在能源转型与碳中和背景下，抽水蓄能电站应用愈发广泛，水泵水轮机常面临宽水头、低负荷运行难题。本文以原型水泵水轮机为研究对象，对不同水头下90%～40%负荷进行数值模拟与流场分析。结果表明：低负荷下效率显著下降，最佳效率区随水头迁移。三种水头下效率均随负荷降低而下降，最小与额定水头在OP2效率最高，最大水头在OP1最优，水头改变会使机组的最佳效率区发生改变。水头越低，转轮内涡量及熵产越强，转轮内部流态恶化。随着运行水头降低，转轮低速区范围虽然减小，但流线更加紊乱，叶道内涡结构覆盖范围逐步扩张、涡尺度持续增大，同时损失主要占比向转轮转移。在高水头低负荷时，尾水管是主要的损失来源，占比55%，主要源于贴近管壁的螺旋涡带剪切，随着水头降低，损失重心逐渐向转轮转移，转轮占比上升到57%。