水电站设计保证率.doc

水电站设计保证率
design probability of hydroelectric power station
水电站正常发电的保证程度。常用正常发电的总时段与计算总时段相比的百分率表示。时段长短可根据不同情况选用年、 月、 旬、日等。水电站设计保证率的确定，与水电站所在电力系统的负荷特性、系统中水电容量比重的大小、水电站的规模及其在电力系统中的作用，以及在水电站降低出力时，保证系统用电可能采取的补救措施等诸多因素有关。通常水电站设计保证率的选择范围为75％～98％。设计水电站时，合理选择设计保证率十分重要。从理论上说，可以通过动能经济计算的途径来选定。但实际上，由于水电站设计保证率涉及许多方面，初步设计时很难掌握足够的符合实际的电力用户经济特性及其他资料，进行技术经济论证，因此一般是参照有关设计规程规范的规定,经过分析后选定。通常对大型水电站和水电装机容量在系统中所占比重较大者，应取较高的设计保证率。对中小型水电站和水电装机容量在系统中占比重较小者，可以选择较低的设计保证率。

水电站装机容量 - 正文
　　水电站全部水轮发电机组额定容量（即发电机铭牌出力）之和，度量单位为千瓦(kW)。它是表示水电站建设规模和电力生产能力的主要指标之一。
　　组成　水电站装机容量大致可分成必需容量和重复容量两大部分。必需容量（也称有效容量）又可分为工作容量和备用容量（包括事故备用、负载备用和检修备用等）。水电站根据在系统中所起作用的不同，具有上述全部容量或仅具有部分容量。
　　工作容量 　直接承担电力负荷的发电容量称工作容量。在电力系统中担负尖峰负荷的水电站，其工作容量可比保证出力大若干倍。
　　备用容量 　为确保电力系统正常安全运行，考虑不可预测的瞬时增加负荷、事故停机和计划检修等因素而装置在水电站上的容量。按用途不同分为三类。①负荷备用容量：为担负一天内电力系统瞬时的负荷波动和计划外负荷增长所需要的发电容量，它可起保持电力系统周波正常的功能，通常称为调频容量。②事故备用容量：电力系统中部分机组因事故而被迫停机或输电系统发生故障时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。水电站机组起动和停机灵活方便，最适宜于担任电力系统的事故备用容量。③检修备用容量：电力系统中部分机组进行检修时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。只有在负荷降低时间内不能将全部机组检修完毕时，才需设置检修备用容量。
　　重复容量 　在调节性能较差的水电站，为了节省电力系统中火电站的燃料消耗，多发季节性电能而增设的装机容量。
　　选择的原则和方法　正确合理地选择水电站装机容量，必须按下述步骤进行。①根据水文资料，进行水能计算，确定水电站的各项水能参数（保证出力、年发电量等）；②确定水电站的合理供电范围、设计负荷水平 和所在电力系统的负荷特性与参数；③了解电力系统内各种电站的组成、特性和发展计划，明确设计水电站在系统中的地位和作用；④通过电力电量平衡和动能经济计算，分别确定水电站可担负的工作容量和备用容量数额,以及是否设置重复容量;⑤结合水电站枢纽布置、机组制造和供应条件，确定水电站装机容量和机组台数的若干可行方案，进行技术经济比较，优选最合理的方案。
　　　　20世纪60年代以来，随着电力系统的扩大，随着各种类型水、火电站的投入和河流梯级开发的实现，水电站装机容量选择所涉及的因素越趋复杂，如何正确选定已不是孤立和单一的问题。中国已开始应用系统工程理论和以计算机为手段，优化选择水电站的装机容量。
　　70年代以来，国外对一些早期建成的水电站进行了扩建，并开展了相应的设计研究工作。如美国大古力水电站,初建于20世纪30年代,1941年第一台机组发电。原定装机容量为197.4万kW,以后由于美国西部大电网的形成和哥伦比亚河上游梯级水库的建成，对该电站进行了几次扩建，增建了第三厂房和抽水蓄能发电厂，已扩大装机容量至648万kW。1980年以来,中国也开始对一些早期建设的水电站进行扩建设计和研究。在设计大中型水电站时，若预计其径流情况和供电系统情况在将来有较大变化时，应在枢纽布置中考虑预留扩建余地，为扩大装机容量创造条件。

动压轴承形成动压油膜的必要条件
1. 相对运动的两表面必须形成一个收敛楔形
2. 被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油从大口进，小口流出
3. 润滑油必须有一定的粘度，供油要充分
V、η越大，油膜承载 能力越高

日本开发采用世界首台立式大型灯泡式水轮发电机组

发布时间:2002-03-22

　　最近，日本东北电力公司与富士电机公司合作共同开发采用垂直式结构布置型式的大容量灯泡式水轮发电机组，最大功率13.5MW，有效水头15.54m，最大流量100m3/s，装在阿贺野川水系原有的上野尻水电站上游的新建第二上野尻水电站，现已完成安装，正在调试运行。
　　1 为什么采用立式？
　　灯泡式属贯流式水轮机中之一种，主要用于低水头大流量水电站。与螺浆式水轮机中的立轴转浆式比，它具有效率高、占地面积小等优点。为了确保大坝下面以及下游一带的建设场地，通常选用机组轴系为水平布置的横轴型。该电站之所以采用立式，有以下两个方面原因：①建站场地条件限制，即河流保护、道路周围条件等很难确保建站面积；②原有大坝等建筑物的限制，引水路和放水路等线路受限制。为了解决这些问题，决定采用建站方面自由度较大的立轴灯泡式，以便削减土木建筑费用，提高经济性。
　　2 结构特点及优点
　　在基本结构方面，立轴式与横轴式相同，只有以下几点区别：①横轴式通常采用2个（上和下）支臂的固定导叶来承受水推力，而立轴式则采用具有4个支臂的下机架来支撑水推力，水轮机和发电机自重等负载。②立轴式的推力轴承和导轴承布置在发电机转子的下面，属于2轴承伞型结构。③立轴式的水轮机转轮是向下拆卸的立轴式、灯泡式水轮机控制转轮叶片的接力器与将接力器装设在水轮机转轮内部的横轴式在结构上有很大区别。
　　机组按立轴配置，壳体便可兼作导水路，从而减少挖掘面积。由于厂房占地面积较小，也就不受场地条件的限制，立式机组的拆卸和组装置是按部套为单位进行的，便于维护，与卧式相比，可缩短大修时间。立轴式机组采用新的通风冷却方式，可以省略鼓风机、空气冷却器、冷水循环泵等辅机装置。
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详细出处参考：http://news.21-

日本立式灯泡式水轮发电机组投入运行

摘要：立式灯泡式水轮发电机组的运行使水电站进一步提高经济效益成为可能，是对长期存在的灯泡式水轮机和发电机只能作为卧式机组这一固有观念的突破。2002年，这种设备在Kaminojiri第二发电厂被安装并开始商业化运行，其主要特征以及立式灯泡式机组技术的特别之处，将在本文中进行阐述。
虽然水力发电作为一种可再生的环保型能源，一段时间以来在日本已成为主要的发电来源之一。但不容忽视的是，经济上合理、技术上可行的坝址已经被开发利用，因此最近几年中水电事业没有实现预期的发展。与此同时，设备的更新、改进和现有电站的重建已成为当前的科研主题，相关科研成果在很多地方得到应用。
在这一背景下，Tohoku电力公司对阿贺野河上所建的为数众多的大坝实施了一套长期的改造计划。针对下游水的可利用量少于上游，改造计划主要实现了平衡电厂装机容量的目的，以确保更有效地利用丰富的水资源。
1.Kaminojiri第二发电厂
Kaminojiri第二发电厂在Kaminojiri电站原有坝址基础上扩建而成。原电厂的最大过水流量低于阿贺野河上、下游新建的其它水电厂约100 m3/s，不均衡的过水流量使整个河流在该处产生了一个瓶颈，以致于影响到河系上电厂的整体运行。因此，对已有的Kaminojiri水坝实施改造对于有效利用该河的水资源有着十分重大的意义。
立式灯泡式水轮发电机组对于该项目而言是最合适的，考虑到水头和流量，采用传统的卧式水轮机较为困难，且成本相对较高，原因有以下几点：
（1）场地的限制，比如：河堤、公路、铁路等等，使发电厂房内没有足够的空间安装传统的卧式机组。
（2）现有大坝投入运行以来，受引水渠和尾水渠的空间限制，难以提供适合于卧式灯泡式机组的直线水流通道。
为解决以上问题且节约成本，Tohoku电力公司和Voith Fuji水力发电集团共同研制出立式灯泡式机组，实现了观念的创新。该机组的首次应用是在Kaminojiri第二发电厂，于2002年6月投入商业运行。
发电厂位置和厂房平面布置见图1，发电厂房的横断面图见图2，Kaminojiri第二发电厂水轮机和发电机的详细参数见表1。

立式灯泡式机组的研制和成功应用获得了日本电力科学技术发展协会授予的欧姆技术奖，以示对这一先进技术成就的奖励。

2.技术及经济优势
立式灯泡式机组与传统卧式灯泡式机组相比具有以下几点优势（二者的配置见图3）
（1）水轮机和发电机均立式布置，占用厂房空间小了，因此立式机组能在更小的空间内安装使用。
（2）因为引水渠、锥管及尾水渠可设计成任意角度而不妨碍确定水轮机、发电机的核心位置，因此不会受已有场地条件的限制。
（3）从引水渠的进口到进水口之间的上游渠道长度缩短，因此进水流道的水头损失将减少，水头将增大。
（4）通过布置于引水渠进水口上方的门式起重机，水轮机和发电机的主要部件全部能够被吊起和放下，使装配和拆除更加容易，因此安装时间、检修周期会大大缩短。
从以上几点优势来看，Kaminojiri第二发电厂经济上更合理是显而易见的（与传统卧式灯泡式机组相比），见表2。

3.先进技术
3.1 立式灯泡式机组的特有技术
立式灯泡式机组投入Kaminojiri电厂运行时，有数项先进技术被采用于水轮机、发电机和土建工程，下文对这些技术做详细的阐述。
（1）灯泡式支撑体系
采用立式灯泡式机组时，水对水轮机的推力和水轮机、发电机的自重均作用于灯泡式底座上（相当于卧式灯泡式水轮机的固定导叶），这就意味着底座要承受大约相当于作用在卧式机组的双倍荷载。

底座的变形会使安装在其下游方向的导流叶片产生侧方间隙，另一方面，水流中灯泡底座的阴影区域会影响涡水轮机的性能。
考虑以上因素，通过对应力、应变等进行静态分析计算，并对固有频率、振动特性等进行动态分析计算后，制作了一个包括立式灯泡式机组的旋转部件、固定部件在内的整体模型，将四撑杆的底座应用于样机中。
为便于理解，图4给出了有限元法模型。

（2）吸入旋涡
如图2所示，立式灯泡式机组直接使用引水渠进水口的水，当上游水位下降、进水口水深变浅时，将形成吸入旋涡，严重时会持续不断地混入空气，因此在灯泡体内产生相当大的振动。
为了观察吸入旋涡的一般特性，首先做了一个基本的水力模型试验，然后通过更大比例尺的水工结构实体模型，做了一个流量、水深动态变化情况下的更具体的模型试验。营造自然运行条件，目的是为了深入研究水轮机吸入旋涡的具体特征。根据这些试验结果，在进水口的顶部配备了吸入旋涡防护整流钢板。
3.2 免维护技术
取消了辅助设备，无油润滑部件和以下提到的用于立式灯泡式机组的许多其它技术设备实现了免维护运行，从而减少了维护成本。
（1）发电机的通风冷却技术
在灯泡式机组中，发电机安装在灯泡体内水流通道内，因此同其它类型的发电机相比在维修和检查时非常困难。另一方面，发电机淹没在河水中对其自身的冷却有利，因此为了取消辅助设备，各种各样的风冷系统被研制并运用。
Kaminojiri第二电厂也不例外，在使用了下述的技术之后，取消了用于通风冷却的辅助设备。
A.定子直接散热：这是用于冷却定子铁芯的办法。定子架为单壳体，定子铁芯直接附在壳上，铁芯产生的热量直接释放到流动的河水中。
B.散热片冷却装置：用于定子绕组的转子和线圈端散热，以铜为材料的散热片附着在灯泡体鼻部内侧，使产生的热量通过散热片直接释放于流动的河水中。
C.自身通风：通过定子架外壳直接冷却定子铁芯和定子绕组。通过散热片释放的只是定子绕组中的转子和线圈端产生的热量，同时会使所需冷却风量减少为一般冷却装置的一半左右。因此，在转子磁轭架上安装风扇实现自行通风后，使散热片冷却结构减少通风损耗成为可能。
（2）发电机轴承技术
发电机轴承位于伞形装置内部，冷却推力轴承采用一种新方式，即：借助于灯泡式底座。底座为单层板式结构，夹层内充填润滑油，在推力环的自抽作用下油在板内循环，然后将热量直接释放到流动的河水中，见图5。

（3）水轮机无油润滑技术
水轮机的导向轴承采用酚醛树脂水润滑轴承，不再使用润滑油冷却循环系统。另外，无油润滑轮毂应用于可调叶片的转轮，不再使用轮毂润滑油和转轮轮毂增压系统。
水轮机的无油润滑技术有利于减少维护，同时避免了油流入河水中。
4.现场安装
不同于卧式灯泡式水轮机，立式灯泡式机组的现场安装不涉及任何复杂的操作，比如：将各种各样的配件通过很小的升降口吊起到水流通道内，然后调整水平并安装到指定位置。立式灯泡式机组从下面的水轮机到上面的发电机，安装时仅需要进水口顶部的起重机的一个简单提升操作即可解决，从而缩短了安装时间。现场安装的各个场景均可拍成照片。
5.实测和分析数据的比较
立式灯泡式机组是一种打破常规的新研制出来的水轮发电机组，因此与其相关的在无水状态下的应力、应变、振动等数据，均通过加载和卸载试验获得，目的是验证分析结果的合理性，并最终获取最优设计参数。
比较特别的是，固有频率在干、湿两种环境下分别测出，数据完全证实了当初的分析，如何减少不同振荡模式下的固有频率也彻底搞清楚了。
6.结论
自从水力发电机组长足发展以来，在实践中被应用的全新机型实属罕见。不管怎样，这里阐述的立式灯泡式原理给人们展示了一个对灯泡式机组、电气设备和土木结构的全新思索，以此为基础，将引起技术革新和经济发展。作者希望这篇文章能为其他地方的水电站在未来的建设中提供有益的参考。

若由涡带引起的尾水管中的低频压力脉动频率与引水管固有频率接近，则可能引起引水管强烈振动；如果压力脉动频率和水轮机的转频接近，则可能引起功率摆动

负荷率是描述：平均负荷（电量）与最大负荷的比率的物理量。

水轮机的选型设计
水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。
一、水轮机选型的内容、要求和所需资料
1．水轮机选择的内容
⑴确定单机容量及机组台数。
⑵确定机型和装置形式。
⑶确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程、轴向水推力、飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。
⑷绘制水轮机的运转综合特性曲线。
⑸估算水轮机的外形尺寸、重量和价格。
⑹根据选定的水轮机型式与参数、结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。
2．水轮机选择的基本要求
水轮机选择必须充分考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面的比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。
⑴保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。
⑵根据水电站水头的变化及电站的运行方式，选择合适的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。
⑶水轮机的性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损、抗空蚀性能。
⑷机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。
⑸机组制造供货应落实，提出的技术要求应符合制造厂的设计、试验与制造水平。
⑹机组的最大部件和最重部件要考虑运输方式与运输的可行性。
3．水轮机选型所需的原始技术资料
水轮机的型式及参数的选择是否合理、是否与电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料。
⑴枢纽资料：包括河流的水能总体规划、流域的水文地质、水能开发方式、水库的调节性能、水利枢纽布置、电站类型及厂房条件、上下游综合利用的要求、工程的施工方式和规划等情况。还应包括经过严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头、最小水头、加权平均水头、设计水头，各种特征流量、、，典型年（设计水平年、丰水年、枯水年）的水头、流量过程线。此外还应有电站的总装机容量、保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。
⑵电力系统资料：包括电力系统负荷组成、设计水平年负荷图、典型日负荷图、远景负荷；设计电厂在系统中的作用与地位，例如调峰、基荷、调相、事故备用的要求以及与其他电站并列调配运行方式等。
⑶水轮机设备产品技术资料：包括国内外水轮机型谱、产品规范及其特性；同类水电站的水轮机参数与运行的经验、存在问题等。
⑷运输及安装条件：应了解通向水电站的水陆交通情况，例如公路、水路及港口的运载能力（吨位及尺寸）；设备现场装配条件，大型专用加工设备在现场临时建造的可能性及经济性；大型部件整件出厂与分块运输现场装配的比价等。
除上述资料外，对于水电站的水质应有详细的资料，包括水质的化学成分、含气量、泥沙量等。
二、水轮机选型的基本方法
目前世界上各国在设计水电站中选择水轮机的方法不尽相同，主要方法可以概括为下面几种。
⒈应用统计资料选择水轮机
这种方法以已建水电站的统计资料为基础，通过汇集、统计国内外已建水电站的水轮机的基本参数，在把它们按水轮机型式、应用水头、单机容量等参数进行分析归类。在此基础上，用数理统计法作出水轮机的比转速、单位参数与应用水头的关系曲线= 、=、= 以及电站空化系数与比转速的关系曲线等，或者用数值逼近法得出关于这些参数的经验公式。当确定了水电站的水头与装机容量等基本参数后，可根据统计曲线或经验公式确定水轮机的型式与基本参数。按照选定的水轮机参数向水轮机生产厂提出制造任务书，由制造厂生产出符合用户要求的水轮机。这种方法在国外被广泛采用。
⒉按水轮机系列型谱选择水轮机
在一些国家，对水轮机设备进行了系列化、通用化和标准化，制定了水轮机型谱，为每一水头段配置了一种或两种水轮机转轮，并通过模型试验获得了各型号水轮机的基本参数与模型综合特性曲线。这样，设计者就可以根据水轮机型谱与模型综合特性曲线选择水轮机的型号与参数。我国与原苏联都曾颁布过水轮机型谱。水轮机型谱为水轮机的选型设计提供了便利，可使选型工作简化与标准化。但要注意不可局限于已制定的水轮机型谱，当型谱中的转轮性能不能满足设计电站的要求时，要通过认真分析，研究新的水轮机方案，并与生产厂家协商，设计、制造出符合要求的水轮机。同时，要不断发展、完善、更新水轮机的型谱。
3．用套用法选择水轮机
这种方法是直接套用与拟建电站的基本参数（水头、容量）相近的已建电站的水轮机型号与参数。这种方法多用于小型水电站的设计，它可以使设计工作大为简化。但要注意必须合理套用，要对拟建电站与已建电站的参数进行详细的分析与比较，还要考虑不同年代水轮机的设计与制造水平的差异，90年代设计的电站若直接套用60年代电站的水轮机，往往会使水轮机的参数偏低。因此，必要时对已建电站的水轮机参数做适当修正后再套用。
我国过去应用较多的方法是按照水轮机型谱选择水轮机。但随着水电开发的进展，旧的水轮机型谱已不能满足目前水电站设计的需要，设计者常采用不同的选型方法相互结合、相互验证，以保证水轮机选型的科学性与合理性。
三、机组台数选择
对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还影响到电厂建设的投资等。因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
⒈机组台数对工程建设费用的影响
机组台数的多少直接影响单机容量的大小，单机容量不同时，机组的单位千瓦造价不同，一般，小机组的单位千瓦造价高于大机组。一方面，小机组的单位千瓦金属消耗高于大机组，另一方面，单位重量的加工费也较大。除主要机电设备外，机组台数的增加，要求增加配套设备的台数，主副厂房的平面尺寸也需增加，因此，在同样的装机容量条件下，水电站的土建工程与动力厂房的成本也随机组台数的增加而增加。
⒉机组台数对电站运行效率的影响
当采用不同的机组台数时，电站的平均效率是不同的。较大单机容量的机组，其单机效率较高，这对于预计经常满负荷运行的水电站获得的效益较显著。但是，对于变动负荷的水电站，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时由于负荷不便在机组间调节，因而不能避开低效率区，这会使电站的平均效率降低。电站的最佳装机台数，要通过电厂的经济运行分析来确定。
此外，机组类型不同时，台数对电站运行效率的影响不同。对于固定叶片式水轮机，尤其是轴流定桨式水轮机，其效率曲线比较陡峭，当出力变化时，效率变化剧烈。若机组台数多一些，则可通过调整开机台数而避开低负荷运行，从而使电站的运行效率明显提高。但是，对于转桨式水轮机或多喷嘴的水斗式水轮机，由于可以通过改变叶片角度或增减使用喷嘴的数目而使水轮机保持高效率运行，因此，装有这些机组的水电站，机组台数对电站运行效率的影响较小。
⒊机组台数对电厂运行维护的影响
机组台数较多时，其优点是运行方式灵活，发生事故时对电站及所在系统的影响较小，检修也容易安排。但台数较多时，运行人员增加，运行用的材料，消耗品增加，因而运行费用较高。同时，较多的设备与较频繁的开停机会使整个电站的事故发生率上升。
⒋机组台数对设备制造、运输与安装的影响
机组台数增加时，水轮机和发电机的单机容量减小，则机组的尺寸小，制造、运输及现场安装都较容易。反之，台数减小则机组尺寸增大，机组的制造、运输、安装的难度也相应加大。因此，最大单机容量的选择要考虑制造厂家的加工水平及设备的运输、安装条件。此外，从发电机转子的机械强度方面考虑，发电机转子的直径必须限制在转子最大线速度的允许值之内，机组的最大容量有时也会因此受到限制。
⒌机组台数对电力系统的影响
对于占电力系统比重较大的水电厂及大型机组，发生事故时对电力系统的影响较大，考虑到电力系统中备用容量的设置及电力系统的安全性，在确定台数时，单机容量不应大于系统的备用容量，即使在容量较小的电网中，单机容量也不宜超过系统容量的1/3。
⒍机组台数对电厂主接线的影响
由于水电厂水轮发电机组常采用扩大单元主结线方式（超大型机组除外），故机组台数多采用偶数。同时为了运行方式的机动灵活及保证机组检修时的厂用电可靠，除了特殊情况和农村小电站外，一般都装两台以上机组。
对于装置大型机组的水电厂，由于主变压器的最大容量受到限制，常采用单元接线方式，因此机组台数的选择不必受偶数的限制。
以上与机组台数有关的诸因素，许多是既相互联系又相互矛盾的，在选择时应针对主要因素，进行综合技术经济比较，选择出合理的机组台数。
四、水轮机型式的选择
虽然各类水轮机有明确的适用水头范围，但由于它们的适用范围存在着交叉水头段，因此，必须根据水电站的具体条件对可供选择的水轮机进行分析比较，才能选择出最合适的机型。

水轮机的类型及适用范围
水轮机型式
适用水头范围
(m)
比转速范围
(m•kw)
能量转换方式
水流方式
结构型式
反击式
贯流式
灯泡式
轴伸式
<20
600~1000
轴流式
定桨式
转桨式
3~80
200~850
斜流式

40~80
150~350
混流式

30~700
50~300
冲击式
射流式
水斗式
300~1700
10~35
(单喷嘴)

不同类型的水轮机具有不同的适用范围与特点，各类水轮机的特点可概括如下

⒉混流式水轮机
⑴比转速范围广，适用水头范围广，可适用30-700m。
⑵结构简单，价格低。
⑶装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。
⒊轴流式水轮机
⑴较高，具有较大的过流能力，适用于30-80m水头范围。
⑵转轮可以分解，加工运输方便。
⑶轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行。
⑷在水头、负荷变化较小，或装机台数较多的电站，可以通过调整运行机组台数使水轮机在高效区运行。轴流定桨式水轮机结构简单、可靠性好，尤其在担负基荷的低水头电站较适用。

㈡交界水头区水轮机型式的选择
⑴贯流式与轴流式的比较
1）1）1）贯流式的水流条件好，同样过流面积时，贯流式水流通过容易，单位流量大，无蜗壳和肘形尾水管，流道水力损失小，运行效率比轴流式高。
2）2）2）贯流式水轮机可布置在坝体或闸墩内，可以不要专门的厂房，土建工程量小且适于狭窄的地形条件。
3）3）3）对潮汐电站，贯流式水轮机的适应性强，能满足正反向发电、正反向抽水和正反向泄水的需要。
4）4）4）贯流式水轮机为了满足安装高程的要求，需从引水室入口至尾水管全部开挖到相应的深度。而轴流式只需对尾水管部分进行深开挖，因此，贯流式机组开挖量大。
5）5）5）灯泡贯流式水轮发电机组全部处于水下，要求有严密的封闭结构及良好的通风防潮措施，维护、检修较困难。
⑵轴流式与混流式的比较
1）1）1）轴流转桨式水轮机适用于水头与负荷变化较大的电站，能在较宽广的工况范围内稳定、高效率运行，平均效率高于混流式水轮机。
2）2）2）在相同的水头下，轴流式的高于混流式 ，有利于减少机组的尺寸。
3）3）3）轴流式水轮机的空化系数大，约为同水头段混流式水轮机的2倍，为保证空化性能需增加厂房的水下开挖量。
4）4）4）当尾水管较长时，轴流式水轮机比混流式水轮机易产生紧急关机时的抬机现象。
5）5）5）轴流式水轮机的轴向水推力系数约为混流式的2~4倍，推力轴承载荷大。另外，轴流转桨式水轮机的转轮及受油器等部件结构复杂、造价高。

发电机标准同步转速(对应于f=50Hz)
磁极对数
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
同步转速
1000
750
600
500
428.6
375
333.3
300
250
214.3
磁极对数
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
同步转速
187.5
166.7
150
136.4
125
115.4
107.1
100
93.8
88.2
磁极对数
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
同步转速
83.3
79
75
71.4
68.2
65.2
62.5
60
57.7
55.5

坝内水电站
优点是：①遇到河谷狭窄、洪水流量大、地面厂房布置有困难时，可以解决好大坝泄洪和厂房布置的矛盾。②它同地下水电站相比，一般工程量较小。③这种具有大孔洞的混凝土坝对基础不均匀沉陷有较好的适应性。④由于大孔洞混凝土坝前后腿可分别浇筑，这样可以不设纵缝，且散热面宽，有利于混凝土降温。
缺点是坝内水电站的结构较为复杂，施工时有厂坝干扰问题。但现已摸索出一些经验，对这些问题的解决已大有改进。其他还有坝内大孔洞尺寸与坝高的关系有一定的约束性，选择单机容量和考虑大坝后腿厚度、尾水管尺寸等均受限制。在运行条件上，坝内式厂房不如开敞式地面厂房，但也不比地下式厂房和封闭式地面厂房差。
中国已建成一定数量的坝内水电站，如江西上犹江、湖南凤滩、广东枫树坝、海南岛牛路岭等水电站。其中凤滩坝内孔洞和装机容量最大，该坝高112.5米,坝内孔洞长255.8米，宽20.5米，高40.1米，装有4台10万千瓦机组。