贯流式水轮发电设备从1892年开始研制的，至今有一百多年历史。20世纪80年代以来，灯泡贯流式水轮机组在我国应用日益普及，20m水头段以下已进入实用性阶段。我国拥有丰富的水能资源，发展水电的资源优势相当突出。

一、灯泡贯流式机组特点

1.灯泡贯流式机组优势

单位容量投资相对较低。灯泡贯流式的水轮发电机组为水平布置，开挖深度相对较浅，引水管路较短，大坝高度较小，总的土建工程量相对较小，因此，土建投资相对较低。另外，低水头电厂所在位置一般地势较平坦，离城市较近，设备运输线路平坦而且距离较短，现场施工和设备安装也更方便，降低了有关费用，还可缩短工期，从而实现提前发电的目的。

水资源相对丰富。一般一条河流上游在山区，水头高，适合开发建设高水头电厂，而下游一般在平原地区，水头低，一般适合修建低水头电厂。这使得下游低水头电厂径流量大，克服了其单位电量耗水大的劣势。

机组效率高。灯泡贯流机组轴线是水平安装的，没有混流机组一样的蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形尾水管组成从流道进口到尾水管出口，水流沿水平轴向几乎呈直线流动，水流平顺，水力损失小，效率高。另外，贯流式水轮机为双调节机组，机组的发电工况可由导叶调节水流量大小，再通过协联关系，由浆叶调节机组效率。因此，这种双调节机组能适应水头变化率大的电厂，而保证其高效率运行，甚至在极低水头时也能稳定运行（如超低水头1.5 m以下）。

运行成本相对较低。低水头电厂往往位于经济发达、人口稠密的平原或河谷地区，输电线路投资较少；可充分利用城市资源（如零件加工、物流等），减少不必要的投资；其紧急停机方式一般采用在导水机构上加装重锤，当调速器等设备故障时，利用重锤自动将导叶关闭，重锤方式设备简单，每年的维护工作很少；汽蚀比高水头电厂相对而言轻微，年维护费也较少。

社会效益更大。低水头电厂一般可实现发电、防洪、供水、航运等综合利用功能，其社会效益相对高水头电厂而言更大。另外，低水头电厂由于位于地势较平坦的地区，它的大坝可同时作为当地交通桥梁，这样就不必另外修建桥梁。

2.灯泡贯流式机组不足

单位电量耗水多。由于其运行水头低，根据水轮机功率公式P=9·8ηQH可知，要想发同样的功率P，水头H越少，机组流量Q就必须越大，即与高水头机组（H大）相比，同样的装机容量P，需要更大的流量Q。也就是说，发同样多的电量，低水头贯流机组比高水头混流机组需更多的水。

体积相对较大，导水机构易出故障。由于其水头低，与高水头立式混流机相比，单位容量的额定流量大得多，其体积自然也大得多。特别是导水机构部分，导叶、拐臂、连杆等体积和重量也随之增加。

油系统比较复杂。由于低水头灯泡贯流机组为双调节机组，油压操作系统包括导叶调节和浆叶调节两部分（高水头的混流机组只有导叶调节部分）。其中，浆叶调节部分的设备包括受油器、转动的中操作油管、结构复杂的转轮体，这些设备故障机率大，影响发电。

大坝较长，泄水闸部分投资较多。低水头电厂一般修在河面较宽的位置，因此大坝较长，泄水闸门较多，每扇闸门都需要配套的启闭机及控制操作柜，这一部分的投资与厂房及发电设备的投资比率接近0.8∶1.0（高水头电厂约为0.4︰1）。

流量太大时往往被迫停机。低水头电厂由于上下游水位差本来不大，当入库流量太大时，开闸泄水，上下游水位差就更少，此时只能停机（而高水头电厂在开闸泄水时只影响发电负荷，一般不需停机）。

垃圾较多，影响发电。低水头电厂由于河流已流过上游多座城市，垃圾自然多，对环境影响较大，且影响水轮发电机功率输出；另外，有时为了清污，被迫停机拉闸泄水排污。

安装及大修难度大。由于贯流机组的主轴为水平安装，定子、转子和导水机构等大件需翻身吊装才能就位，安装和检修难度大大增加。平时小修，如空冷风机、空冷器和受油器等维修也较困难。

库区投入多。修建低水头贯流机组电厂，为减少移民搬迁及交通设施等淹没赔偿，通常要在库区两岸修建一定长度的防洪大堤和抽水泵站，这些设施每年的运行维修费也较高。

二、我国灯泡贯流式机组的发展

我国研制大、中型灯泡贯流式水轮发电机组的起步较晚，但发展很快，从20个世纪80年代初到现在，可以分为五个发展阶段。

摸索、试制阶段。这个阶段的代表为1984年投产的我国自行研制的广东白垢电站的机组（转轮直径5.5m、单机容量10MW），它是我国自行研制大、中型灯泡贯流式机组的始祖。由于是试验机组，机组投产后，生产厂家及科研院所进行了各方面的测试，取得了很多非常宝贵的第一手资料。

进口设备阶段。20个世纪80年代初，在引进湖南马迹塘的灯泡贯流式机组以后，我国开始了较大规模的研制工作，取得了宝贵经验，这是我国在大、中型灯泡贯流式机组的设计制造发展史上的第一级台阶。

消化、吸收阶段。20世纪90年代初，通过消化吸收后，生产了转轮直径5.8m、单机容量18MW的广东英德白石窑机组，是我国在大、中型灯泡贯流式机组的设计制造发展史上的第二级台阶。

引进技术、合作生产制造阶段。20世90年代后期，单机容量从20MW、30MW到40MW的大型机组的需求不断出现。我国最大的水轮发电机组制造和研究单位哈尔滨电机厂、东方电机厂也加入了研究制造的行列，世界著名厂商如富士电机、阿尔斯通等跨国公司介入国内水轮发电机组制造业的激烈市场竞争和技术合作。通过引进、消化和吸收国外的先进技术，大量先进的独具特色的灯泡贯流机组设计、制造技术被引进。与国外公司合作生产了广西百龙滩电站机组（6×32MW、DI=6.4m、富士一富春江、1996年投产）和广西贵港电站机组（4×30MW、Dl=6.9m、ABB一东电、1999年投产），引进了湖南大源渡机组（4×30MW、Dl=7.5m、维奥、l998年投产）和广东飞来峡机组（4×35MW、Dl=7.0m、维奥、l999年投产）。

全面提升阶段。2000年以来，灯泡贯流式机组的生产制造进入了第五个发展阶段，可自行设计、制造大型灯泡贯流式机组，技术得到全面提升。2001年东方电机厂四川红岩子电站机组（3×30MW、Dl=6.4m、东电）投产、2003年四川桐子壕电站机组（3×36MW、Dl=6.8m、东电）、青海尼那电站（4×40MW=160MW、DI=6.0m、由天津阿尔斯通设计制造）和湖南洪江电站（5×45MW=225MW、Dl=5.46m、前两台由日立一ABB联合设计制造、后三台由哈电制造）投产，标志着我国已能生产单机容量30～45MW等级的机组，并已具备生产更大容量灯泡机组的能力。（未完待续）

（国家能源局能源节约和科技装备司）