1.1 中国水电设备产业的发展进程

1.1.1 中国水电设备产业初创阶段（1949—1960年）

新中国成立前，我国水电设备制造业几乎是一片空白。新中国成立后，对电器工业非常重视，1950年1月，中央召开全国电器工业工作会议，要加强国内电器工业建设，会议决定在东北建立发电设备制造工厂。当时，抗美援朝已经开始，沈阳地区的工业北迁。生产变压器的沈阳电工五厂和生产开关的电工十五厂部分人员与设备于1950年11月迁到哈尔滨成立东北电工四厂，后来演变成哈尔滨电机厂。这是我国自己设计、建设的第一个发电设备制造工厂。1954年哈尔滨电机厂大型水电厂房建成，开始生产大中型水电机组，奠定了我国第一个水电设备制造基地。1958年，开工建设东方电机厂（东方电气集团东方电机有限公司前身）。为适应扩大中小型水电机组生产的需要，1954—1960年又建设了一批新厂，如重庆水轮机厂、杭州发电设备厂、天津发电设备厂、南平电机厂、昆明电机厂和金华水轮机厂等中小企业，增加了水电设备制造能力。1963年，哈尔滨大电机研究所水轮机试验台完成鉴定，从而开始了自主独立的水电设备科学研究工作。与此同时，于1958年成立的中国科学院、水利部水利水电科学研究院（中国水利水电科学研究院前身）也已具备一定的研究规模，水利部水利水电科学研究院水力机电研究所开展了对水电站的原型测试与研究，对空蚀、泥沙磨损、过渡过程等进行了广泛的研究，取得了很多有益的成果，促进了我国水电设备技术的发展。

1950年，东北电器工业局接受了承制四川长寿下硐水电站两台800kW混流式机组的任务。东北电工局组织电工五厂、电工六厂进行研制，由曾在美国西屋公司和摩根-史密斯公司实习回国的吴天霖、俞炳元和陶炜等工程师担任机组的设计和工艺工作。1951年年底，沈阳电工五厂制成了两台800kW水轮机，发电机也在哈尔滨电工四厂同时制造完成，于1952年在下硐水电站一次起动成功。

1953年，东北电工四厂开始设计官厅水电站10MW混流式机组，转轮直径为2.35m。1955年年底研制完成了水轮机、发电机及与其配套的蝶阀。官厅水电站10MW机组的研制成功，是我国水电机组由小型向大中型发展的转折点。

1956年，哈尔滨电机厂开始设计制造大伙房水电站16MW轴流转桨式水轮发电机组，转轮直径为3.3m，设计水头为25.2m，是我国研制的第一套大型轴流转桨式水电机组。该机组的研制成功，使我国转桨式机组的技术水平跨出了一大步。

新安江水电站是我国第一座自行设计、自制设备、自己施工建造的大型水电工程，水电站安装4台75MW机组和5台72.5MW机组，机组设备由哈尔滨电机厂研制。1959年5月第一台机组（72.5MW）组装完成出厂。新安江水电站机组的研制成功，使我国在大型机组的设计、制造、安装调试等方面都积累了丰富的经验，标志我国水电设备制造业进入大型水电机组研制时代，是我国水电设备制造业发展史上的一座里程碑。图1-1为建设中的新安江水电站，图1-2为周恩来总理视察新安江水电站，图1-3为新安江水电站外景。

在此期间，我国水电设备企业还成功研制了轴伸贯流式水电机组、全贯流式机组、冲击式水电机组等。

水电站辅机设备伴随着主机容量的增大而不断发展。新中国成立初期，东北电工四厂和重庆柴油机厂先后制成机械液压式调速器用于2MW以下的机组。1958年，哈尔滨大电机研究所和哈尔滨工业大学合作，研制成功DT-100型电子管式电液调速器。20世纪50年代中期以前，水轮发电机励磁系统多采用手动磁场变阻器或碳调节器。1955年，哈尔滨电机厂制成首台电磁式自动励磁调节器，成功用于官厅水电站。1959年，哈尔滨电机厂在新安江水电站72.5MW机组中采用了自复励可控整流器励磁系统。1953年，我国制成1.6MPa油压装置；1955年，制成2.5MPa油压装置；1959年，开始自行设计水轮机油压装置。

1.1.2 中国水电设备产业自力更生阶段（1961—1976年）

受“大跃进”和20世纪60年代与苏联关系恶化的影响，我国水电建设开始依靠自己的技术力量，走自力更生、独立自主的发展道路。为了自力更生发展水电建设，建立起我国自己的水电设备科研试验基地，1959年成立了哈尔滨大电机研究所，1963年建成了哈尔滨大电机研究所水轮机水力模型试验台并投入试验。此后，天津电气科学研究所、东方电机厂、中国水利水电科学研究院等相继建成了水轮机水力模型试验台。为适应中小型水电站建设发展的需要，1958年成立了一机部七、八局水电设备联合设计处（1963年迁入天津电气传动设计研究所），负责组织我国中小型水电设备设计、研究和行业技术归口管理工作，并于1966年建成了天津电气传动设计研究所大能量试验台。1970年，东方电机厂两座小能量试验台和一座汽蚀试验台（现在称空化试验台）投入使用。利用这些模型试验装置，开始了我国自主的试验研究工作。

1. 水轮发电机组主机设备的研制

云峰水电站一号机机组设备是原苏联进口，后三台机组由哈尔滨电机厂自行研制。在总结新安江水电站水电设备制造经验的基础上，哈尔滨电机厂顺利研制出了云峰水电站后三台100MW机组，使我国的水电设备研究开发和制造能力更上一层楼，是我国水电设备走上自力更生、独立自主时代的又一个里程碑。

1969年，哈尔滨电机厂制成刘家峡水电站第一台225MW机组，转轮直径达5.5m。该机组中的水轮机采用了我国自己研究开发的A12转轮，水轮机导轴承采用我国自己试验成功的筒式稀油自动润滑轴承。刘家峡水电站机组的研制成功使我国水电设备制造水平跨入世界先进行列，成为世界上少数能生产200MW以上水电机组的国家之一。1972年，哈尔滨电机厂又为刘家峡水电站制成定子和转子线圈均采用直接水冷的300MW水轮发电机组。为满足刘家峡水电站电力输送的需要，我国还自行设计、研制、建设了330kV的输变电线路和全套设备，投入西北电力系统运行。图1-4为刘家峡水电站外景。

1972年，上海电机厂、上海汽轮机厂和上海重型机器厂采用哈尔滨电机厂的设计，制成富春江水电站60MW轴流转桨式水轮发电机组，转轮直径达8m。

这一阶段的重要技术特点是混流式水轮机最大转轮直径从4.1m发展到5.5m，三门峡水电站改造后的5万kW轴流转桨式水轮机转轮直径则达到6.0m，富春江等水电站的轴流转桨式水轮机转轮直径甚至达到8m。刘家峡水电站混流式水轮机转轮采用对称分瓣结构、工地焊接，完全掌握了现场焊接的预热、焊接、热处理工艺的全过程。哈尔滨大电机研究所的第一批研究成果如A001、A008、A009、A29、A012等型号的水轮机模型被用于工程实际，混流式水轮机比速系数从1000左右提高到2000。刘家峡水电站机组不仅是我国当时最大的水轮发电机组，也是当时世界上最大的混流式水轮发电机组之一。轴流转桨式水电设备方面，继大伙房水电站16MW水轮机转轮直径达到3.3m以后，青铜峡水电站机组的转轮直径达到了5.5m，而富春江水电站、西津电厂转桨式水轮机转轮直径则达到了8.0m，证明我国轴流式水轮机制造能力已跻身于国际先进水平。

2. 辅机设备的研制

与此同时，水电站主要辅机设备的研制水平也不断提高，有了很快的发展。

（1）水轮发电机励磁系统 从20世纪60年代末期开始，我国开始研究晶闸管励磁系统。1970年，哈尔滨电机厂首次将晶闸管励磁系统用于三门峡水电站50MW机组中。从1971年开始，哈尔滨电机厂、东方电机厂开展了自复励静止晶闸管整流器励磁系统的研究。1979年，东方电机厂首次将这种励磁系统用于葛洲坝水电站170MW机组中。

（2）水轮机调速器 1962年，成立了调速器系列设计工作组，设计完成了XT-300、XT-600、XT-1000等型号包括油压装置在内的组合式小型机械液压调速器，广泛用于我国中小型水电站。1971年水电部十二工程局制造出DST-150大型双调整电子管式电液调速器，1972年哈尔滨电机厂和东方电机厂分别成功研制晶体管电液调速器。

这段时期，随着水电设备生产的发展，我国水电设备在满足国内建设需要的同时，开始援外，出口到蒙古、阿尔巴尼亚、阿富汗等国家。

1.1.3 中国水电设备产业迅速发展阶段（1977—1990年）

中国共产党十一届三中全会召开以后，国家实施以经济建设为中心的改革开放政策，我国水电建设开始从计划经济向社会主义市场经济转轨，逐步实现了多渠道集资办电，水电得到了快速发展。从“五五”初到“七五”末，全国水电总装机容量达到了3604.55万kW，净增2261.75万kW，15年内平均年增加150.78万kW。

20世纪80年代，我国水电设备开始了全面蓬勃发展，并进入了初期改革开放阶段。其主要标志是：我国独立自主地设计、制造了一批如葛洲坝、乌江渡、龙羊峡、白山、鲁布革等水电站用大型转桨式、混流式机组；完成了一批中小型贯流式水轮发电机组；研制了江厦水电站双向潮汐贯流机组及4MPa级油压装置、电子液压调速器。

在此期间，我国先后研制成功龙羊峡水电站320MW、鲁布革水电站150MW和大寨水电站10MW等混流式水轮发电机组。龙羊峡水电站320MW混流式水电机组是20世纪90年代前我国研制的单机容量最大的水电机组，机组由东方电机厂研制。龙羊峡水轮机采用东方电机厂自己研究的HLD06A-LJ-600型水轮机，转轮直径为6m，这是我国混流式水轮机第一次采用异种钢偏心分瓣焊接结构。图1-5为龙羊峡水电站外景。鲁布革150MW混流式水轮机是采用15对长短叶片（15个长叶片+15个短叶片，交错布置）的新型水轮机，推动了我国高水头混流式水轮机设计技术的发展进步。东方电机厂研制的大寨水电站10MW水电机组是世界上第一台工业运行的蒸发冷却水轮发电机。白山水电站5台30万kW的机组均由我国自行设计和制造，标志着继刘家峡水电站之后我国水电设备进入了生产30万kW大机组的成熟阶段。

葛洲坝水电站安装了两种不同功率和型号的轴流转桨式水轮发电机组，分别称为“大机”和“小机”；“大机”共2台，选用ZZ560-LH-1130型水轮机，转轮叶片为4个，转轮直径为11.3m，单机容量为170MW；“小机”共19台，选用ZZ500-LH-1020型水轮机，5个叶片，转轮直径为10.2m，单机容量为125MW。ZZ560-LH-1130型水轮机转轮叶片采用了0Cr13Ni6Mo不锈钢材料，ZZ500-LH-1020型水轮机叶片材料采用了0Cr13Ni5Mo不锈钢材料，这是我国首次研究成功的不锈钢水轮机叶片。葛洲坝水电站机组是国际上最大的转桨式水轮机，分别由我国哈尔滨电机厂和东方电机厂研制，获得国家科技进步特等奖，无论技术还是容量水平，都攀登了世界同类水轮机的顶峰。

1980年，天津发电设备厂自行研制了我国第一台大型灯泡贯流式机组——白垢水电站10MW灯泡贯流式机组。该机组的水轮机转轮采用天津电气传动设计研究所开发的GZ003型转轮，4个叶片，转轮直径为5.5m。1980年和1983年金华水轮机厂和江西电机厂分别为江厦水电站研制成500kW和700kW双向灯泡贯流式机组。

潘家口水电站抽水蓄能机组的引进，是继20世纪60年代岗南水电站引进抽水蓄能机组、密云水电站试制抽水蓄能机组后的重要实践。为了解决水头变幅大可能带来的稳定性等问题，该机组采用了两种转速，并采用了变频器作为水泵的起动方式，在低水头用变频器作变速运行，水泵水轮机平均效率可以提高13%～15%。

1990年，东方电机厂为十三陵抽水蓄能电站制成φ1800mm球阀。1988年，东方电机厂从加拿大GE公司引进了筒形阀技术。该阀布置在固定导叶和活动导叶之间，具有结构简单、使用方便的优点。1978年和1980年，哈尔滨电机厂和东方电机厂先后为青铜峡水电站36MW机组和大化水电站100MW机组研制成功集成电路电液调速器。1980年，水电部南京自动化所开展了微处理机应用于调速器的研究。在此期间，哈尔滨大电机研究所、东方电机厂、天津电气传动设计研究所、重庆水轮机厂等单位也开展了新型微处理机调速器的研究工作。

20世纪80年代，通过学习和引进国外先进的测试技术，哈尔滨大电机研究所、中国水利水电科学研究院、东方电机厂、富春江水电设备总厂和天津电气传动设计研究所等单位先后分别建成达到国际先进水平的高水头水力机械模型试验台，为我国20世纪八九十年代研制开发新型高效水轮机转轮提供了先进的试验条件。同时，结构优化技术逐渐应用于水电机组主要零部件的设计，取得了明显的经济效益。我国水电设备企业、研究单位及高校先后引进了一些国际通用的结构分析软件，对水电机组主要零部件进行刚强度分析和结构优化工作。另外，还开展了机组整机动力特性的分析研究和试验工作。

1.1.4 中国水电设备产业跨越式发展阶段（1991年至现在）

20世纪90年代，我国的水电建设迎来又一个小高峰。五强溪、李家峡水电站和天荒坪抽水蓄能电站等建成投产；万家寨、二滩、小浪底、天生桥、大朝山等水电站开工兴建。1994年12月，世界最大的水电站——长江三峡水电站正式开工兴建。进入21世纪，我国实施西部大开发战略，加快西部水电建设，水电建设步入快速发展期，三峡、龙滩、小湾、水布垭、构皮滩、拉西瓦等大型水电站陆续投产发电。2004年9月，以东方电气集团东方电机有限公司（以下简称东电）制造的公伯峡水电站1号机300MW水电机组投产发电为标志，我国水电装机容量达到1亿kW，超过美国水电装机总容量（包括非常规的抽水蓄能机组容量，共95730MW）。我国成为世界上水电装机容量最大的国家，也是世界上水电装机容量唯一达到1亿kW的国家。2010年8月25日，小湾水电站6700MW机组投产揭牌，标志我国水电装机容量突破2亿kW大关，超过世界上除中国外的水电三甲美国、巴西和加拿大三国常规水电装机容量的总和。图1-6和图1-7是三峡水电站和小湾水电站外景。

1990年至今是我国水电设备研制水平迅速发展的时期。为迅速改变我国水电设备研制水平与国外先进水平存在较大差距的落后局面，党中央、国务院果断决策：三峡左岸电站机组实行国际采购，走“技贸结合、技术转让、联合设计、合作生产”之路，明确提出了依托三峡工程，走自主创新与技术引进相结合的道路，通过技术引进、消化吸收、自主创新，逐步实现三峡工程装备国产化。在采购国外先进设备的同时，以哈电和东电作为技术受让方，引进关键技术，通过消化吸收和再创新，为三峡右岸、三峡地下厂房和其他大型水电站水电机组的国产化创造了条件。1993年三峡工程开工之前，我国企业独立设计、制造的最大容量机组只有32万kW，而国外首台70万kW机组早在1978年便投产运营，两者相较，设计制造水平相差数十年。国内制造企业用7年的时间顺利完成了从分包商到独立承包商的重大转变，实现了水电重大装备30年的跨越，我国自主设计、制造特大型水轮发电机组的时代已经开始。

1990年至今，除三峡右岸机组外，我国还研制成功大批高水平的水电机组。在混流式水电机组方面，研制成功岩滩水电站300MW、李家峡水电站400MW及一大批600～700MW的混流式水电机组；在转桨式机组方面，研制成功水口水电站200MW水电机组；在冲击式机组方面，研制成功户宋河水电站21MW、大发水电站120MW和金窝水电站140MW等水电机组；在贯流式机组方面，研制成功红岩子水电站30MW、洪江水电站45MW和桥巩水电站57MW等一大批灯泡贯流式机组，以及小龙门水电站13MW和巴基斯坦真纳水电站12MW竖井贯流式机组；在抽水蓄能机组方面，研制成功响洪甸水电站40MW、白山水电站150MW水轮发电机组，并通过捆绑招标，引进国外先进技术研制了惠州、黑麋峰等水电站300MW可逆流式水轮发电机组。

随着水电建设的发展及生产任务的增加，水电设备产业主要企业进行了厂房的扩建、改建和设备的增添、更新。哈尔滨电机厂结合国家重大技术装备发展需要，于1990年建成滨海大件生产基地，解决了大件陆运的困难，制造了岩滩水电站4台直径8m的水轮机转轮，为三峡等更大机组的生产开辟了新途径。同时，东方电机厂则通过修建的大件运输公路，将大件产品从德阳运抵乐山，经岷江到达长江。“八五”期间，哈尔滨电机厂和东方电机厂还分别进行了水电扩建改造，使水电设备生产能力由60万kW提高到80万kW，两企业还分别建成了3000t和1000t推力轴承试验台。为适应生产大型灯泡贯流式机组的需要，重庆水轮机厂、韶关发电设备厂、南宁发电设备厂都扩建了大型重型厂房，增添了一些大型设备，使水电设备行业生产能力上了一个新的台阶。

“九五”“十五”期间，国家为增加大型水电设备和直流输变电设备的制造能力，安排了一批骨干企业的扩建和改造项目。各企业在各级政府和金融单位的大力支持下，主动投资进行技术改造，使企业的生产能力、装备水平跃上了新台阶。例如，哈电为适应三峡水电站机组大功率、高强度、高性能的技术要求，投资10亿元进行大规模技术改造；东电投资近4亿元进行技术改造，形成年产200万kW水电机组的生产能力，还引进了五轴数控铣床等先进加工设备，使超大型转轮年加工能力达到5套以上。沈阳变压器厂投资1.3亿元，建设了专门用于生产500kV及以上电压等级变压器的主厂房和试验大厅，投入使用后年生产能力达800万kV·A以上。这样大规模的技术改造是近十几年所罕见的，增强了国内企业的竞争能力。国内企业进行三峡水电站水轮机转轮“X”形叶片五轴联动数控加工工艺优化，叶片型线误差可控制在±1mm以内，水轮机转轮过流表面粗糙度不大于3.2μm，超过了国外水平。在发电机的绝缘技术设计和制造方面，东电集40年电机绝缘结构设计和生产经验，形成了完善的多胶模压绝缘结构设计和材料配套、生产制造体制，完成了三峡左岸水电站发电机2.3kV/mm高等级绝缘结构的设计和制造。

我国水电设备制造能力和水电设备产量都居世界第一位，水电设备技术已达到世界先进水平。我国已能批量生产单机容量为700～800MW的混流式水电机组，正研制1000MW级混流式机组。在未来十年，我国有大批水电工程兴建，必将带动我国水电设备研制水平的进一步提高。