【文章內(nèi)容簡介】 式裝置三種。其中絕大數(shù)水輪發(fā)電機組采用的是立式（豎軸）裝置。以下所討論如無特制均指立式水輪發(fā)電機組。立式裝置的水輪發(fā)電機，按其推力軸承的裝設位置不同，分為懸式和傘式兩大類。懸式水輪發(fā)電機的推力軸承位于上部機架上，在轉子上方，通過推力頭將機組整個旋轉部分的重量懸掛起來，由此而得名。傘式水輪發(fā)電機的推力軸承，裝在轉子下方的下部機架上或者裝在位于水輪機頂蓋上推力支架上。根據(jù)水輪發(fā)電機冷卻方式的不同，可分為空冷式、水冷式、水空冷式以及蒸發(fā)冷卻等方式。國產(chǎn)大、中型水輪發(fā)電機中絕大多數(shù)均為封閉自循環(huán)空冷方式。（二） 水輪發(fā)電機的型號水輪發(fā)電機的型號，是其類型和特點的簡明標志。其表示法為：我國水輪發(fā)電機型號部分由漢語拼音組成，表示符號為：SF立式空冷水輪發(fā)電機；SFS立式水內(nèi)冷水輪發(fā)電機；SFW臥式水輪發(fā)電機；SFD水輪發(fā)電—電動機；SFG貫式水輪發(fā)電機。（三） 水輪發(fā)電機的基本參數(shù)水輪發(fā)電機的基本參數(shù)，通常有額定電流In、額定電壓Un、額定容量Sn或Pn、額定功率因數(shù)cosφn、額定轉速nn、飛逸轉速nf、轉動慣量J、效率η、電抗Xd以及短路比Kd等。以上基本參數(shù)的定義概念在此不再予以解釋，需要了解的讀者可以參閱相關的專業(yè)書籍。3. 水輪發(fā)電機的主要組成部件（一） 定子定子是水輪發(fā)電機的固定部件之一。它主要由機座、鐵芯、繞組以及引出線等其它部件組成。1) 定子機座。主要作用是固定定子以及承重。2) 定子鐵芯。定子鐵芯是水輪發(fā)電機磁路的主要通道。由于定子鐵芯中存在交變磁通，才在定子繞組上感應出交變電流。因此，把定子鐵芯稱為磁電交換元件，并在鐵芯齒槽中固定定子繞組。3) 定子繞組。定子繞組的作用是，當交變磁場切割繞組時，便在繞組中產(chǎn)生交變電動勢和交變電流，從而完成水能→機械能→電能的最終轉換。（二） 轉子轉子是水輪發(fā)電機的旋轉部件，位于定子里面，與定子之間保持一定的空氣間隙。轉子通過主軸與下面的水輪機連接。它的作用是產(chǎn)生磁場并通過與定子相互作用，將水輪機產(chǎn)生的機械能轉換為電能，由定子繞組輸出。它由主軸、轉子支架、磁軛和磁極等部分組成。磁極是顯露的（凸極結構）、首尾兩磁極與轉子引線相連接，轉子引線接至集電環(huán)，運行時由勵磁裝置向集電環(huán)供給直流電。1) 主軸。主軸的主要作用是起到連接發(fā)電機與水輪機，將水輪機的旋轉機械能傳遞給發(fā)電機轉子，另外主軸還承受由于推力負荷引起的拉應力，以及承受單邊磁拉力和轉動部分的機械不平衡力。2) 轉子支架。大、中型水輪發(fā)電機的轉子支架式連接主軸和磁軛的中間部件，并起到固定磁軛和傳遞轉矩的作用3) 磁軛。磁軛也叫輪環(huán)。它的作用是產(chǎn)生轉動慣量和固定磁極，同時也是磁路的一部分。4) 磁極。當直流勵磁電流通入磁極線圈后就產(chǎn)生發(fā)電機磁場，因此磁極是產(chǎn)生磁場的部件。（三） 機架機架是水輪發(fā)電機不可缺少的重要部件之一。按照機架所安放的位置不同，一般分為裝在發(fā)電機定子上部的上機架和裝在定子下部的下機架；按照機架的承載情況，可分為負荷機架和非負荷機架；按照機架的支臂結構型式可分為輻射型、井字型和橋型等。（四） 推力軸承水輪發(fā)電機組的推力軸承是一種承受整個水輪發(fā)電機組轉動部分的重量以及水輪發(fā)電機的軸向水推力的滑動軸承，按液體潤滑理論，在鏡板和推力瓦之間由于鏡板的旋轉運動，形成良好的潤滑條件，同時經(jīng)推力軸承將這些力傳遞給水輪發(fā)電機的荷重機架。它是水輪發(fā)電機組最重要的組成部件之一，其工作性能的好壞，將直接關系到機組的安全和穩(wěn)定運行。（五） 導軸承水輪發(fā)電機導軸承的作用是承受機組轉動部分的徑向機械不平衡力和電磁不平衡力，維持機組主軸在軸承間隙范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。發(fā)電機導軸承根據(jù)安裝位置是在轉子上方還是下方可分為上導軸承和下導軸承，有的發(fā)電機具有兩個導軸承，有的發(fā)電機僅具有上導軸承或下導軸承之一。（六） 通風冷卻系統(tǒng)水輪發(fā)電機的冷卻，直接關系到機組的經(jīng)濟技術指標、安全運行以及使用年限等問題。目前，國內(nèi)外大、中型水輪發(fā)電機多采用全空冷方式冷卻。采用全空冷方式冷卻，具有制作工藝簡單、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。（七） 制動器制動器一般位于轉子制動環(huán)的下方，中、小型機組一般直接安裝在下支架上，大型發(fā)電機制動器則有獨立的基礎，即在對應制動環(huán)的下部設若干支墩，每個支墩上放置1～2個制動器。制動器的作用有兩個，一是制動，二是頂轉子。機組在停機過程中，為了避免推力軸承因機組長期在低轉速下慣性轉動而導致油膜被破壞而是瓦面燒損，因此當機組停機過程中轉速下降到某個值時，投入制動器強制機組較快停下來，從而保護了推力軸承瓦面。4. 水輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)從前面介紹發(fā)電機發(fā)電基本原理時已知道，發(fā)電機是通過定子切割由轉子產(chǎn)生的恒穩(wěn)旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢的，而轉子之所以能產(chǎn)生恒穩(wěn)的電磁場，則是由于勵磁系統(tǒng)向其磁極繞組供給了直流的勵磁電流。由此可知，勵磁系統(tǒng)是指向發(fā)電機轉子供給勵磁電流的一系列相關設備的統(tǒng)稱。勵磁系統(tǒng)主要包括勵磁變壓器（或者勵磁機）、勵磁開關、整流橋、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁開關、啟勵裝置、強勵裝置和欠勵限制器等裝置。勵磁系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)供給轉子磁極繞組的勵磁電流的大小，可以達到實現(xiàn)對發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)的目的。當發(fā)電機處于過勵運行狀態(tài)時，發(fā)電機向電網(wǎng)輸出滯后無功功率（輸出電感性無功功率），當發(fā)電機處于欠勵運行狀態(tài)時，發(fā)電機向電網(wǎng)吸收滯后無功功率（輸出電容性無功功率）。需要說明的是調(diào)節(jié)勵磁電流只能調(diào)節(jié)無功功率，不能改變有功功率。只有調(diào)節(jié)原動機的轉矩，也就是調(diào)節(jié)水輪機的進水量，才能調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率。三. 主變壓器1. 變壓器基本知識變壓器是一種靜止的電器，借電磁感應，把一種交流電的電壓和電流，變?yōu)榱硪环N或幾種頻率相同但數(shù)值不同的電壓和電流。要將一定大功率的電能輸送到遠方用戶去，如果用較低的電壓，則電流將很大，而線路的功率損耗與電流的平方成正比，這將造成巨大的能量損失。另一方面，大電流在線路上引起很大的電壓損失，使得用戶無法應用合格的電壓，故必須采取升高電壓減小電流的措施。電能送到受端時，輸電線的高電壓必須經(jīng)降壓變壓器，將電壓降到用戶所需的數(shù)值，以供使用。變壓器型號表示方式如下：變壓器的主要參數(shù)包括有：額定容量Sn、額定電壓Un、額定電流In、阻抗電壓Ud、短路損耗△Pd、空載損耗△P0、空載電流I0、溫升、接線組別。以上基本參數(shù)的定義概念在此不再予以解釋，需要了解的讀者可以參閱相關的專業(yè)書籍。2. 變壓器的分類按繞組數(shù)目分可分為自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分類可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按冷卻方式分類可分為油浸自冷變壓器、油浸風冷卻變壓器、油浸強迫油循環(huán)變壓器、干式變壓器和充氣式變壓器。3. 變壓器的基本結構目前，主變壓器大多數(shù)為油浸式變壓器，它主要由鐵芯、繞組、油箱、絕緣套管出線裝置、冷卻裝置和保護裝置等部分組成。其基本結構組成部分如下：（一） 鐵芯鐵芯是變壓器最基本的組成部分之一，變壓器的一、二次繞組都繞在鐵芯上。鐵芯是磁力線的通道，使得通有交變電流的一、二次繞組能相互作電磁感應。為了減低鐵芯的發(fā)熱損耗，大型的變壓器的鐵芯基本都采用了薄硅鋼片疊裝而成。（二） 繞組電力變壓器的繞組是電流的通道，一般采用同心圓筒形繞組，高壓繞組在外層，低壓繞組在內(nèi)層，這主要是從對絕緣要求容易滿足和便于引出高壓分接開關來考慮的。（三） 變壓器的冷卻變壓器運行時，電流通過繞組以及鐵芯中的渦流和磁滯損耗都要產(chǎn)生熱量，這些熱量依靠變壓器油不間斷的循環(huán)二散發(fā)出來。大型變壓器一般采用強迫油循環(huán)冷卻來達到散熱目的。強迫油循環(huán)冷卻包括風冷、水冷兩種。（四） 安全保護裝置1) 油枕：容納因變壓器溫度升高二膨脹增加的變壓器油，同時限制油與空氣的接觸面，減少油受潮和氧化的程度（油枕上安裝吸濕器與空氣連通）。2) 吸濕器：吸濕器又稱為呼吸器，內(nèi)部充有吸附劑如硅膠式活性氧化鋁，吸附劑干燥時為藍色，當吸收水分后會逐漸變?yōu)榈t色，此時必須更換或對其進行干燥。3) 防爆管（安全通道）：防爆管安裝在電力變壓器的油箱蓋上，作為變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，防止油箱內(nèi)產(chǎn)生高壓力的釋放保護。（五） 變壓器的調(diào)壓裝置電力系統(tǒng)正常運行時，必須控制電壓波動范圍，保證電能質(zhì)量。電壓波動范圍一般規(guī)定不得超過額定電壓值的177。5%。為了保證這一要求，通常采用改變變壓器的繞組匝數(shù)的調(diào)壓方式。雙繞組變壓器只在高壓側裝設改變繞組有效匝數(shù)的分接開關。三繞組變壓器在高、中壓側分別裝設改變繞組有效匝數(shù)的分接開關。按照調(diào)壓方式，變壓器調(diào)壓可分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。四. 水電站的電氣主接線1. 電氣主接線概述在水電站中，由各種一次電氣設備及其連接線所組成的輸送和分配電能的電路，稱為水電站的電氣一次回路。電氣一次回路中各電氣設備根據(jù)它們的作用，按照連接順序，用規(guī)定的文字和符號繪成的圖形稱為電氣主接線圖，它能說明電能輸送和分配的關系。電氣主接線的設計是水電站電氣部分設計中的一個重要環(huán)節(jié)，它對系統(tǒng)運行、電氣設備的選擇和廠房、開關布置等都起到?jīng)Q定性的作用，并長期影響這運行安全和質(zhì)量。在電氣主接線圖中，要標出發(fā)電機、變壓器、斷路器、電壓互感器、電流互感器和避雷器等設備及載流導體的型號、規(guī)范、數(shù)量。繪圖時為了清晰和方便，一般將三相電路繪成單線圖，必要時局部用三線表示。設計電氣主接線的任務，主要是選擇主變壓器、斷路器以及互感器和避雷器、載流導體等的型號、規(guī)格和數(shù)量，并確定其連接方式。（一） 對電氣主接線的基本要求1) 根據(jù)系統(tǒng)與用戶的要求，保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量。特別是供電可靠性問題，始終是電氣主接線設計和運行好壞的重要指標。2) 具有一定的靈活性。3) 盡可能簡單明顯、運行方便，是設備切換所需的操作步驟最少，減少可能因誤操作而造成的損失，并易于實現(xiàn)自動化。4) 在滿足供電可靠性、靈活性及運行方便的基礎上，應盡量做到技術先進、經(jīng)濟合理。5) 在需要分期建設和分期投產(chǎn)時，主接線應能適應這個特點，采取過渡接線。（二） 電氣主接線形式在水電廠中，常用主接線形式可分為有母線和無母線兩大類。具有母線的主接線有：單母線、雙母線、分段的單、雙母線及附加旁路母線的單、雙母線等。無母線的主接線有：單元接線、橋形接線和多角形接線等。具有母線的主接線：一般具有四回以上進、出線就可設置母線。其優(yōu)點是進、出線回路數(shù)可以增加，缺點是擴大了配電裝置的結構，并增加了故障幾率。無母線的主接線：特點是接線簡單、清晰明顯，運行和操作方便，但進、出線回路數(shù)受到限制。2. 常用主接線的類型特點及其適用范圍在此僅對單母線接線、單母線分段接線、單元及擴大單元接線、多角形接線這幾種接線方式進行介紹，其余未介紹的主接線類型請讀者自行參閱相關專業(yè)書籍。（一） 單母線接線接線方式如圖41所示：優(yōu)點：簡單明顯，采用設備少