā)電機組的相關(guān)概念、分類、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)概述，國際市場動態(tài)分析，國內(nèi)市場動態(tài)分析，宏觀經(jīng)濟環(huán)境分析及經(jīng)濟形勢對水輪發(fā)電機組行業(yè)的影響，水輪發(fā)電機組行業(yè)國家政策及規(guī)劃分析，水輪發(fā)電機組產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)，生產(chǎn)工藝技術(shù)，產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)等；接著統(tǒng)計了中國主要企業(yè)水輪發(fā)電機組產(chǎn)能 產(chǎn)量 成本 價格 利潤 產(chǎn)值 利潤率等詳細數(shù)據(jù)，同時統(tǒng)計了這些企業(yè)水輪發(fā)電機組產(chǎn)品 客戶 應(yīng)用 產(chǎn)能 市場地位 企業(yè)聯(lián)系方式等信息，然后對這些企業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計和總結(jié)分析，得到中國水輪發(fā)電機組產(chǎn)能市場份額，產(chǎn)量市場份額，供應(yīng)量 需求量 供需關(guān)系，進口量 出口量 消費量等數(shù)據(jù)統(tǒng)計，同時介紹中國水輪發(fā)電機組2009-2013年產(chǎn)能 產(chǎn)量 售價 成本 利潤 產(chǎn)值 利潤率等，之后分析了水輪發(fā)電機組產(chǎn)業(yè)上游原料 下游客戶機代替產(chǎn)品調(diào)查分析，并介紹水輪發(fā)電機組營銷渠道，行業(yè)發(fā)展趨勢及策略建議，最后還采用案例的模式分析了水輪發(fā)電機組新項目SWOT分析和投資可行性分析。