Гидрогенератор

Гидрогенера́тор (от гидро... и генератор), генератор электрической энергии, приводимый во вращение гидротурбиной. Обычно гидрогенератор является явнополюсной синхронной машиной, ротор которой соединён с валом рабочего колеса гидротурбины. Гидрогенераторы подразделяются по мощности на маломощные – до 50 МВт, средней мощности – от 50 до 150 МВт и мощные – свыше 150 МВт; по частоте вращения – на тихоходные (до 100 об/мин) и быстроходные (свыше 100 об/мин). Различают гидрогенераторы с вертикальной и горизонтальной осью вращения ротора (соответственно вертикальные и горизонтальные гидрогенераторы). Мощные тихоходные гидрогенераторы обычно изготовляют с вертикальной осью вращения (за исключением горизонтальных гидрогенераторов, размещаемых в металлическом кожухе-капсуле, т. н. капсульные гидроагрегаты); применяются на низконапорных ГЭС. Быстроходные гидроагрегаты с ковшовой гидротурбиной – с горизонтальной осью вращения – используются на ГЭС с большим гидравлическим давлением в горных районах. Основные характеристики гидрогенератора: генерируемое напряжение до 18 кВ; коэффициент мощности от 0,8 до 0,95; кпд быстроходных гидрогенераторов 97,5–98,8 %, тихоходных – 96,3–97,6 %. В РФ из-за топологических и геологических особенностей рек большинство гидрогенераторов имеют вертикальную ось вращения.

При конструировании и монтаже гидрогенераторов особое внимание уделяют креплению вращающихся частей гидроагрегата и охлаждению обмоток ротора и статора. Массу ротора гидрогенератора и рабочего колеса турбины, а также давление на рабочее колесо воспринимает опорный подшипник (подпятник), размещаемый над ротором в верхней крестовине (такое исполнение называется подвесным) либо под ротором генератора в нижней крестовине или на специальной опоре на крышке турбины (зонтичное исполнение). Для обеспечения фиксированного вертикального положения оси используется один или два направляющих подшипника. Мощные тихоходные гидрогенераторы обычно велики по размерам; для уменьшения их габаритов и массы целесообразно зонтичное исполнение. Пример гидрогенератора зонтичного типа – генератор Красноярской ГЭС (частота вращения 93,8 об/мин, диаметр ротора 16 м, масса 1640 т). Для быстроходных гидрогенераторов меньших габаритов предпочтительна конструкция подвесного типа, которая по сравнению с зонтичной обладает большей устойчивостью к механическим колебаниям ротора, имеет меньший диаметр опорного подшипника; проще в монтаже. Примером может служить гидрогенератор, установленный на Братской ГЭС, с частотой вращения 125 об/мин, диаметром ротора 10 м и массой 1450 т.

Для охлаждения крупных генераторов (до 300 МВт) обычно применяется замкнутая система вентиляции: косвенная, или поверхностная, когда воздух обдувает обмотку с поверхности, и форсированная, когда воздух подаётся внутрь проводника с током или между проводниками. Более эффективно охлаждение обмоток статора дистиллированной водой при форсированном воздушном охлаждении обмотки ротора. Применение форсированного охлаждения снижает расход изоляции, меди для обмоток и стали для магнитопроводов.

Возбуждение гидрогенератора обычно осуществляется от вспомогательного генератора постоянного тока (т. н. возбудителя), установленного на валу гидрогенератора; для крупных гидрогенераторов дополнительно предусмотрен подвозбудитель для питания током вспомогательного генератора. В некоторых случаях для этой цели используется вспомогательный синхронный генератор с выпрямителями или тиристорная система возбуждения.

Первые отечественные гидрогенераторы мощностью 7,25 МВт созданы в 1925 г. на заводе «Электросила» (г. Ленинград) для Волховской ГЭС. В начале 1930-х гг. на Днепровской ГЭС установлены гидрогенераторы мощностью 65 МВт, а в 1939–1940 гг. изготовлены крупнейшие для того времени гидрогенераторы для Угличской и Рыбинской ГЭС. Позднее были созданы уникальные гидрогенераторы для Братской (1960) и Красноярской (1964) ГЭС мощностью 225 и 508 МВт и капсульные гидрогенераторы (20 МВт) с водяным охлаждением для Череповецкой ГЭС; установлены обратимые гидроагрегаты на Киевской гидроаккумулирующей электростанции. В 1966 г. на заводе «Уралэлектротяжмаш» изготовлен опытный высоковольтный (110 кВ) гидрогенератор мощностью 20 МВт. Для установки на Саяно-Шушенской ГЭС в 1980-х гг. на заводе «Электросила» созданы самые мощные гидрогенераторы на 715 МВт.