水力タービン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）。固定子は主にベース、鉄心、巻線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の冷却方法は、一般的に閉鎖循環空冷方式を採用しています。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。固定子と回転子を同時に冷却する場合は、二重水冷式内部冷却水力タービン発電機セットとなります。

水力発電機の単体容量を増大させ、巨大ユニットへと発展させるため、またその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る。例えば、固定子の熱膨張を解決するために、固定子浮上構造や斜め支持などが用いられ、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、弾性くさびを用いてストリップの下に挟み込み、ワイヤロッドの絶縁体の摩耗を防いでいる。さらに、換気構造を改良して風損と端渦電流損を低減し、ユニットの効率をさらに向上させている。

水力タービン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・高速化が進んでいます。世界的に見ると、大容量・高速発電機モーターを搭載した貯水発電所としては、英国のディノヴィック揚水発電所（330,000 kVA、500 r/min）などが挙げられます。

二重水冷式発電機モーターでは、固定子コイル、回転子コイル、固定子コアがイオン化水で直接内部冷却されるため、発電機モーター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機モーター（425,000 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が増加すると、回転速度も増加し、ユニットのスラスト荷重と始動トルクも増加します。磁気スラストベアリングを使用すると、重力とは逆方向の磁気吸引力によってスラスト荷重が増加するため、スラストベアリング荷重が低減され、軸方向抵抗損失が低減され、ベアリング温度が低下し、ユニットの効率が向上し、始動抵抗モーメントも減少します。韓国の桑浪井揚水発電所の発電機モーター（335,000 kVA、300 r/min）には、磁気スラストベアリングが使用されています。