基于KINGCAN技术的水电站机组导瓦温升改善的研究

2016-09-07叶文力乐清市水利电力总站浙江温州325000

水电站机电技术 2016年5期

叶文力（乐清市水利电力总站，浙江温州 325000）

叶文力
（乐清市水利电力总站，浙江温州 325000）

针对目前大部分农村水电站机组老化，机组导瓦温升有待改善，而方法不多的情况，创新了一种基于KINGCAN技术的方法。该方法以导瓦润滑油为载体，在机组导瓦润滑油箱中加入适量的Kingcan金属修复剂，并通过不断数据采集、试验、分析和对比，确定加入试剂的量度，从而达到改善机组导瓦温升，分析机组导瓦温升原因的目的。该系统在浙江省乐清市福溪水电站应用，达到很好的效果，值得其他农村水电站借鉴。

水电站；导瓦；KINGCAN技术；金属修复剂

1　引言

目前，大部分农村水电站的机组由于运行时间长，存在不同程度的老化问题，尤其是机组瓦温升高问题，严重影响了机组的安全可靠性。但农村水电站由于资金等条件的限制，更换机组的成本高，大型水电站机组的检测方法又不实用［1］。随着技术的发展，笔者结合KINGCAN技术，对农村水电站机组的导瓦温升进行分析和研究，在实际中应用取得了很好的效果。

本文重点研究基于KINGCAN技术的农村水电站机组的导瓦温升，主要包括KINGCAN技术的原理介绍、数据采集、数据分析和实际案例分析等。

2　主要原理

KINGCAN技术是以导瓦润滑油为载体，将KINGCAN金属修复剂带入导瓦和轴（径向轴承）、导瓦和导瓦（推力轴承）的摩擦副表面，当摩擦副表面相对运动时，在微观金属接触处将产生瞬间高温，在活化剂作用下，将磨损表面逐渐修复，并在摩擦副的金属表面形成一层类陶瓷改性层。磨损表面的修复与磨损发展的抑制，有利于导瓦温升的抑制，修复达到一定程度后还能使导瓦温度逐步下降，导瓦温度的降低就有可能提升机组的发电功率。并且由于改性层硬度非常高，具有良好的抗磨性，能延长轴和导瓦的工作寿命，从而延长发电机组的工作寿命，改性层表面粗糙度非常低，有利于导瓦工作表面压力油膜的形成，油膜的形成不仅能延长轴和导瓦的磨损寿命，还使摩擦温升大幅降低，故能有效降低轴和导瓦，或导瓦和导瓦的工作温升。故KINGCAN技术对因导瓦磨损而导致发电效率下降具有明显的改善效果，而对非因磨损原因而导致发电效率的下降不具备改善效果。另外，KINGCAN技术对因轴磨损导致密封处漏油的现象也具有明显的改善效果。

3　导瓦温升过高原因分析

在润滑、密封正常的前提下，机组运行导瓦温升过高，主要源之于导瓦磨损，其原因主要有以下2个方面：

（1）机组频繁起动造成导瓦磨损［2］。由于在启动及停机的过程中，导瓦表面油膜处于未建立或未完全建立状态，导瓦在油膜未建立或未完全建立状态下工作，由于一般情况下，轴的硬度要明显高于导瓦的硬度，故导瓦将被很快磨损，导瓦磨损将导致导瓦温升。

（2）轴或导瓦制造缺陷导致导瓦温升过高。如轴或导瓦工作表面粗糙度、表面形状误差过大等，在机组工作运行时，工作油膜无法完全建立，轴瓦工作表面处于边界润滑状态，故导瓦磨损将会很快发生，导瓦磨损将导致导瓦温升。

除上述2种情况外，可能还存在叶轮与主轴之间存在安装误差，如2个装配面之间存在安装间隙等，导致机组工作时产生振动［3］、同心度偏差等问题导致瓦温过高；另外还有机械结构问题带来的水能振动，机组基座存在的水平度偏差等都有可能导致瓦温过高［4］。

4　实施过程

（1）实施目的。在机组导瓦润滑油箱中加入适量的KINGCAN金属修复剂，通过机组一段时间的运行后，使已产生磨损的导瓦工作表面得以逐渐修复，使水轮发电机组在提升发电功率的同时，各导瓦温度仍在报警温度（60℃）以下，使开机发电功率得以提高。

（2）试前试机。在添加KINGCAN金属修复剂前，机组输出功率在原来状态下运行，如果提升发电功率，导瓦温度马上升高，运行不长时间即达到或接近60℃的报警温度。为了验证情况属实性，需要将机组发电功率进行提升，实时监控各导瓦温度，运行2 h后，确认前导瓦最高温度所达到的程度。

（3）验证。为了验证KINGCAN技术对发电机组发电功率提升的有效性，需要将机组1.5个月的运行数据（前导瓦温度、推力瓦温度、中导瓦温度、后导瓦温度和发电功率）收集列表，以供与技术实施后机组运行数据对比。

（4）实施。根据导瓦箱油量确定每只油箱的KINGCAN金属修复剂用量。一般水电站机组的导瓦有4个［5］，分别是前导瓦、推力瓦、中导瓦和后导瓦，如图1所示。前导瓦和推力瓦共用一个油箱，确定中导瓦油箱油量、后导瓦油箱油量，试验在前导瓦油箱中加入适量的修复剂，在中导瓦和后导瓦油箱中也分别各加入适量修复剂，在机组运行状态下实施添加。

图1　发电机主轴及相关零件示意图

5　应用案例

5.1水电站概况

福溪水电站隶属于乐清市水利电力总站。坐落在浙江省乐清市仙溪镇高塘村，以发电为主，结合防洪、灌溉、养殖等综合利用。调节库容为1 531万m3，控制水位为43 m，相应高程为228.31 m。水轮机设计水头为136 m，设计流量为2×2.744 m3/s。

该站在原装机2×2 500 kW发电机组的基础上进行改造，扩容为2×3 200 kW，于2013年6月18日开始并网试运行发电。但是2号机组运行状态不理想，到2014年1月，其中2号机组出现水轮机有异响和前导瓦温过高等问题。本站、安装公司和水轮机厂家，经过多次的厂家的检测，现场的检修，始终无法使机组稳定处于理想的运行状态，机组会出现时好时坏的状况。特别是在2015年，出现不能满负荷发电的情况。当出现工况相对较差时，机组运行在满负荷附近时，前导瓦温度升高，可能会超过报警值60℃，所以2号机组只能采取降功率运行，使机组发电效率降低。

5.2基于Kingcan技术的应用

本站2号机组输出功率2 200 kW状态下运行，将2号机组发电功率提升至2 400 kW，实时监控各导瓦温度，运行2h后，前导瓦最高温度达到62℃。将2号机组从4月1日起到5月19日的运行数据收集，以供与技术实施后机组运行数据对比。前导瓦和推力瓦共用一个油箱，油箱油量约为120 L，中导瓦油箱油量约为80 L，后导瓦油箱油量约为80 L，在前导瓦油箱中加入86 mL修复剂，在中导瓦和后导瓦油箱中分别各加入57 mL修复剂，总计添加修复剂200 mL（86+57+57=200 mL）。实施时点为2015年5月20日上午10点，在机组运行状态下实施添加。

实施后，使2号机组基本处于发电状态，记录2号机组技术实施后的运行数据，包括前导瓦，推力瓦，中导瓦和后导瓦的温度和运行功率，记录时段为2015年5月20日到7月22日。在历时64 d中，2号机组处于发电时段为40 d，另24 d为停机未发电时段。

由于KINGCAN金属修复剂添加后，金属表面类陶瓷改性层的形成需要一定的时间，故添加后的初期仍保持机组发电功率（2 200 kW）不变，后续根据导瓦温度数据逐渐增加机组发电功率，由2 200 kW逐渐增大到2 400 kW、2 600 kW，最终于2015 年5月27日（技术实施后第7天）增加到2 700 kW。

5.3实施后数据分析

从理论上讲，合理的机组设计应使前导瓦、中导瓦、后导瓦的温度基本一致，推力瓦的温升随着负荷的增加而增加，随着负荷的减小而减小。为便于证明2号机组存在安装缺陷，将实施前和实施前每天记录的发电功率平均值和4个瓦温平均值绘成曲线，如图2所示。

图2　KINGCAN技术实施前后温度与功率记录曲线

（1）中导瓦温度无论实施前与实施后，均呈现逐渐上升的趋势，在发电功率从2200kW提升到2700kW的过程中（图2中的第13天到第17天），中导瓦温度未见明显的快速上升。说明中导瓦温度的上升趋势源于环境温度的上升，而非由功率提升引起的中导瓦温升。同时说明中导瓦的温升随着发电功率的提升增加不明显，且在2 700 kW运行过程中瓦温最高仅为52℃左右，仅从中导瓦温度来看，机组具有较大的进一步提升发电功率的潜力。

（2）推力瓦温度实施前波动较大，实施后平均温度略有上升趋势，与发电功率提升有关联，但波动幅度大幅减小，说明KINGCAN金属修复剂具有修复效果，且在2 700 kW运行的前段时期，最高温度在55℃左右，随着KINGCAN技术修复效果的逐渐发挥能否进一步降温有待进一步试验。如果不能进一步降温，则进一步提升发电功率的潜力有限；如果能进一步降温，则发电功率尚有进一步提升的潜力。

（3）无论是实施前还是实施后，前导瓦与后导瓦温度均呈现相反的趋势，即在同一发电功率下，前导瓦温度较高时后导瓦温度较低，前导瓦温度较低时后导瓦温度较高，与机组设计理念相悖。

由此可见，前导瓦温度与后导瓦温度应不随着发电功率的提升而发生变化，而是不论发电功率大小如何，前导瓦与后导瓦的温升总是呈相反的趋势，即不论发电功率大小如何，前导瓦温度高时，后导瓦温度较低，前导瓦温度低时，后导瓦温度较高。可见机组前后主轴存在严重不同心，且前后主轴中心高存在严重不稳定性，在机组多次起动发电时，时而前导瓦径向受力过大，时而后导瓦径向受力过大，在水落差基本一致的情况下，前导瓦径向受力较大时后导瓦径向受力就较小；前导瓦径向受力较小时后导瓦径向受力就较大。故前后主轴中心高不稳定是前后导瓦受力不稳定的主要原因，前后导瓦受力不稳定是前后导瓦温度不稳定的主要原因。故2号机组若经前后主轴中心高进一步调整并稳固后，发电功率尚有进一步提升的空间。