水輪發(fā)電機（用于生產(chǎn)電能的動(dòng)力設備）

原理

水輪發(fā)電機由水輪機驅動(dòng)。它的轉子短粗，機組的起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短，運行調度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調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(wàn)千瓦。

柴油發(fā)電機由內燃機驅動(dòng)。它起動(dòng)迅速，操作方便，但發(fā)電成本高，主要用作應急備用電源，或在大電網(wǎng)沒(méi)有達到的地區和流動(dòng)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(dòng)，須防止共振和斷軸事故。

水輪發(fā)電機的轉速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證這個(gè)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(huán)控制的方式對原動(dòng)機（水輪機）轉速進(jìn)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葉開(kāi)合角度的控制系統中，去控制水輪機的輸出功率，通過(guò)反饋控制原理，就可以讓發(fā)電機的轉速穩定了。^[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(kāi)始使用三相交流發(fā)電機。此后，單機容量增長(cháng)很快，1890年僅1.5萬(wàn)kW,至1955年已能生產(chǎn)10.5萬(wàn)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(guò)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(wàn)kW單機，1972年已制造出30萬(wàn)kW雙水內冷水輪發(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(wàn)kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機、伊泰普水電站 73.7萬(wàn)kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機和古里水電站 70.0萬(wàn)kVA空冷傘式水輪發(fā)電機等。^[1]

結構

水輪發(fā)電機由轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動(dòng)器等主要部件組成（見(jiàn)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構。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(shí)冷卻定子和轉子則為雙水內冷水輪發(fā)電機組。

安裝結構形式

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

1)臥式結構

臥式結構的水輪發(fā)電機通常有沖擊式水輪機驅動(dòng)。臥式水輪機組通常采用兩個(gè)或三個(gè)軸承。兩個(gè)軸承的結構其軸向長(cháng)度短，結構緊湊，安裝調整方便。但當其軸系臨界轉速不能滿(mǎn)足要求或軸承負荷較大時(shí)，這需要采用三軸承結構。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)立式結構國產(chǎn)水輪發(fā)電機組廣泛采用立式結構。立式水輪發(fā)電機組通常由混流式或軸流式水輪機驅動(dòng)。立式結構又可分為懸式和傘式。發(fā)電機推力軸承位于轉子上部的統稱(chēng)為懸式，位于轉子下部的統稱(chēng)為傘式。

3)貫流式結構貫流式水輪發(fā)電機組由貫流式水輪機驅動(dòng)。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(xiàn)采取水平或傾斜布置，并與水輪機進(jìn)水管和出水管水流方向一致。貫流式水輪發(fā)電機具有結構緊湊，重量輕的優(yōu)點(diǎn),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(fā)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(fā)電機的額定電壓需經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較會(huì )同制造廠(chǎng)決定，當前水輪發(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：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，功率因數增大則電機的造價(jià)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(lèi)

水輪發(fā)電機按軸線(xiàn)位置可分為立式與臥式兩類(lèi)。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(chǎng)房高度。臥式水輪發(fā)電機一般用于轉速大于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)電機的容量和轉速等級劃分，世界各國尚無(wú)統一的標準。根據我國的情況，大致上可以按下表劃分其容量和轉速等級：

分類(lèi) 額定功率Pn(kW)額定轉速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(diǎn)

①蓄能電站在電網(wǎng)中主要起調峰填谷作用，機組起動(dòng)停止很頻繁。發(fā)電電動(dòng)機的結構必須充分考慮其反復出現的離心力，對結構材料造成疲勞和定子、轉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(dòng)機用常規水輪發(fā)電機轉子上的風(fēng)扇不能滿(mǎn)足散熱降溫的要求，對大容量高轉速的機組一般采用外設風(fēng)扇;③推力軸承和導軸承在正反旋轉時(shí)，油膜都不能破壞；④結構與起動(dòng)方式有密切關(guān)系，用起動(dòng)電動(dòng)機則在同軸上裝有專(zhuān)用電動(dòng)機，如需改變發(fā)電電動(dòng)機轉速時(shí)，除改變電源相位外，還需將定子繞組改接和將轉子換極。

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(zhù)水泵水輪機制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電電動(dòng)機的轉速和容量也在增大，向大容量高轉速發(fā)展。世界上裝有大容量、高轉速發(fā)電電動(dòng)機的已建蓄能電站有英國的迪諾威克抽水蓄能電站（33萬(wàn)kVA、500r/min）等。②采用雙水內冷發(fā)電電動(dòng)機，定子線(xiàn)圈、轉子線(xiàn)圈及定子鐵芯用離子水直接內冷方式可提高發(fā)電電動(dòng)機的制造界限。美國拉孔山抽水蓄能電站的發(fā)電電動(dòng)機（42.5萬(wàn)kVA、300r/min）,也采用雙水內冷。③磁推力軸承的應用。隨著(zhù)發(fā)電電動(dòng)機容量增大轉速增高，機組的推力負荷及起動(dòng)轉矩也在增加。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(dòng)阻力矩也減小。韓國的桑朗京抽水蓄能電站的發(fā)電電動(dòng)機（33.5萬(wàn)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(xiāo)需求與投資預測分析報告前瞻》是目前水輪發(fā)電機組領(lǐng)域最專(zhuān)業(yè)和最全面系統的深度市場(chǎng)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(lèi)、應用、產(chǎn)業(yè)鏈結構、產(chǎn)業(yè)概述，國際市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析，國內市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析，宏觀(guān)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)國家政策及規劃分析，水輪發(fā)電機組產(chǎn)品技術(shù)參數，生產(chǎn)工藝技術(shù)，產(chǎn)品成本結構等；接著(zhù)統計了中國主要企業(yè)水輪發(fā)電機組產(chǎn)能 產(chǎn)量 成本 價(jià)格 利潤 產(chǎn)值 利潤率等詳細數據，同時(shí)統計了這些企業(yè)水輪發(fā)電機組產(chǎn)品 客戶(hù) 應用 產(chǎn)能 市場(chǎng)地位 企業(yè)聯(lián)系方式等信息，然后對這些企業(yè)相關(guān)數據進(jìn)行匯總統計和總結分析，得到中國水輪發(fā)電機組產(chǎn)能市場(chǎng)份額，產(chǎn)量市場(chǎng)份額，供應量 需求量 供需關(guān)系，進(jìn)口量 出口量 消費量等數據統計，同時(shí)介紹中國水輪發(fā)電機組2009-2013年產(chǎn)能 產(chǎn)量 售價(jià) 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(hù)機代替產(chǎn)品調查分析，并介紹水輪發(fā)電機組營(yíng)銷(xiāo)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。