水力発電機の信頼性と耐久性を向上させる方法

水力発電機は、回転子、固定子、フレーム、スラストベアリング、ガイドベアリング、冷却器、ブレーキなどの主要部品で構成されています（図を参照）。固定子は主にフレーム、鉄心、巻線などの部品で構成されています。固定子の鉄心は冷間圧延ケイ素鋼板でできており、製造および輸送条件に応じて一体構造または分割構造にすることができます。水力タービン発電機は一般的に閉鎖循環空気で冷却されます。超大容量ユニットでは、冷却媒体として水を使用して固定子を直接冷却する傾向があります。固定子と回転子が同時に冷却される場合は、二重水冷式内部冷却水車発電機セットとなります。

水力発電機の単体容量を向上させ、巨大ユニットへと発展させるために、信頼性と耐久性を高めるべく、構造面で多くの新技術が採用されている。例えば、固定子の熱膨張問題を解決するために、固定子の浮遊構造と傾斜支持構造が用いられ、回転子にはディスク構造が採用されている。固定子コイルの緩みを解決するために、弾性くさびの下に緩衝帯が用いられ、線材の絶縁摩耗を防いでいる。さらに、換気構造を改良し、風損と端部渦電流損を低減することで、ユニット効率を向上させている。

ポンプ水車製造技術の発展に伴い、発電機モーターの回転速度と容量も向上し、大容量・高速化が進んでいる。世界で建設された大容量・高速発電モーターを搭載したエネルギー貯蔵発電所としては、英国のディノウィック揚水発電所（330,000 KVA、500回転/分）などが挙げられる。

二重水冷式発電機モーターを使用することで、発電機モーターの製造限界を向上させることができ、固定子コイル、回転子コイル、固定子コアをイオン水で直接内部冷却します。米国の羅空山揚水発電所の発電機モーター（425000 KVA、300 r/min）も二重水冷式を採用しています。

磁気スラストベアリングの応用。発電機モーターの容量と速度が増加すると、ユニットのスラスト荷重と始動トルクも増加します。磁気スラストベアリングを使用すると、重力に逆らう磁気引力によりスラスト荷重が軽減され、スラストベアリングの負荷が低減され、軸表面抵抗損失が低減され、ベアリング温度が低下し、ユニット効率が向上し、始動抵抗モーメントが低減されます。