水輪發電機蒸發冷卻

將液態介質通入水輪發電機導體內部進行蒸發冷卻的方式。

基本介紹

• 中文名：水輪發電機蒸發冷卻
• 外文名：evaporation cooling of hydrgenerator
• 學科：電力科學

水輪發電機

簡介

水輪發電機由水輪機驅動。它的轉子短粗，機組的起動、併網所需時間較短，運行調度靈活，除一般發電外，特別宜於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。

柴油發電機由內燃機驅動。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。

水輪發電機的轉速將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，可採用閉環控制的方式對原動機（水輪機）轉速進行控制，即將發出的交流電的頻率信號採樣，並將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

世界第一座水電站於1878年建於法國。美洲第一座水電站於1882年建在美國威斯康星州，採用直流發電機。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年已能生產10.5萬kW的發電機。中國在1949年以前自製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年已能生產7.25萬kW單機，1972年已製造出30萬kW雙水內冷水輪發電機。位於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、伊泰普水電站73.7萬kVA定子水冷半傘式水輪發電機和古里水電站70.0萬kVA空冷傘式水輪發電機以及向家壩80.0萬KW水輪發電機等。

分類

水輪發電機按軸線位置可分為立式與臥式兩類。大中型機組一般採用立式布置，臥式布置通常用於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於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。臥式水輪發電機一般用於轉速大於375r/min的情況，以及一些小容量電站。

對於水輪發電機的容量和轉速等級劃分,世界各國尚無統一的標準。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	額定功率Pn（kW）	額定轉速Nn（r/min）
微型水輪發電機	<100	750-1500
小型水輪發電機	100-500	低速,<375;中速,375-600;高速,750-1500
中型水輪發電機	500-10000	低速,<375;中速,375-600;高速,750-1500
大型水輪發電機	>10000	低速,<100;中速100-375;高速,>375

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，按製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採用密閉循環空氣冷卻。特大容量機組傾向於以水作為冷卻介質，直接冷卻定子。如同時冷卻定子和轉子則為雙水內冷水輪發電機組。

定義

將液態介質通入水輪發電機導體內部進行蒸發冷卻的方式。

特點

蒸發冷卻的特點是：①由於冷卻介質蒸發時的導熱能力比空氣和水高几倍多，因此在相同條件下，採用蒸發冷卻可以減小機組尺寸，減輕機組重量。②蒸發量隨負荷大小變化，具有明顯的自調節能力，繞組溫度分布均勻，延長了絕緣壽命。③充分利用冷卻介質在液態及氣態條件下的重力差或離心力(前者適用定子，後者適用於轉子)作為循環動力，實現了自循環冷卻過程。④冷卻介質具有良好的絕緣性能和化學惰性，還具有不燃、不爆、穩定、無毒、無腐蝕、氣化溫度低等優點。

工作原理

液態冷卻介質從位於上機架附近的冷凝器引出，由定子繞組底部進入導體內部，吸熱後氣化產生氣泡，形成液、氣兩相混合的流體，其比重小於未氣化液體的比重，故在流動壓頭作用下沿導體向上流動，從定子繞組頂端引出至冷凝器，經二次冷卻水冷凝為液體循環使用。對於轉子，由於存在離心力的作用，使自循環冷卻效果更為顯著。

歷史進展

世界各國進行蒸發冷卻研究始於20世紀60年代初期，前蘇聯、日本、美國、英國不斷發表有關研究成果的文獻。中國開展蒸發冷卻研究始於1958年，1983年投運了兩台11.8 MV·A定子繞組蒸發冷卻水輪發電機，1991年投運了1台60MV·A定子繞組蒸發冷卻水輪發電機，單機容量為444 MV·A大容量定子繞組蒸發冷卻水輪發電機已於1999年在李家峽電站投人運行。