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、スラスト軸受、ガイド軸受、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）。固定子は主にベース、鉄心、巻線で構成されています。固定子鉄心は冷間圧延シリコン鋼板で作られており、製造条件や輸送条件に応じて一体型または分割型構造にすることができます。水車発電機の冷却方式は、一般的に密閉循環空冷式を採用しています。大容量ユニットでは、水を冷却媒体として固定子を直接冷却する傾向があります。固定子と回転子を同時に冷却する場合は、二重水内冷式水車発電機セットと呼ばれます。

水力発電機の単体容量を増大させ、大型化を進めるため、信頼性と耐久性を向上させるため、構造には多くの新技術が採用されています。例えば、固定子の熱膨張問題を解決するため、固定子浮上構造、斜め支持などを採用し、回転子にはディスク構造を採用しています。固定子コイルの緩みを解決するため、弾性ウェッジを用いてストリップを下敷きにすることで、線材の絶縁摩耗を防止しています。通風構造を改良することで風損と渦電流損失を低減し、ユニットの効率をさらに向上させています。

水車製造技術の発展に伴い、発電電動機の速度と容量も向上し、大容量・高速化が進んでいます。世界では、大容量・高速発電電動機を備えた貯水池式発電所として、英国のディノビック揚水発電所（33万kVA、500回転/分）などが建設されています。

二重水内部冷却発電電動機は、ステータコイル、ローターコイル、ステータコアをイオン水で直接内部冷却することで、発電電動機の製造限界を高めることができます。米国羅孔山揚水発電所の発電電動機（425,000kVA、300r/min）も二重水内部冷却を採用しています。

磁気スラスト軸受の適用。発電電動機の容量が増加すると回転速度が増加し、ユニットのスラスト荷重と始動トルクも増加します。磁気スラスト軸受を使用すると、重力と反対方向の磁気吸引力によってスラスト荷重が加算され、スラスト軸受荷重が軽減され、軸方向抵抗損失が減少し、軸受温度が低下し、ユニットの効率が向上します。また、始動抵抗モーメントも減少します。韓国の尚浪井揚水発電所の発電電動機（335,000kVA、300r/min）には、磁気スラスト軸受が採用されています。