葉文力（樂清市水利電力總站，浙江 溫州 325000）

基于KINGCAN技術(shù)的水電站機組導(dǎo)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(nóng)村水電站機組老化，機組導(dǎo)瓦溫升有待改善，而方法不多的情況，創(chuàng)新了一種基于KINGCAN技術(shù)的方法。該方法以導(dǎo)瓦潤滑油為載體，在機組導(dǎo)瓦潤滑油箱中加入適量的Kingcan金屬修復(fù)劑，并通過不斷數(shù)據(jù)采集、試驗、分析和對比，確定加入試劑的量度，從而達(dá)到改善機組導(dǎo)瓦溫升，分析機組導(dǎo)瓦溫升原因的目的。該系統(tǒng)在浙江省樂清市福溪水電站應(yīng)用，達(dá)到很好的效果，值得其他農(nóng)村水電站借鑒。

水電站；導(dǎo)瓦；KINGCAN技術(shù)；金屬修復(fù)劑

1　引言

目前，大部分農(nóng)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(yán)重影響了機組的安全可靠性。但農(nóng)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(shù)的發(fā)展，筆者結(jié)合KINGCAN技術(shù)，對農(nóng)村水電站機組的導(dǎo)瓦溫升進(jìn)行分析和研究，在實際中應(yīng)用取得了很好的效果。

本文重點研究基于KINGCAN技術(shù)的農(nóng)村水電站機組的導(dǎo)瓦溫升，主要包括KINGCAN技術(shù)的原理介紹、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和實際案例分析等。

2　主要原理

KINGCAN技術(shù)是以導(dǎo)瓦潤滑油為載體，將KINGCAN金屬修復(fù)劑帶入導(dǎo)瓦和軸（徑向軸承）、導(dǎo)瓦和導(dǎo)瓦（推力軸承）的摩擦副表面，當(dāng)摩擦副表面相對運動時，在微觀金屬接觸處將產(chǎn)生瞬間高溫，在活化劑作用下，將磨損表面逐漸修復(fù)，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(fù)與磨損發(fā)展的抑制，有利于導(dǎo)瓦溫升的抑制，修復(fù)達(dá)到一定程度后還能使導(dǎo)瓦溫度逐步下降，導(dǎo)瓦溫度的降低就有可能提升機組的發(fā)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(dǎo)瓦的工作壽命，從而延長發(fā)電機組的工作壽命，改性層表面粗糙度非常低，有利于導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)瓦，或?qū)吆蛯?dǎo)瓦的工作溫升。故KINGCAN技術(shù)對因?qū)吣p而導(dǎo)致發(fā)電效率下降具有明顯的改善效果，而對非因磨損原因而導(dǎo)致發(fā)電效率的下降不具備改善效果。另外，KINGCAN技術(shù)對因軸磨損導(dǎo)致密封處漏油的現(xiàn)象也具有明顯的改善效果。

3　導(dǎo)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(dǎo)瓦溫升過高，主要源之于導(dǎo)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(dǎo)瓦磨損［2］。由于在啟動及停機的過程中，導(dǎo)瓦表面油膜處于未建立或未完全建立狀態(tài)，導(dǎo)瓦在油膜未建立或未完全建立狀態(tài)下工作，由于一般情況下，軸的硬度要明顯高于導(dǎo)瓦的硬度，故導(dǎo)瓦將被很快磨損，導(dǎo)瓦磨損將導(dǎo)致導(dǎo)瓦溫升。

（2）軸或?qū)咧圃烊毕輰?dǎo)致導(dǎo)瓦溫升過高。如軸或?qū)吖ぷ鞅砻娲植诙?、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(tài)，故導(dǎo)瓦磨損將會很快發(fā)生，導(dǎo)瓦磨損將導(dǎo)致導(dǎo)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(dǎo)致機組工作時產(chǎn)生振動［3］、同心度偏差等問題導(dǎo)致瓦溫過高；另外還有機械結(jié)構(gòu)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(dǎo)致瓦溫過高［4］。

4　實施過程

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

（2）試前試機。在添加KINGCAN金屬修復(fù)劑前，機組輸出功率在原來狀態(tài)下運行，如果提升發(fā)電功率，導(dǎo)瓦溫度馬上升高，運行不長時間即達(dá)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(fā)電功率進(jìn)行提升，實時監(jiān)控各導(dǎo)瓦溫度，運行2 h后，確認(rèn)前導(dǎo)瓦最高溫度所達(dá)到的程度。

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

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

圖1　發(fā)電機主軸及相關(guān)零件示意圖

5　應(yīng)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(zhèn)高塘村，以發(fā)電為主，結(jié)合防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用。調(diào)節(jié)庫容為1 531萬m3，控制水位為43 m，相應(yīng)高程為228.31 m。水輪機設(shè)計水頭為136 m，設(shè)計流量為2×2.744 m3/s。

該站在原裝機2×2 500 kW發(fā)電機組的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，擴容為2×3 200 kW，于2013年6月18日開始并網(wǎng)試運行發(fā)電。但是2號機組運行狀態(tài)不理想，到2014年1月，其中2號機組出現(xiàn)水輪機有異響和前導(dǎo)瓦溫過高等問題。本站、安裝公司和水輪機廠家，經(jīng)過多次的廠家的檢測，現(xiàn)場的檢修，始終無法使機組穩(wěn)定處于理想的運行狀態(tài)，機組會出現(xiàn)時好時壞的狀況。特別是在2015年，出現(xiàn)不能滿負(fù)荷發(fā)電的情況。當(dāng)出現(xiàn)工況相對較差時，機組運行在滿負(fù)荷附近時，前導(dǎo)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(fā)電效率降低。

5.2基于Kingcan技術(shù)的應(yīng)用

本站2號機組輸出功率2 200 kW狀態(tài)下運行，將2號機組發(fā)電功率提升至2 400 kW，實時監(jiān)控各導(dǎo)瓦溫度，運行2h后，前導(dǎo)瓦最高溫度達(dá)到62℃。將2號機組從4月1日起到5月19日的運行數(shù)據(jù)收集，以供與技術(shù)實施后機組運行數(shù)據(jù)對比。前導(dǎo)瓦和推力瓦共用一個油箱，油箱油量約為120 L，中導(dǎo)瓦油箱油量約為80 L，后導(dǎo)瓦油箱油量約為80 L，在前導(dǎo)瓦油箱中加入86 mL修復(fù)劑，在中導(dǎo)瓦和后導(dǎo)瓦油箱中分別各加入57 mL修復(fù)劑，總計添加修復(fù)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(tài)下實施添加。

實施后，使2號機組基本處于發(fā)電狀態(tài)，記錄2號機組技術(shù)實施后的運行數(shù)據(jù)，包括前導(dǎo)瓦，推力瓦，中導(dǎo)瓦和后導(dǎo)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(fā)電時段為40 d，另24 d為停機未發(fā)電時段。

由于KINGCAN金屬修復(fù)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(fā)電功率（2 200 kW）不變，后續(xù)根據(jù)導(dǎo)瓦溫度數(shù)據(jù)逐漸增加機組發(fā)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(shù)實施后第7天）增加到2 700 kW。

5.3實施后數(shù)據(jù)分析

從理論上講，合理的機組設(shè)計應(yīng)使前導(dǎo)瓦、中導(dǎo)瓦、后導(dǎo)瓦的溫度基本一致，推力瓦的溫升隨著負(fù)荷的增加而增加，隨著負(fù)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(fā)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(shù)實施前后溫度與功率記錄曲線

（1）中導(dǎo)瓦溫度無論實施前與實施后，均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，在發(fā)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(dǎo)瓦溫度未見明顯的快速上升。說明中導(dǎo)瓦溫度的上升趨勢源于環(huán)境溫度的上升，而非由功率提升引起的中導(dǎo)瓦溫升。同時說明中導(dǎo)瓦的溫升隨著發(fā)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(dǎo)瓦溫度來看，機組具有較大的進(jìn)一步提升發(fā)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(fā)電功率提升有關(guān)聯(lián)，但波動幅度大幅減小，說明KINGCAN金屬修復(fù)劑具有修復(fù)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(shù)修復(fù)效果的逐漸發(fā)揮能否進(jìn)一步降溫有待進(jìn)一步試驗。如果不能進(jìn)一步降溫，則進(jìn)一步提升發(fā)電功率的潛力有限；如果能進(jìn)一步降溫，則發(fā)電功率尚有進(jìn)一步提升的潛力。

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

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

6　結(jié)論

（1）根據(jù)本項目試驗，2號機組在使用KINGCAN技術(shù)后，發(fā)電功率由原來的2 200kW提升到2700 kW，各導(dǎo)瓦溫度仍維持在報警溫度（60℃）以下（實測各導(dǎo)瓦最高溫度均低于58℃），發(fā)電功率提升22.7％，可見KINGCAN技術(shù)對機組發(fā)電效率提升具有明顯的效果，值得國內(nèi)農(nóng)村水電站借鑒應(yīng)用。

（2）由于2號機組安裝、調(diào)試、穩(wěn)固不到位導(dǎo)致試驗無法繼續(xù)進(jìn)行，KINGCAN技術(shù)能否將2號機組發(fā)電功率進(jìn)一步提升，以達(dá)到滿功率（3 200 kW）運行有待機組修復(fù)后進(jìn)一步試驗確認(rèn)。

［1］方輝欽.現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術(shù)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(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用［M］.杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［3］中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)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(zhuǎn)輪葉片流激振動分析［J］.工程力學(xué)，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(nóng)村水電安全監(jiān)管監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)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。