水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。

水轮发电机由水轮机驱动。它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。

柴油发电机由内燃机驱动。它起动迅速，操作方便，但发电成本高，主要用作应急备用电源，或在大电网没有达到的地区和流动电站使用。容量多在几千瓦至几千千瓦之间。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，须防止共振和断轴事故。

水轮发电机的转速将决定发出的交流电的频率，为保证这个频率的稳定，就必须稳定转子的转速。为了稳定转速，可采用闭环控制的方式对原动机（水轮机）转速进行控制，即将发出的交流电的频率信号采样，并将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中，去控制水轮机的输出功率，通过反馈控制原理，就可以让发电机的转速稳定了。

世界第一座水电站于1878年建于法国。美洲第一座水电站于1882年建在美国威斯康星州，采用直流发电机。1889年后,开始使用三相交流发电机。此后,单机容量增长很快，1890年仅1.5万kW,至1955年已能生产10.5万kW的发电机。中国在1949年以前自制的水轮发电机单机容量不超过200kW,1949年以后电机工业获得了蓬勃的发展，1958年已能生产7.25万kW单机，1972年已制造出30万kW双水内冷水轮发电机。位于世界前列的大容量水轮发电机为大古力水电站的 71.8万kVA定子水冷半伞式水轮发电机、伊泰普水电站73.7万kVA定子水冷半伞式水轮发电机和古里水电站70.0万kVA空冷伞式水轮发电机以及向家坝80.0万KW水轮发电机等。

水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为悬式和伞式两种。伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又分为普通伞式、半伞式和全伞式。悬式水轮发电机的稳定性比伞式好，推力轴承小，损耗小，安装维护方便，但钢材耗量多。伞式机组总高度低，可降低水电站厂房高度。卧式水轮发电机一般用于转速大于375r/min的情况，以及一些小容量电站。 水轮发电机

对于水轮发电机的容量和转速等级划分,世界各国尚无统一的标准。根据我国的情况,大致上可以按下表划分其容量和转速等级：

分类 额定功率Pn(kW) 额定转速Nn(r/min)

低速 中速 高速

微型水轮发电机 <100 750-1500

小型水轮发电机 100-500 <375 375-600 750-1500

中型水轮发电机 500-10000 <375 375-600 750-1500

大型水轮发电机 >10000 <100 100-375 >375

水轮发电机由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成（见图）。定子主要由机座、铁芯和绕组等部件组成。定子铁芯用冷轧硅钢片叠成，按制造和运输条件可做成整体和分瓣结构。水轮发电机冷却方式一般采用密闭循环空气冷却。特大容量机组倾向于以水作为冷却介质，直接冷却定子。如同时冷却定子和转子则为双水内冷水轮发电机组。

水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:

1)卧式结构

卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。卧式水轮机组通常采用两个或三个轴承。两个轴承的结构其轴向长度短，结构紧凑，安装调整方便。但当其轴系临界转速不能满足要求或轴承负荷较大时，这需要采用三轴承结构。国产卧室水轮机发电机组大部分属于中小型机组。而容量为12.5MW的大型卧式机组也有生产，国外生产的卧式水轮发电机组，容量在60--70MW的并不罕见，而用抽水蓄能电站的卧式水轮发电机组，单机容量可达300MW。

2)立式结构

国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

3)贯流式结构

贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。

①额定功率：用以表示水轮发电机的容量，以千瓦计。额定功率除以效率不应大于水轮机的最大轴出力。②额定电压：水轮发电机的额定电压需经技术经济比较会同制造厂决定，当前水轮发电机的电压从6.3kV到 18.0kV。容量越大则额定电压越高。③额定功率因数:发电机的额定有功功率与额定视在功率之比,用cosφn表示,远离负荷中心的水电站常采用较高的功率因数，功率因数增大则电机的造价可略降低。

①蓄能电站在电网中主要起调峰填谷作用，机组起动停止很频繁。发电电动机的结构必须充分考虑其反复出现的离心力，对结构材料造成疲劳和定子、转子绕组上的热变化和热膨胀，定子常采用热弹性绝缘；②可逆式发电电动机用常规水轮发电机转子上的风扇不能满足散热降温的要求,对大容量高转速的机组一般采用外设风扇;③推力轴承和导轴承在正反旋转时，油膜都不能破坏；④结构与起动方式有密切关系，用起动电动机则在同轴上装有专用电动机，如需改变发电电动机转速时，除改变电源相位外，还需将定子绕组改接和将转子换极。

主要为提高水轮发电机的单机容量向巨型机组发展，为了提高其可靠性和耐久性，在结构上采用不少新技术。例如为解决定子的热膨胀而用定子浮动结构、斜支承等，转子采用圆盘式结构。为解决定子线圈的松动，用弹性楔下垫条以防止线棒绝缘磨损。改进通风结构，减少风损和端部涡流损耗以进一步提高机组效率。①随着水泵水轮机制造技术的发展，发电电动机的转速和容量也在增大，向大容量高转速发展。世界上装有大容量、高转速发电电动机的已建蓄能电站有英国的迪诺威克抽水蓄能电站（33万kVA、500r/min）等。②采用双水内冷发电电动机,定子线圈、转子线圈及定子铁芯用离子水直接内冷方式可提高发电电动机的制造界限。美国拉孔山抽水蓄能电站的发电电动机（42.5万kVA、300r/min）,也采用双水内冷。③磁推力轴承的应用。随着发电电动机容量增大转速增高，机组的推力负荷及起动转矩也在增加。用了磁推力轴承后，推力负荷由于加上了与重力反方向的磁吸引力，从而减少了推力轴承的荷载,减小了轴面阻力损失,降低了轴承温度和提高了机组效率，起动阻力矩也减小。韩国的桑朗京抽水蓄能电站的发电电动机（33.5万kVA、300r/min）即采用磁推力轴承。

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