摘要：三峡水电站32套70万千瓦发电机组由水轮机、发电机、励磁系统、调速系统、控制系统、主变压器及附属设备组成，设备总重超过20万吨，多数为超重型特大部件。左岸厂房14套机组有Alstom和VGS两种构型，右岸厂房12套机组和地下厂房6套机组，经过Alstom、哈电
三峡水轮机示意图
三峡水电站32套70万千瓦发电机组由水轮机、发电机、励磁系统、调速系统、控制系统、主变压器及附属设备组成，设备总重超过20万吨，多数为超重型特大部件。左岸厂房14套机组有Alstom和VGS两种构型，右岸厂房12套机组和地下厂房6套机组，经过Alstom、哈电、东电完善设计，成功消除了对空化敏感的特殊压力脉动区，使水轮机运行稳定性有了进一步提高。
三峡工程最早建设的左岸14台机组，中标外商都是国际一流企业，但实际制造供货分散在17个国家100多个工厂，又逢制造企业兼并改组，富有经验的原产地只生产一些关键部件，其他部件转移到子公司，甚至关键的定子线棒德国Siemens公司交给巴西生产（2号机组1941个水接头返厂重焊)，瑞士ABB磁极装配在西班牙生产(5号机组磁极返修后，转子才耐压通过)，ABB推力头和镜板在意大利生产（5号机组推力头止口与轴领偏心0.3mm，需要修磨放大止口间隙），出现不少质量问题，经过返修最终达到了技术要求。左岸还有55%的部件由国内企业制造，这批机组质量责任在总供货外商，在运行期间逐步进行升级改造。右岸电站12台机组有8台实现国产，地下电站6台机组全部实现国产。总体来说，机组设计制造代表了当今国际先进水平。
三峡水电站由于自然条件和以防洪为主的需要，初期水头61-94米，后期水头为71-113米，每年汛前水库水位降到145米高程，防洪库容221.5亿立方米，水头变幅很大，额定水头80.6米，给水轮机设计增加了难度。每套水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。单台机组出力700MW，水轮机转轮名义直径9.709/10.427m(VGS/Alstom)，是当今世界最大的混流式水轮机转轮。机组采用三个导轴承的半伞式结构，推力轴承负荷5050/5520吨，为当今世界之最。发电机额定出力778MVA，功率因数0.9，为提高在高水头下水轮机运行的稳定性，发电机设计最大出力840MVA，可连续运行。发电机额定电压20kV，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式。发电机定子机座外径21.42/20.9m，定子铁芯内径18.5/18.8m,铁芯高度3.13/2.95m，单台机组重约7000吨，均为世界之最。
●水轮机进水机构
引水管
每台机组有一根直径12.8米的特大型钢制引水管，由坝体进水口延伸到下游电站水轮机蜗壳前部，被浇筑在混凝土坝体中，是永久不修复部件。由72个管节组成，分上斜直段、下弯段、下平段、和锥管渐变段四部分，采用壁厚26-60mm的60kgf/mm2级高强度钢板卷制而成。单节重量在20-50吨之间。
三峡上游水库的水经大坝引水口钢制闸门进入引水管，以每秒1020立方米的流量倾泻而下，再流入蜗壳做圆周旋转运动，形成雷霆万钧般的强大冲击力，经导水机构调节，将水流均匀、轴对称地送入水轮机转轮，推动转轮叶片旋转。引水管还要承受来自水库内393亿立方米水形成的巨大压力，一旦钢管爆裂，浇筑在管道上面2-3米厚的混凝土根本难以抵挡这万钧之力。而大坝进水口钢制闸门至少需3.5分钟才能关闭，此期间下游厂房早已发生机毁人亡事故。因此对引水管钢材的屈服强度、抗拉强度、延伸性能和冲击韧性等4大指标有严格的要求。
●水轮机引水机构
蜗壳
蜗壳是引水机构的关键部件，外型如同蜗牛壳，进口最大直径12.4米，从进口开始断面逐渐缩小，截面半径从最6.2米到2.1米不等，尺寸及重量均为国内之最。而且两家供货商的结构设计也不一样，VGS的蜗壳有33节，总重690吨，阿尔斯通的蜗壳有30节，总重739吨。采用60kg/mm2级高强钢板卷制，板厚24-120毫米，设计时考虑了3mm腐蚀余量。左岸机组蜗壳现场安装的二类以上焊缝总长度超过12.6公里，耗用焊条超过185吨。
蜗壳由于尺寸巨大，因此内水压力和水温的变化对蜗壳变形影响较大。三峡坝址处历年河水水温为1.4-29.5℃，在高温季节和低温季节保压浇混凝土的效果相差很大。因此浇筑蜗壳周边混凝土时既要控制内水压力，又要控制水温，还要考虑周边混凝土上升过程中产生的热量对蜗壳变形的影响。
●水轮机座环
座环
座环位于水轮机底部蜗壳内侧，上部安装水轮机转轮，为平板式组焊结构，由上、下环板、固定导叶、导流板、过渡板、大舌板等部件组成。VGS供货的环座总重382吨，考虑到运输需要，分为6瓣，单瓣最重约70.5吨，组装后最大外径约14.5米，高4.265米。ALSTOM供货的环座总重345.5吨，单瓣最重约65吨，组装后最大外径约15米。座环分6瓣在工厂制作并退火，在现场机坑内用预应力螺栓把合后组焊成整体，所有焊缝需磁粉和超声波探伤，相关尺寸精度要求高，制造装配难度较大。
●水轮机导水机构
导叶
导水机构位于蜗壳内部，通过活动导叶调节水轮机进水流量从而控制水轮机工况的部件。三峡水轮机导水机构由底环、顶盖、24片导叶、控制环及导叶操作机构等大小千余个零件组成，总重近千吨。
底环直径11.6米，高0.7米，重达112吨，由4瓣28吨的构件组装而成。顶盖直径13.29米，高2.275米，重达380吨，分4瓣在工厂制作并作消除应力处理。24片导叶每片长约3米，重达11吨。
导叶是水轮发电机组导水机构中最重要的铸锻件之一，它的制造一直是大型水轮机组制造面临的一大难题。此类高端部件依赖进口。
●水轮机转轮
转轮
转轮是水轮发电机组的心脏，由上冠、下环、叶片、泄水锥等部分组成。是水轮机中技术含量最高，制造难度最大，制造周期最长的部件。
三峡左岸Alstom供货的水轮机转轮直径10.427米、高5.08米、喉口直径9.8米，净重450吨，由上冠、下环、15块叶片、上下止漏环和泄水锥焊接而成，是目前世界最大的水电铸钢焊接件。上冠不锈钢铸件重达112吨，下环重达58吨，轮机叶片最大尺寸为4537×4951×2300毫米，净重17.49吨，VOD精炼钢水，探伤要求为CCH70-3，其尺寸、重量、技术含量、制造难度都堪称当今世界同类产品之最，每片造价高达200万元，仅数控机床加工费就达30万元以上，切削下来的铁屑重达数吨。VGS机组的水轮机转轮结构略有不同，直径10.07米，高5.565米，喉口直径9.4米，由上冠、下环和13块叶片焊接而成，单块叶片重22.2吨，转轮总重473吨，加工周期长达一年多时间，造价超过3000万元人民币。
●水轮机主轴
水轮机主轴
三峡水轮机主轴为内法兰式，居世界同类产品之最，主轴直径达4.125米，长6.3米，壁厚116mm，重达117吨。水轮机和发电机要通过主轴连接才能发电，对轴线的精度要求特别严，要求径向和端面跳动要小于0.05毫米；其尺寸之大和质量要求之高，在世界水电设备制造史上都属空前。为了满足这种超大型产品的生产需要，哈电、东电、二重等企业引进了20-22米数控立式车床、16米数控重型卧车、五坐标数控铣加工中心等一批处于国际领先水平的设备，为今后加工此类超大型产品积累了丰富经验。
●发电机转子
发电机转子
三峡70万机组左岸发电机由Alstom/ABB和VGS联合体供货，右岸实现国产。采用推力轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构，由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。额定容量777.8MVA/700MW，最大容量840MVA，额定电压20kV，额定电流22453A，额定转速75rpm，推力轴承总负荷5520吨，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式，发电机总重量达3443吨，是世界最大的水轮发电机。
转子位于定子内侧，是发电机的旋转部件，通过主轴与下面的水轮机连接，主要作用是产生磁场。转子由转子中心体、圆盘支臂、磁轭、磁极、扭矩块、上下压板、永久螺栓、上下挡风板、刹车板等部件组成，VGS供货的转子最大直径18.43米，高3.435米，重达1694.5吨。阿尔斯通供货的转子最大直径18.738米，高3.639米，重达1780吨，是当今世界已投产的水轮发电机组中重量最重的机组。加上吊具，吊装总重量近2000吨。
●发电机定子
发电机定子
三峡发电机定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。机座外径为21.42/20.9米，铁芯内径为18.5/18.8米，铁芯高度为3.13/2.95米，重达326.4吨。定子电流达22453A，在如此大的电流和高电压作用下，发电机的定子线圈/线棒，就显得尤为重要，在发电机运行及起、停过程中，线棒承受电磁力、热效应和机械应力的综合作用，还有在严重的短路情况下可能发生的振动和冲击变形。其是决定发电机寿命的关键部件。VGS和Alstom提供的三峡发电机都采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式，每台有1020根线棒，线棒主绝缘采用少胶带真空浸渍工艺制造。
来源：三峡孬张一点号