貫流式水輪發(fā)電設(shè)備從1892年開始研制的，至今有一百多年歷史。20世紀(jì)80年代以來，燈泡貫流式水輪機(jī)組在我國(guó)應(yīng)用日益普及，20m水頭段以下已進(jìn)入實(shí)用性階段。我國(guó)擁有豐富的水能資源，發(fā)展水電的資源優(yōu)勢(shì)相當(dāng)突出。

一、燈泡貫流式機(jī)組特點(diǎn)

1.燈泡貫流式機(jī)組優(yōu)勢(shì)

單位容量投資相對(duì)較低。燈泡貫流式的水輪發(fā)電機(jī)組為水平布置，開挖深度相對(duì)較淺，引水管路較短，大壩高度較小，總的土建工程量相對(duì)較小，因此，土建投資相對(duì)較低。另外，低水頭電廠所在位置一般地勢(shì)較平坦，離城市較近，設(shè)備運(yùn)輸線路平坦而且距離較短，現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)備安裝也更方便，降低了有關(guān)費(fèi)用，還可縮短工期，從而實(shí)現(xiàn)提前發(fā)電的目的。

水資源相對(duì)豐富。一般一條河流上游在山區(qū)，水頭高，適合開發(fā)建設(shè)高水頭電廠，而下游一般在平原地區(qū)，水頭低，一般適合修建低水頭電廠。這使得下游低水頭電廠徑流量大，克服了其單位電量耗水大的劣勢(shì)。

機(jī)組效率高。燈泡貫流機(jī)組軸線是水平安裝的，沒有混流機(jī)組一樣的蝸殼，流道由圓錐形導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和直錐擴(kuò)散形尾水管組成從流道進(jìn)口到尾水管出口，水流沿水平軸向幾乎呈直線流動(dòng)，水流平順，水力損失小，效率高。另外，貫流式水輪機(jī)為雙調(diào)節(jié)機(jī)組，機(jī)組的發(fā)電工況可由導(dǎo)葉調(diào)節(jié)水流量大小，再通過協(xié)聯(lián)關(guān)系，由漿葉調(diào)節(jié)機(jī)組效率。因此，這種雙調(diào)節(jié)機(jī)組能適應(yīng)水頭變化率大的電廠，而保證其高效率運(yùn)行，甚至在極低水頭時(shí)也能穩(wěn)定運(yùn)行（如超低水頭1.5 m以下）。

運(yùn)行成本相對(duì)較低。低水頭電廠往往位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的平原或河谷地區(qū)，輸電線路投資較少；可充分利用城市資源（如零件加工、物流等），減少不必要的投資；其緊急停機(jī)方式一般采用在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上加裝重錘，當(dāng)調(diào)速器等設(shè)備故障時(shí)，利用重錘自動(dòng)將導(dǎo)葉關(guān)閉，重錘方式設(shè)備簡(jiǎn)單，每年的維護(hù)工作很少；汽蝕比高水頭電廠相對(duì)而言輕微，年維護(hù)費(fèi)也較少。

社會(huì)效益更大。低水頭電廠一般可實(shí)現(xiàn)發(fā)電、防洪、供水、航運(yùn)等綜合利用功能，其社會(huì)效益相對(duì)高水頭電廠而言更大。另外，低水頭電廠由于位于地勢(shì)較平坦的地區(qū)，它的大壩可同時(shí)作為當(dāng)?shù)亟煌蛄海@樣就不必另外修建橋梁。

2.燈泡貫流式機(jī)組不足

單位電量耗水多。由于其運(yùn)行水頭低，根據(jù)水輪機(jī)功率公式P=9·8ηQH可知，要想發(fā)同樣的功率P，水頭H越少，機(jī)組流量Q就必須越大，即與高水頭機(jī)組（H大）相比，同樣的裝機(jī)容量P，需要更大的流量Q。也就是說，發(fā)同樣多的電量，低水頭貫流機(jī)組比高水頭混流機(jī)組需更多的水。

體積相對(duì)較大，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)易出故障。由于其水頭低，與高水頭立式混流機(jī)相比，單位容量的額定流量大得多，其體積自然也大得多。特別是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部分，導(dǎo)葉、拐臂、連桿等體積和重量也隨之增加。

油系統(tǒng)比較復(fù)雜。由于低水頭燈泡貫流機(jī)組為雙調(diào)節(jié)機(jī)組，油壓操作系統(tǒng)包括導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和漿葉調(diào)節(jié)兩部分（高水頭的混流機(jī)組只有導(dǎo)葉調(diào)節(jié)部分）。其中，漿葉調(diào)節(jié)部分的設(shè)備包括受油器、轉(zhuǎn)動(dòng)的中操作油管、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)輪體，這些設(shè)備故障機(jī)率大，影響發(fā)電。

大壩較長(zhǎng)，泄水閘部分投資較多。低水頭電廠一般修在河面較寬的位置，因此大壩較長(zhǎng)，泄水閘門較多，每扇閘門都需要配套的啟閉機(jī)及控制操作柜，這一部分的投資與廠房及發(fā)電設(shè)備的投資比率接近0.8∶1.0（高水頭電廠約為0.4︰1）。

流量太大時(shí)往往被迫停機(jī)。低水頭電廠由于上下游水位差本來不大，當(dāng)入庫流量太大時(shí)，開閘泄水，上下游水位差就更少，此時(shí)只能停機(jī)（而高水頭電廠在開閘泄水時(shí)只影響發(fā)電負(fù)荷，一般不需停機(jī)）。

垃圾較多，影響發(fā)電。低水頭電廠由于河流已流過上游多座城市，垃圾自然多，對(duì)環(huán)境影響較大，且影響水輪發(fā)電機(jī)功率輸出；另外，有時(shí)為了清污，被迫停機(jī)拉閘泄水排污。

安裝及大修難度大。由于貫流機(jī)組的主軸為水平安裝，定子、轉(zhuǎn)子和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等大件需翻身吊裝才能就位，安裝和檢修難度大大增加。平時(shí)小修，如空冷風(fēng)機(jī)、空冷器和受油器等維修也較困難。

庫區(qū)投入多。修建低水頭貫流機(jī)組電廠，為減少移民搬遷及交通設(shè)施等淹沒賠償，通常要在庫區(qū)兩岸修建一定長(zhǎng)度的防洪大堤和抽水泵站，這些設(shè)施每年的運(yùn)行維修費(fèi)也較高。

二、我國(guó)燈泡貫流式機(jī)組的發(fā)展

我國(guó)研制大、中型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的起步較晚，但發(fā)展很快，從20個(gè)世紀(jì)80年代初到現(xiàn)在，可以分為五個(gè)發(fā)展階段。

摸索、試制階段。這個(gè)階段的代表為1984年投產(chǎn)的我國(guó)自行研制的廣東白垢電站的機(jī)組（轉(zhuǎn)輪直徑5.5m、單機(jī)容量10MW），它是我國(guó)自行研制大、中型燈泡貫流式機(jī)組的始祖。由于是試驗(yàn)機(jī)組，機(jī)組投產(chǎn)后，生產(chǎn)廠家及科研院所進(jìn)行了各方面的測(cè)試，取得了很多非常寶貴的第一手資料。

進(jìn)口設(shè)備階段。20個(gè)世紀(jì)80年代初，在引進(jìn)湖南馬跡塘的燈泡貫流式機(jī)組以后，我國(guó)開始了較大規(guī)模的研制工作，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，這是我國(guó)在大、中型燈泡貫流式機(jī)組的設(shè)計(jì)制造發(fā)展史上的第一級(jí)臺(tái)階。

消化、吸收階段。20世紀(jì)90年代初，通過消化吸收后，生產(chǎn)了轉(zhuǎn)輪直徑5.8m、單機(jī)容量18MW的廣東英德白石窯機(jī)組，是我國(guó)在大、中型燈泡貫流式機(jī)組的設(shè)計(jì)制造發(fā)展史上的第二級(jí)臺(tái)階。

引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)制造階段。20世90年代后期，單機(jī)容量從20MW、30MW到40MW的大型機(jī)組的需求不斷出現(xiàn)。我國(guó)最大的水輪發(fā)電機(jī)組制造和研究單位哈爾濱電機(jī)廠、東方電機(jī)廠也加入了研究制造的行列，世界著名廠商如富士電機(jī)、阿爾斯通等跨國(guó)公司介入國(guó)內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組制造業(yè)的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)合作。通過引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，大量先進(jìn)的獨(dú)具特色的燈泡貫流機(jī)組設(shè)計(jì)、制造技術(shù)被引進(jìn)。與國(guó)外公司合作生產(chǎn)了廣西百龍灘電站機(jī)組（6×32MW、DI=6.4m、富士一富春江、1996年投產(chǎn)）和廣西貴港電站機(jī)組（4×30MW、Dl=6.9m、ABB一東電、1999年投產(chǎn)），引進(jìn)了湖南大源渡機(jī)組（4×30MW、Dl=7.5m、維奧、l998年投產(chǎn)）和廣東飛來峽機(jī)組（4×35MW、Dl=7.0m、維奧、l999年投產(chǎn)）。

全面提升階段。2000年以來，燈泡貫流式機(jī)組的生產(chǎn)制造進(jìn)入了第五個(gè)發(fā)展階段，可自行設(shè)計(jì)、制造大型燈泡貫流式機(jī)組，技術(shù)得到全面提升。2001年東方電機(jī)廠四川紅巖子電站機(jī)組（3×30MW、Dl=6.4m、東電）投產(chǎn)、2003年四川桐子壕電站機(jī)組（3×36MW、Dl=6.8m、東電）、青海尼那電站（4×40MW=160MW、DI=6.0m、由天津阿爾斯通設(shè)計(jì)制造）和湖南洪江電站（5×45MW=225MW、Dl=5.46m、前兩臺(tái)由日立一ABB聯(lián)合設(shè)計(jì)制造、后三臺(tái)由哈電制造）投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)已能生產(chǎn)單機(jī)容量30～45MW等級(jí)的機(jī)組，并已具備生產(chǎn)更大容量燈泡機(jī)組的能力。（未完待續(xù)）

（國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司）