基于KINGCAN技術的水電站機組導瓦溫升改善的研究

葉文力（樂清市水利電力總站，浙江 溫州 325000）

基于KINGCAN技術的水電站機組導瓦溫升改善的研究

葉文力
（樂清市水利電力總站，浙江 溫州 325000）

針對目前大部分農村水電站機組老化，機組導瓦溫升有待改善，而方法不多的情況，創新了一種基于KINGCAN技術的方法。該方法以導瓦潤滑油為載體，在機組導瓦潤滑油箱中加入適量的Kingcan金屬修復劑，并通過不斷數據采集、試驗、分析和對比，確定加入試劑的量度，從而達到改善機組導瓦溫升，分析機組導瓦溫升原因的目的。該系統在浙江省樂清市福溪水電站應用，達到很好的效果，值得其他農村水電站借鑒。

水電站；導瓦；KINGCAN技術；金屬修復劑

1　引言

目前，大部分農村水電站的機組由于運行時間長，存在不同程度的老化問題，尤其是機組瓦溫升高問題，嚴重影響了機組的安全可靠性。但農村水電站由于資金等條件的限制，更換機組的成本高，大型水電站機組的檢測方法又不實用［1］。隨著技術的發展，筆者結合KINGCAN技術，對農村水電站機組的導瓦溫升進行分析和研究，在實際中應用取得了很好的效果。

本文重點研究基于KINGCAN技術的農村水電站機組的導瓦溫升，主要包括KINGCAN技術的原理介紹、數據采集、數據分析和實際案例分析等。

2　主要原理

KINGCAN技術是以導瓦潤滑油為載體，將KINGCAN金屬修復劑帶入導瓦和軸（徑向軸承）、導瓦和導瓦（推力軸承）的摩擦副表面，當摩擦副表面相對運動時，在微觀金屬接觸處將產生瞬間高溫，在活化劑作用下，將磨損表面逐漸修復，并在摩擦副的金屬表面形成一層類陶瓷改性層。磨損表面的修復與磨損發展的抑制，有利于導瓦溫升的抑制，修復達到一定程度后還能使導瓦溫度逐步下降，導瓦溫度的降低就有可能提升機組的發電功率。并且由于改性層硬度非常高，具有良好的抗磨性，能延長軸和導瓦的工作壽命，從而延長發電機組的工作壽命，改性層表面粗糙度非常低，有利于導瓦工作表面壓力油膜的形成，油膜的形成不僅能延長軸和導瓦的磨損壽命，還使摩擦溫升大幅降低，故能有效降低軸和導瓦，或導瓦和導瓦的工作溫升。故KINGCAN技術對因導瓦磨損而導致發電效率下降具有明顯的改善效果，而對非因磨損原因而導致發電效率的下降不具備改善效果。另外，KINGCAN技術對因軸磨損導致密封處漏油的現象也具有明顯的改善效果。

3　導瓦溫升過高原因分析

在潤滑、密封正常的前提下，機組運行導瓦溫升過高，主要源之于導瓦磨損，其原因主要有以下2個方面：

（1）機組頻繁起動造成導瓦磨損［2］。由于在啟動及停機的過程中，導瓦表面油膜處于未建立或未完全建立狀態，導瓦在油膜未建立或未完全建立狀態下工作，由于一般情況下，軸的硬度要明顯高于導瓦的硬度，故導瓦將被很快磨損，導瓦磨損將導致導瓦溫升。

（2）軸或導瓦制造缺陷導致導瓦溫升過高。如軸或導瓦工作表面粗糙度、表面形狀誤差過大等，在機組工作運行時，工作油膜無法完全建立，軸瓦工作表面處于邊界潤滑狀態，故導瓦磨損將會很快發生，導瓦磨損將導致導瓦溫升。

除上述2種情況外，可能還存在葉輪與主軸之間存在安裝誤差，如2個裝配面之間存在安裝間隙等，導致機組工作時產生振動［3］、同心度偏差等問題導致瓦溫過高；另外還有機械結構問題帶來的水能振動，機組基座存在的水平度偏差等都有可能導致瓦溫過高［4］。

4　實施過程

（1）實施目的。在機組導瓦潤滑油箱中加入適量的KINGCAN金屬修復劑，通過機組一段時間的運行后，使已產生磨損的導瓦工作表面得以逐漸修復，使水輪發電機組在提升發電功率的同時，各導瓦溫度仍在報警溫度（60℃）以下，使開機發電功率得以提高。

（2）試前試機。在添加KINGCAN金屬修復劑前，機組輸出功率在原來狀態下運行，如果提升發電功率，導瓦溫度馬上升高，運行不長時間即達到或接近60℃的報警溫度。為了驗證情況屬實性，需要將機組發電功率進行提升，實時監控各導瓦溫度，運行2 h后，確認前導瓦最高溫度所達到的程度。

（3）驗證。為了驗證KINGCAN技術對發電機組發電功率提升的有效性，需要將機組1.5個月的運行數據（前導瓦溫度、推力瓦溫度、中導瓦溫度、后導瓦溫度和發電功率）收集列表，以供與技術實施后機組運行數據對比。

（4）實施。根據導瓦箱油量確定每只油箱的KINGCAN金屬修復劑用量。一般水電站機組的導瓦有4個［5］，分別是前導瓦、推力瓦、中導瓦和后導瓦，如圖1所示。前導瓦和推力瓦共用一個油箱，確定中導瓦油箱油量、后導瓦油箱油量，試驗在前導瓦油箱中加入適量的修復劑，在中導瓦和后導瓦油箱中也分別各加入適量修復劑，在機組運行狀態下實施添加。

圖1　發電機主軸及相關零件示意圖

5　應用案例

5.1水電站概況

福溪水電站隸屬于樂清市水利電力總站。坐落在浙江省樂清市仙溪鎮高塘村，以發電為主，結合防洪、灌溉、養殖等綜合利用。調節庫容為1 531萬m3，控制水位為43 m，相應高程為228.31 m。水輪機設計水頭為136 m，設計流量為2×2.744 m3/s。

該站在原裝機2×2 500 kW發電機組的基礎上進行改造，擴容為2×3 200 kW，于2013年6月18日開始并網試運行發電。但是2號機組運行狀態不理想，到2014年1月，其中2號機組出現水輪機有異響和前導瓦溫過高等問題。本站、安裝公司和水輪機廠家，經過多次的廠家的檢測，現場的檢修，始終無法使機組穩定處于理想的運行狀態，機組會出現時好時壞的狀況。特別是在2015年，出現不能滿負荷發電的情況。當出現工況相對較差時，機組運行在滿負荷附近時，前導瓦溫度升高，可能會超過報警值60℃，所以2號機組只能采取降功率運行，使機組發電效率降低。

5.2基于Kingcan技術的應用

本站2號機組輸出功率2 200 kW狀態下運行，將2號機組發電功率提升至2 400 kW，實時監控各導瓦溫度，運行2h后，前導瓦最高溫度達到62℃。將2號機組從4月1日起到5月19日的運行數據收集，以供與技術實施后機組運行數據對比。前導瓦和推力瓦共用一個油箱，油箱油量約為120 L，中導瓦油箱油量約為80 L，后導瓦油箱油量約為80 L，在前導瓦油箱中加入86 mL修復劑，在中導瓦和后導瓦油箱中分別各加入57 mL修復劑，總計添加修復劑200 mL（86+57+57=200 mL）。實施時點為2015年5月20日上午10點，在機組運行狀態下實施添加。

實施后，使2號機組基本處于發電狀態，記錄2號機組技術實施后的運行數據，包括前導瓦，推力瓦，中導瓦和后導瓦的溫度和運行功率，記錄時段為2015年5月20日到7月22日。在歷時64 d中，2號機組處于發電時段為40 d，另24 d為停機未發電時段。

由于KINGCAN金屬修復劑添加后，金屬表面類陶瓷改性層的形成需要一定的時間，故添加后的初期仍保持機組發電功率（2 200 kW）不變，后續根據導瓦溫度數據逐漸增加機組發電功率，由2 200 kW逐漸增大到2 400 kW、2 600 kW，最終于2015 年5月27日（技術實施后第7天）增加到2 700 kW。

5.3實施后數據分析

從理論上講，合理的機組設計應使前導瓦、中導瓦、后導瓦的溫度基本一致，推力瓦的溫升隨著負荷的增加而增加，隨著負荷的減小而減小。為便于證明2號機組存在安裝缺陷，將實施前和實施前每天記錄的發電功率平均值和4個瓦溫平均值繪成曲線，如圖2所示。

圖2　KINGCAN技術實施前后溫度與功率記錄曲線

（1）中導瓦溫度無論實施前與實施后，均呈現逐漸上升的趨勢，在發電功率從2200kW提升到2700kW的過程中（圖2中的第13天到第17天），中導瓦溫度未見明顯的快速上升。說明中導瓦溫度的上升趨勢源于環境溫度的上升，而非由功率提升引起的中導瓦溫升。同時說明中導瓦的溫升隨著發電功率的提升增加不明顯，且在2 700 kW運行過程中瓦溫最高僅為52℃左右，僅從中導瓦溫度來看，機組具有較大的進一步提升發電功率的潛力。

（2）推力瓦溫度實施前波動較大，實施后平均溫度略有上升趨勢，與發電功率提升有關聯，但波動幅度大幅減小，說明KINGCAN金屬修復劑具有修復效果，且在2 700 kW運行的前段時期，最高溫度在55℃左右，隨著KINGCAN技術修復效果的逐漸發揮能否進一步降溫有待進一步試驗。如果不能進一步降溫，則進一步提升發電功率的潛力有限；如果能進一步降溫，則發電功率尚有進一步提升的潛力。

（3）無論是實施前還是實施后，前導瓦與后導瓦溫度均呈現相反的趨勢，即在同一發電功率下，前導瓦溫度較高時后導瓦溫度較低，前導瓦溫度較低時后導瓦溫度較高，與機組設計理念相悖。

由此可見，前導瓦溫度與后導瓦溫度應不隨著發電功率的提升而發生變化，而是不論發電功率大小如何，前導瓦與后導瓦的溫升總是呈相反的趨勢，即不論發電功率大小如何，前導瓦溫度高時，后導瓦溫度較低，前導瓦溫度低時，后導瓦溫度較高。可見機組前后主軸存在嚴重不同心，且前后主軸中心高存在嚴重不穩定性，在機組多次起動發電時，時而前導瓦徑向受力過大，時而后導瓦徑向受力過大，在水落差基本一致的情況下，前導瓦徑向受力較大時后導瓦徑向受力就較??；前導瓦徑向受力較小時后導瓦徑向受力就較大。故前后主軸中心高不穩定是前后導瓦受力不穩定的主要原因，前后導瓦受力不穩定是前后導瓦溫度不穩定的主要原因。故2號機組若經前后主軸中心高進一步調整并穩固后，發電功率尚有進一步提升的空間。

6　結論

（1）根據本項目試驗，2號機組在使用KINGCAN技術后，發電功率由原來的2 200kW提升到2700 kW，各導瓦溫度仍維持在報警溫度（60℃）以下（實測各導瓦最高溫度均低于58℃），發電功率提升22.7％，可見KINGCAN技術對機組發電效率提升具有明顯的效果，值得國內農村水電站借鑒應用。

（2）由于2號機組安裝、調試、穩固不到位導致試驗無法繼續進行，KINGCAN技術能否將2號機組發電功率進一步提升，以達到滿功率（3 200 kW）運行有待機組修復后進一步試驗確認。

［1］方輝欽.現代水電廠計算機監控技術與試驗［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［2］徐金壽，張仁貢.水電站計算機監控技術與應用［M］.杭州：浙江科學技術出版社，2007.

［3］中華人民共和國電力工業部.DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合 ［S］.北京：中國電力出版社，1997.

［4］鄭 源，陳德新.水輪機［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.

［5］張立翔，王文全，姚 激.混流式水輪機轉輪葉片流激振動分析［J］.工程力學，2007，24（8）：143-150.

TK730.3+22

B

1672-5387（2016）05-0038-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.013

2016-01-18

浙江省農村水電安全監管監控系統建設可行性研究（RC1421）

葉文力（1964-），男，工程師，研究方向：水電站運行與管理。