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在转子绕组或定子绕组内部通水进行冷却的水轮发电机。水冷式水轮发电机的转子绕组或定子绕组均采用空心导线，并另单设一套水系统，直接冷却绕组（参见水轮发电机冷却方式）。 转子绕组水冷式结构有水箱式和轴承式。水箱式的进水管为细长管，有一定柔度，减少与密封圈的磨损。轴承式进水管装在转子顶端，冷却水从轴端流入中心管，再从内外管的间隙流出，有轴承径向定位，与密封圈磨损较小。定子绕组水冷方式是向定子空心线棒中通以冷却水冷却。 为了防止在绕组中通冷却水而带来泄漏电流、电腐蚀及结垢等影响，水质需符合标准，否则需要另设一套水处理设备。水质控制标准是：电导率小于5 μΩ/cm（水温20℃）；pH值为6.0～8.0；硬度小于10 μmol/L；无机械混合物和固体杂质。 随着技术的不断进步，已有很多水电站采用水内冷发电机。巴西、巴拉圭伊泰普水电站单机容量823.6mV·A的发电机为定子绕组水内冷式。美国大古力第三电站单机容量718mV·A发电机，采用定子水冷绕组。中国刘家峡水电站容量300mW水轮发电机曾采用定子和转子绕组双水内冷。三峡水电站左岸水轮发电机单机额定容量为777.8MV·A，额定电流22 453 A，最大容量时电流24 249 A，采用定子绕组水冷式系统。
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