水輪發(fā)電機(jī)（用于生產(chǎn)電能的動(dòng)力設(shè)備）

原理

水輪發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。它的轉(zhuǎn)子短粗，機(jī)組的起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短，運(yùn)行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機(jī)組和事故備用機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組的最大容量已達(dá)80萬(wàn)千瓦。

柴油發(fā)電機(jī)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。它起動(dòng)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(méi)有達(dá)到的地區(qū)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(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性脈動(dòng)，須防止共振和斷軸事故。

水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證這個(gè)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(duì)原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，即將發(fā)出的交流電的頻率信號(hào)采樣，并將其反饋到控制水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)合角度的控制系統(tǒng)中，去控制水輪機(jī)的輸出功率，通過(guò)反饋控制原理，就可以讓發(fā)電機(jī)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(guó)。美洲第一座水電站于1882年建在美國(guó)威斯康星州，采用直流發(fā)電機(jī)。1889年后，開(kāi)始使用三相交流發(fā)電機(jī)。此后，單機(jī)容量增長(zhǎng)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(jī)。中國(guó)在1949年以前自制的水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不超過(guò)200kW,1949年以后電機(jī)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(jī)，1972年已制造出30萬(wàn)kW雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)。目前位于世界前列的大容量水輪發(fā)電機(jī)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(jī)、伊泰普水電站 73.7萬(wàn)kVA定子水冷半傘式水輪發(fā)電機(jī)和古里水電站 70.0萬(wàn)kVA空冷傘式水輪發(fā)電機(jī)等。^[1]

結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)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(jī)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(yùn)輸條件可做成整體和分瓣結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機(jī)冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣冷卻。特大容量機(jī)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(zhuǎn)子則為雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)組。

安裝結(jié)構(gòu)形式

水輪發(fā)電機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)形式通常由水輪機(jī)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(jī)通常有沖擊式水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。臥式水輪機(jī)組通常采用兩個(gè)或三個(gè)軸承。兩個(gè)軸承的結(jié)構(gòu)其軸向長(zhǎng)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(fù)荷較大時(shí)，這需要采用三軸承結(jié)構(gòu)。國(guó)產(chǎn)臥室水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組大部分屬于中小型機(jī)組。而容量為12.5MW的大型臥式機(jī)組也有生產(chǎn)，國(guó)外生產(chǎn)的臥式水輪發(fā)電機(jī)組，容量在6

水輪發(fā)電機(jī)

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

3)貫流式結(jié)構(gòu)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組由貫流式水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。貫流式水輪機(jī)是一種帶有固定或可調(diào)轉(zhuǎn)輪葉片的軸流式水輪機(jī)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(jī)進(jìn)水管和出水管水流方向一致。貫流式水輪發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)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(shù)

①額定功率：用以表示水輪發(fā)電機(jī)的容量，以千瓦計(jì)。額定功率除以效率不應(yīng)大于水輪機(jī)的最大軸出力。②額定電壓：水輪發(fā)電機(jī)的額定電壓需經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較會(huì)同制造廠決定，當(dāng)前水輪發(fā)電機(jī)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(jī)的額定有功功率與額定視在功率之比，用cosφn表示，遠(yuǎn)離負(fù)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(jī)的造價(jià)可略降低。發(fā)展趨勢(shì)?主要為提高水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量向巨型機(jī)組發(fā)展。^[2]

分類(lèi)

水輪發(fā)電機(jī)按軸線位置可分為立式與臥式兩類(lèi)。大中型機(jī)組一般采用立式布置，臥式布置通常用于小型機(jī)組和貫流式機(jī)組。立式水輪發(fā)電機(jī)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(jī)按導(dǎo)軸承位于上下機(jī)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(jī)的穩(wěn)定性比傘式好，推力軸承小，損耗小，安裝維護(hù)方便，但鋼材耗量多。傘式機(jī)組總高度低，可降低水電站廠房高度。臥式水輪發(fā)電機(jī)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(jī)

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)的容量和轉(zhuǎn)速等級(jí)劃分，世界各國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國(guó)的情況，大致上可以按下表劃分其容量和轉(zhuǎn)速等級(jí)：

分類(lèi) 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(jī) <100 750-1500

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

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

大型水輪發(fā)電機(jī) >10000 <100 100-375 >375

特點(diǎn)

①蓄能電站在電網(wǎng)中主要起調(diào)峰填谷作用，機(jī)組起動(dòng)停止很頻繁。發(fā)電電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)必須充分考慮其反復(fù)出現(xiàn)的離心力，對(duì)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(dòng)機(jī)用常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇不能滿足散熱降溫的要求，對(duì)大容量高轉(zhuǎn)速的機(jī)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(shí)，油膜都不能破壞；④結(jié)構(gòu)與起動(dòng)方式有密切關(guān)系，用起動(dòng)電動(dòng)機(jī)則在同軸上裝有專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)，如需改變發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，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(shì)

主要為提高水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量向巨型機(jī)組發(fā)展，①隨著水泵水輪機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的已建蓄能電站有英國(guó)的迪諾威克抽水蓄能電站（33萬(wàn)kVA、500r/min）等。②采用雙水內(nèi)冷發(fā)電電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)的制造界限。美國(guó)拉孔山抽水蓄能電站的發(fā)電電動(dòng)機(jī)（42.5萬(wàn)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(dòng)機(jī)容量增大轉(zhuǎn)速增高，機(jī)組的推力負(fù)荷及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也在增加。用了磁推力軸承后，推力負(fù)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(jī)組效率，起動(dòng)阻力矩也減小。韓國(guó)的桑朗京抽水蓄能電站的發(fā)電電動(dòng)機(jī)（33.5萬(wàn)kVA、300r/min）即采用磁推力軸承。

《?中國(guó)水輪機(jī)及輔機(jī)行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告前瞻》是目前水輪發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域最專(zhuān)業(yè)和最全面系統(tǒng)的深度市場(chǎng)研究報(bào)告。報(bào)告首先介紹了水輪發(fā)電機(jī)組的背景知識(shí)，包括水輪發(fā)電機(jī)組的相關(guān)概念、分類(lèi)、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)概述，國(guó)際市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析，宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境分析及經(jīng)濟(jì)形勢(shì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組行業(yè)的影響，水輪發(fā)電機(jī)組行業(yè)國(guó)家政策及規(guī)劃分析，水輪發(fā)電機(jī)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(jì)了中國(guó)主要企業(yè)水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)能 產(chǎn)量 成本 價(jià)格 利潤(rùn) 產(chǎn)值 利潤(rùn)率等詳細(xì)數(shù)據(jù)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)了這些企業(yè)水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品 客戶(hù) 應(yīng)用 產(chǎn)能 市場(chǎng)地位 企業(yè)聯(lián)系方式等信息，然后對(duì)這些企業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)和總結(jié)分析，得到中國(guó)水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)能市場(chǎng)份額，產(chǎn)量市場(chǎng)份額，供應(yīng)量 需求量 供需關(guān)系，進(jìn)口量 出口量 消費(fèi)量等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)介紹中國(guó)水輪發(fā)電機(jī)組2009-2013年產(chǎn)能 產(chǎn)量 售價(jià) 成本 利潤(rùn) 產(chǎn)值 利潤(rùn)率等，之后分析了水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)上游原料 下游客戶(hù)機(jī)代替產(chǎn)品調(diào)查分析，并介紹水輪發(fā)電機(jī)組營(yíng)銷(xiāo)渠道，行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及策略建議，最后還采用案例的模式分析了水輪發(fā)電機(jī)組新項(xiàng)目SWOT分析和投資可行性分析。