水轮发电机组安装检修试题库

水轮发电机组是由水轮机和受其驱动的发电机组组成，用来将水体机械能转换为电能的一套机器。常用的水轮机有冲击式、反击式、贯流式和可逆式。发电机则均采用同步发电机。由水轮机和发电机组合而成的发电动力装置。设置在水电站中，执行把水能转换成电能的功能。机组中水轮机作为原动机，它利用水的能量运转，驱动发电机发电。常用的水轮机有冲击式、反击式、贯流式和可逆式。发电机则均采用同步发电机。

由于水电站的自然条件和工况各异，水轮发电机组的容量和转速变化范围很大。可按其尺寸大小和结构特征划分其容量和转速（见表）。

特点水轮发电机与其他发电机相比有一些不同的特点：①它需有较大的飞轮力矩。因此，发电机的转子直径及整机的外形尺寸都比较大。②水电站一般离负荷中心较远，需通过长距高压输电线路向负荷供电。因此，要求水轮发电机有较高的动态稳定和静态稳定特性。③水轮发电机的转子直径大，选用的材料要求又不及汽轮机、燃汽轮机的高。所以，虽然其转速不及后两者，但仍需考虑万一达到飞逸转速时对材料强度的要求，以保证其可靠性。

基本数据水轮发电机组的基本数据包括额定容量、额定电压、额定功率因数、电抗与短路比、飞逸速度、飞轮力矩等。

额定容量通常以兆伏安或千伏安计。水电站选择机组容量和台数需考虑枢纽布置，电力系统运行的要求，机组在系统中调度的灵活性，设备制造、运输、安装、造价等多种因素。在保证电力系统运行安全、灵活的条件下，采用单机容量较大、台数较少的方案有利机组的高效率，并可简化水电站的枢纽布置，加快施工进度和总投资。但通常不少于两台。

额定电压它的选取要从额定容量、电磁负荷、电站的技术经济指标及电力系统输配电设备等方面综合考虑。一般来说，在合理范围内，电压取低值，电机的经济指标要好一些。

额定功率因数对它的选择既要考虑发电机的造价、对水电站设备和电力系统无功补偿装置的影响和投资，又要考虑由电站输送无功功率造成的功率损失,同时,还要计及它超过设计水头运行多发电的效益，特别是在建站初期，只有一、两台机组投运(其余机组未装完)以及可能发生弃水的情况下，更应考虑这种运行性的可能性与合理性。大型水电站多处深山狭谷,远离负荷中心,功率因数可适当提高。通常情况下,功率因数取值为0.8～0.9。

电抗包括直轴同步电抗、直轴瞬变电抗和超瞬变电抗。直轴同步电抗(Xd)指机组正常稳定运行时，发电机直轴呈现的电抗。其值为发电机额定相电压和额定相电流之比。减少同步电抗可提高电力系统输送功率的极限，但须增加电机尺寸和造价。超瞬变电抗(X)指发电机运行状态突变(如突然短路或自同步合闸时)的暂态过程的起始瞬间，对应电枢反应磁通磁路的磁阻最大、电抗最小。瞬变电抗(X)则是在暂态过程中，超瞬变电抗在过程的初始一段时间内迅速增大到某一值。这之后，电抗缓慢增大到同步电抗。X的变化对电力系统的静态稳定有重大影响，减小X可以提高静态稳定的储备系数,但X的变化对动态稳定影响有限。X是计算短路电流的重要数据，对选择水电站的电工设备有直接影响。

飞轮力矩当电力系统发生故障，水轮发电机突然和系统解列时，由于水轮机导水机构关闭需要一定时间，这一时间内，机组转速将升高。为控制转速上升值，要求水轮发电机具有一定的飞轮力矩(GD)。它是指发电机转动部分的重量和惯性直径D 的平方的乘积。它直接影响电力系统受到大干扰时所需极限切除时间，对电力系统的暂态过程和动稳定有很大影响。在一定极限切除时间内，GD越大可以提高输送功率。同时GD大,机组甩负荷后转速上升率较低，这可以减小引水钢管的直径，或增加钢管长度。但GD加大会增加发电机重量和造价。辅助设备水轮发电机组的辅助设备主要包括冷却装置、制动装置、调速装置等。

冷却装置水轮发电机的冷却主要采用空气冷却，以通风系统向发电机定、转子以及铁心表面进行冷却。但随着单机容量的增长,定、转子的热负荷不断提高,为了在一定转速下提高发电

机单位体积的输出功率，大容量水轮发电机采用了定、转子绕组直接水冷的方式；或者定子绕组用水冷，而转子用强风冷却。

制动装置额定容量超过一定值的水轮发电机均设有制动装置。其作用是在发电机停机过程中，当转速降低到额定转速的30～40％时，对转子实施连续制动，以避免推力轴承因低转速下油膜被破坏而烧损轴瓦。制动装置的另一作用是在安装、检修和起动前，用高压油顶起发电机的旋转部件。装置采用压缩空气制动。

调速装置包括调速器和油压装置。调速器的作用是调节水轮机转速，以保证输出电能的频率符合供电要求，并实现机组操作(开机、停机、变速、增、减负荷)、安全经济运行。为此,调速器的性能应满足快速操作,反应灵敏，迅速稳定，运行、维修方便等要求，它还需要可靠的手动操作及事故停机装置。

调速器分机械液压调速器和电液压调速器两种。前者的主要部件为机械液压元件。后者包括测速环节、小功率信号的综合、变换和放大及反馈环节，其信号电源为永磁发电机。当发电机组负荷改变时，调速器迅速调节水轮机导水机构,使水轮机的流量和流速发生变化,以使机组转速符合电能质量要求。

机型选择不同型的水轮机适用于不同的水头，因而对不同的电站，需选用恰当的水轮机与发电机组合。

冲击式水轮机它依水流冲击转轮的方向和部位可分为切击式、斜击式和双击式。前者是唯一用于大型机组的冲击式水轮机,水头超过300米时，应选用切击式水轮机。到80年代,最高水头的切击式机组的水头达1763.5米,转速为750转／分，单机功率为22.8兆瓦，安装于奥地利赖瑟克山水电站。后两者只适用小型机组，斜击式的适用水头为30～350米，功率为10～500千瓦，比转速为18～45。双击式的适用水头在60米以下，功率出力小于150千瓦,比转速为25～70。这两种机组适用于农村小水电。

反击式水轮机依加速方式可分为混流式、轴流式和斜流式三种。混流式是应用最广泛的一种型式，它结构简单，尺寸小，造价低，满负荷时效率高，比转速为50～300，使用水头为30～700米。到80年代，单机容量最大的混流式机组为700兆瓦，转轮直径9.23米,水头变化范围为67～108米,装于美国大古力水电站。轴流式又可分为转桨式、定桨式。转桨式水轮机的平均效率较混流式高，它的比转速高达200～850、机组尺寸小、重量轻,适用于低水头(3～80米)和负荷变化大的水电站。但在使用水头提高时，其过流能力易受到限制，且汽蚀系数大。到80年代；世界上尺寸最大的轴流式转桨水轮机的直径达11.3米,设计水头18.6米，功率为170兆瓦。定桨式过流能力比转桨式高,汽蚀性能也有所改善,但不能适应水头和负荷变化大的电站。它的比转速范围为250～700，使用水头为3～50米。世界上较大的机组为美国罗基里水电站机组，容量125兆瓦。设计水头为26.3米,转轮直径7.2米。斜流式水轮机的汽蚀系数小，效率高,叶片形状简单。其使用水头一般为40～200米,常做为可逆式水力机械。世界上最大的斜流式机组在苏联杰维水电站，单机容量215兆瓦，设计水头78.5米，转轮直径6米。

贯流式水轮机可分为全贯流式和半贯流式。前者水力损失小，过流能力大，效率高，结构紧凑。但转轮的外线速度大，叶片强度要求高，密封也复杂，比转速高（为600～1000）,使用水头一般小于20米，可应用于大型潮汐电站。后者又分为灯泡式和竖井式。灯泡式水轮机可与发电机直接连接，装设在同一个灯泡形壳体内，故名。灯泡式又分为直连式和行星齿轮式。直连式的使用水头范围6～15米，容量范围5000千瓦；行星齿轮式使用水头范围在6米以下,容量范围2500千瓦。直连式在水头较低时转速很低，发电机效率会降低。行星齿轮式可使转速增加3～10倍,齿轮传动效率可达0.98～0.99。这种水轮发电机组尺寸小、重量轻，可大大提高发电机转速。80年代世界最大灯泡式水轮发电机容量为65.8兆瓦。竖井式也有直连式和行星齿轮式，它们的使用水头较灯泡式稍高，容量范围相同。它们的水力损失