由水輪機和發(fā)電機組合而成的發(fā)電動力裝置。設(shè)置在水電站中，執(zhí)行把水能轉(zhuǎn)換成電能的功能。機組中水輪機作為原動機，它利用水的能量運轉(zhuǎn)，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。常用的水輪機有沖擊式、反擊式、貫流式和可逆式。發(fā)電機則均采用同步發(fā)電機。

由于水電站的自然條件和工況各異，水輪發(fā)電機組的容量和轉(zhuǎn)速變化范圍很大?？砂雌涑叽绱笮『徒Y(jié)構(gòu)特征劃分其容量和轉(zhuǎn)速（見表）。水輪發(fā)電機組

特點水輪發(fā)電機與其他發(fā)電機相比有一些不同的特點：①它需有較大的飛輪力矩。因此，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直徑及整機的外形尺寸都比較大。②水電站一般離負荷中心較遠，需通過長距高壓輸電線路向負荷供電。因此，要求水輪發(fā)電機有較高的動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定特性。③水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直徑大，選用的材料要求又不及汽輪機、燃汽輪機的高。所以，雖然其轉(zhuǎn)速不及后兩者，但仍需考慮萬一達到飛逸轉(zhuǎn)速時對材料強度的要求，以保證其可靠性。

基本數(shù)據(jù)水輪發(fā)電機組的基本數(shù)據(jù)包括額定容量、額定電壓、額定功率因數(shù)、電抗與短路比、飛逸速度、飛輪力矩等。

額定容量通常以兆伏安或千伏安計。水電站選擇機組容量和臺數(shù)需考慮樞紐布置，電力系統(tǒng)運行的要求，機組在系統(tǒng)中調(diào)度的靈活性，設(shè)備制造、運輸、安裝、造價等多種因素。在保證電力系統(tǒng)運行安全、靈活的條件下，采用單機容量較大、臺數(shù)較少的方案有利機組的高效率，并可簡化水電站的樞紐布置，加快施工進度和總投資。但通常不少于兩臺。

額定電壓它的選取要從額定容量、電磁負荷、電站的技術(shù)經(jīng)濟指標及電力系統(tǒng)輸配電設(shè)備等方面綜合考慮。一般來說，在合理范圍內(nèi)，電壓取低值，電機的經(jīng)濟指標要好一些。

額定功率因數(shù)對它的選擇既要考慮發(fā)電機的造價、對水電站設(shè)備和電力系統(tǒng)無功補償裝置的影響和投資，又要考慮由電站輸送無功功率造成的功率損失,同時,還要計及它超過設(shè)計水頭運行多發(fā)電的效益，特別是在建站初期，只有一、兩臺機組投運(其余機組未裝完)以及可能發(fā)生棄水的情況下，更應(yīng)考慮這種運行性的可能性與合理性。大型水電站多處深山狹谷,遠離負荷中心,功率因數(shù)可適當提高。通常情況下,功率因數(shù)取值為0.8～0.9。

電抗包括直軸同步電抗、直軸瞬變電抗和超瞬變電抗。直軸同步電抗(Xd)指機組正常穩(wěn)定運行時，發(fā)電機直軸呈現(xiàn)的電抗。其值為發(fā)電機額定相電壓和額定相電流之比。減少同步電抗可提高電力系統(tǒng)輸送功率的極限，但須增加電機尺寸和造價。超瞬變電抗(X廐)指發(fā)電機運行狀態(tài)突變(如突然短路或自同步合閘時)的暫態(tài)過程的起始瞬間，對應(yīng)電樞反應(yīng)磁通磁路的磁阻最大、電抗最小。瞬變電抗(X媁)則是在暫態(tài)過程中，超瞬變電抗在過程的初始一段時間內(nèi)迅速增大到某一值。這之后，電抗緩慢增大到同步電抗。X媁的變化對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定有重大影響，減小X媁可以提高靜態(tài)穩(wěn)定的儲備系數(shù),但X媁的變化對動態(tài)穩(wěn)定影響有限。X廐是計算短路電流的重要數(shù)據(jù)，對選擇水電站的電工設(shè)備有直接影響。

飛輪力矩當電力系統(tǒng)發(fā)生故障，水輪發(fā)電機突然和系統(tǒng)解列時，由于水輪機導(dǎo)水機構(gòu)關(guān)閉需要一定時間，這一時間內(nèi)，機組轉(zhuǎn)速將升高。為控制轉(zhuǎn)速上升值，要求水輪發(fā)電機具有一定的飛輪力矩(GD)。 它是指發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分的重量和慣性直徑D 的平方的乘積。它直接影響電力系統(tǒng)受到大干擾時所需極限切除時間，對電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和動穩(wěn)定有很大影響。在一定極限切除時間內(nèi)，GD越大可以提高輸送功率。同時GD大,機組甩負荷后轉(zhuǎn)速上升率較低，這可以減小引水鋼管的直徑，或增加鋼管長度。但GD加大會增加發(fā)電機重量和造價。

輔助設(shè)備水輪發(fā)電機組的輔助設(shè)備主要包括冷卻裝置、制動裝置、調(diào)速裝置等。

冷卻裝置水輪發(fā)電機的冷卻主要采用空氣冷卻，以通風系統(tǒng)向發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子以及鐵心表面進行冷卻。但隨著單機容量的增長,定、轉(zhuǎn)子的熱負荷不斷提高,為了在一定轉(zhuǎn)速下提高發(fā)電機單位體積的輸出功率，大容量水輪發(fā)電機采用了定、轉(zhuǎn)子繞組直接水冷的方式；或者定子繞組用水冷，而轉(zhuǎn)子用強風冷卻。

制動裝置額定容量超過一定值的水輪發(fā)電機均設(shè)有制動裝置。其作用是在發(fā)電機停機過程中，當轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的30～40％時，對轉(zhuǎn)子實施連續(xù)制動，以避免推力軸承因低轉(zhuǎn)速下油膜被破壞而燒損軸瓦。制動裝置的另一作用是在安裝、檢修和起動前，用高壓油頂起發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)部件。裝置采用壓縮空氣制動。

調(diào)速裝置包括調(diào)速器和油壓裝置。調(diào)速器的作用是調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)速，以保證輸出電能的頻率符合供電要求，并實現(xiàn)機組操作(開機、停機、變速、增、減負荷)、安全經(jīng)濟運行。為此,調(diào)速器的性能應(yīng)滿足快速操作,反應(yīng)靈敏，迅速穩(wěn)定，運行、維修方便等要求，它還需要可靠的手動操作及事故停機裝置。

調(diào)速器分機械液壓調(diào)速器和電液壓調(diào)速器兩種。前者的主要部件為機械液壓元件。后者包括測速環(huán)節(jié)、小功率信號的綜合、變換和放大及反饋環(huán)節(jié)，其信號電源為永磁發(fā)電機。當發(fā)電機組負荷改變時，調(diào)速器迅速調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)水機構(gòu),使水輪機的流量和流速發(fā)生變化,以使機組轉(zhuǎn)速符合電能質(zhì)量要求。

機型選擇不同型的水輪機適用于不同的水頭，因而對不同的電站，需選用恰當?shù)乃啓C與發(fā)電機組合。

沖擊式水輪機它依水流沖擊轉(zhuǎn)輪的方向和部位可分為切擊式、斜擊式和雙擊式。前者是唯一用于大型機組的沖擊式水輪機,水頭超過300米時，應(yīng)選用切擊式水輪機。到80年代,最高水頭的切擊式機組的水頭達1763.5米,轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)／分，單機功率為22.8兆瓦，安裝于奧地利賴瑟克山水電站。后兩者只適用小型機組，斜擊式的適用水頭為30～350米，功率為10～500千瓦，比轉(zhuǎn)速為18～45。雙擊式的適用水頭在60米以下，功率出力小于150千瓦,比轉(zhuǎn)速為25～70。這兩種機組適用于農(nóng)村小水電。

反擊式水輪機依加速方式可分為混流式、軸流式和斜流式三種。混流式是應(yīng)用最廣泛的一種型式，它結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，造價低，滿負荷時效率高，比轉(zhuǎn)速為50～300，使用水頭為30～700米。到80年代，單機容量最大的混流式機組為700兆瓦，轉(zhuǎn)輪直徑9.23米,水頭變化范圍為67～108米,裝于美國大古力水電站。軸流式又可分為轉(zhuǎn)槳式、定槳式。轉(zhuǎn)槳式水輪機的平均效率較混流式高，它的比轉(zhuǎn)速高達200～850、機組尺寸小、重量輕,適用于低水頭(3～80米)和負荷變化大的水電站。但在使用水頭提高時，其過流能力易受到限制，且汽蝕系數(shù)大。到80年代；世界上尺寸最大的軸流式轉(zhuǎn)槳水輪機的直徑達11.3米,設(shè)計水頭18.6米，功率為170兆瓦。定槳式過流能力比轉(zhuǎn)槳式高,汽蝕性能也有所改善,但不能適應(yīng)水頭和負荷變化大的電站。它的比轉(zhuǎn)速范圍為250～700，使用水頭為3～50米。世界上較大的機組為美國羅基里水電站機組，容量125兆瓦。設(shè)計水頭為26.3米,轉(zhuǎn)輪直徑7.2米。斜流式水輪機的汽蝕系數(shù)小，效率高,葉片形狀簡單。其使用水頭一般為40～200米,常做為可逆式水力機械。世界上最大的斜流式機組在蘇聯(lián)杰維水電站，單機容量215兆瓦，設(shè)計水頭78.5米，轉(zhuǎn)輪直徑6米。

貫流式水輪機可分為全貫流式和半貫流式。前者水力損失小，過流能力大，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。但轉(zhuǎn)輪的外線速度大，葉片強度要求高，密封也復(fù)雜，比轉(zhuǎn)速高（為600～1000）,使用水頭一般小于20米，可應(yīng)用于大型潮汐電站。后者又分為燈泡式和豎井式。燈泡式水輪機可與發(fā)電機直接連接，裝設(shè)在同一個燈泡形殼體內(nèi)，故名。燈泡式又分為直連式和行星齒輪式。直連式的使用水頭范圍6～15米， 容量范圍5000千瓦；行星齒輪式使用水頭范圍在6米以下,容量范圍2500千瓦。直連式在水頭較低時轉(zhuǎn)速很低，發(fā)電機效率會降低。行星齒輪式可使轉(zhuǎn)速增加3～10倍,齒輪傳動效率可達0.98～0.99。這種水輪發(fā)電機組尺寸小、重量輕，可大大提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速。80年代世界最大燈泡式水輪發(fā)電機容量為65.8兆瓦。豎井式也有直連式和行星齒輪式，它們的使用水頭較燈泡式稍高，容量范圍相同。它們的水力損失大，但密封、防潮性能好、安裝、檢修比燈泡式容易。

可逆式水輪機又稱水泵水輪機、發(fā)電電動機。它既可作水輪機運行，又可作水泵運行，主要用于抽水蓄能電站?？赡媸剿啓C也分為混流式、斜流式和軸流式3種。其中以混流式應(yīng)用最廣,因為它的應(yīng)用水頭范圍廣（30～600米）。 世界上最高水頭的混流式可逆水輪機裝于南斯拉夫巴伊納巴什塔電站,水頭為600.3米，水泵揚程為623.1米，單機功率為315兆瓦。

特殊運行由于水輪發(fā)電機運行調(diào)度較靈活，在電力系統(tǒng)中可用作調(diào)相運行和進相運行。

調(diào)相運行水輪發(fā)電機作調(diào)相機運行時向電力系統(tǒng)輸送感性無功功率，以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。這時，它從系統(tǒng)中吸取一部分有功功率以補充其銅耗、鐵耗和風摩損耗。通常采用壓水調(diào)相（見水電站）。一般調(diào)相容量為(0.6～0.75)Sx（千乏）。Sx為發(fā)電機額定容量。

進相運行電力系統(tǒng)中大容量高壓長距離輸電系統(tǒng)輕載時，線路的容性電流會使受端電壓升高。這時，系統(tǒng)要求水輪機作進相運行，即發(fā)電機在欠勵狀態(tài)下，向系統(tǒng)輸送容性無功功率和部分有功功率。水輪發(fā)電機作進相運行時具如下特點：①定子端部附近各金屬件溫升較高，最高溫度一般發(fā)生在鐵心兩端的齒部。②它的進相運行能力比汽輪機高。③進相運行時要注意靜態(tài)穩(wěn)定是否滿足運行要求。發(fā)電機投入空載高壓長距離輸電系統(tǒng)的運行稱為充電運行，這也是進相運行的一種。