风电机组的油液分析监测技术

风电机组的油液分析监测技术
孙袁;戴敏章
【摘要】油液分析监测技术借助对油内磨屑微粒、设备润滑油和液压油的自身性
能的监测和分析了解设备操作中的零部件和润滑的磨损情况.从离线监测系统和在
线监测系统两个方面,阐述了油液分析技术在风电机组状态监测中的应用,并分析了
两种方法各自的优缺点,以及我国在风电机组线监测技术的现状.油液分析监测技术
是一种既有效又全面的设备状态监控和故障诊断技术,不仅能够掌握设备的运行状态,还能监控润滑油的质量,其在工程实践中有着重要的意义.
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2016(023)011
【总页数】2页(P26-27)
【关键词】油液分析监测技术;风电机组;状态监测
【作者】孙袁;戴敏章
【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450011;华北水利水电大学,河南郑州450011
【正文语种】中文
相接处的摩擦副，在机械设备中是普遍存在的，只要有相对运动，就会有摩擦和磨损的产生，摩擦不仅消耗材料和能源，造成资源的浪费，同时还会降低设备的寿命。

据统计，由于润滑不良导致异常磨损使得设备失效约占80%，总能源消耗的
1/3～2/3是因为摩擦损耗的[1]。

在实际生产过程中，机械设备通常采用添加润滑
材料(绝大多数是润滑油)的方式来减少摩擦损耗，延长设备的寿命[2-3]。

在不同的工作环境下，润滑油会受到各种因素的影响而受到不同程度的污染，特别是零件在长期运行中的磨损颗粒、金属的腐蚀产物、油液中外侵物质以及油液的物理和化学性质的变化所产生的胶质、沥青、油泥以及机械燃料燃烧产物等。

通过光学、电学、磁学等分析手段将采集到的润滑油或工作介质进行相关的理化性能指标分析，检测其中所含有的磨损和污染物等颗粒，最终获得机械设备的润滑和磨粒状态的信息，来判断设备的当前工作状况以及预测未来工作状况，为设备的正确维护提供有效的依据，达到预防性维修的目的，这种监测和分析的方法就是油液分析技术，又称为设备磨损工况监测技术[4]。

油液监测通常是监测一个或多个参数，主要监测对象有油质、水份、磨粒浓度和添加剂等，并以此来判定状态[5]。

油液监测系统分为离线监测系统和在线监测系统。

1.1 离线监测系统
离线监测主要采用定期采样的方式，将采集的油样送到相应的理化实验室进行分析，判断油液的质量状态和使用寿命。

这种方式可以较全面地获得所需的油样参数，这对于设备磨损状态及油品状况都能做出准确的判断。

但其缺点也是非常明显的。

1)离线检测的流程复杂，检测耗时较长，从油样提取、各参数的检测到得出最终结论需要较长时间，必然导致油样分析的滞后及延时，无法真正及时地诊断故障。

2)部分检测仪器价格昂贵，体积庞大，不适合在企业一级推广使用[6]。

3)取样不一定有代表性。

对于风力齿轮箱，用油量一般在600 L以上，只有几百毫升的离线取样，不能够发现真正的问题。

4)对于远离地面的风场的风机齿轮箱，不方便取样的设备难以开展定期的离线监测。

1.2 在线监测系统
在线润滑油状态监测则是在保证设备正常运行的情况下，通过实时监测在用润滑油，判定设备运行状况，其能有效避免重大事故的发生，并进行有针对性的维护和修理。

油液在线监测不必要测定和分析油液的全部参数，它通过获取监测指标的相关信息或者与标准值对比间接地反映相对变化值。

据统计，在一般机械部件的失效形式中，过度磨损或非正常磨损导致的失效占了70%以上[7]，因此一般选择磨粒浓度来作为检测对象。

磨损颗粒可以反映机械设备润滑系统的磨损状态。

对磨损形成机理研究成果表明：不同类型的磨粒来源于不同磨损形式，因此，不同类型的磨粒都具有其自身的特征。

磨损颗粒是磨损过程的产物，携带大量而丰富的有关磨损的信息。

分析这些信息的有关数据，可以了解相应的磨损状况。

一般来说，磨损量与磨损颗粒大小及浓度成正比，随着磨粒浓度的增加，磨损变得越来越严重[8-9]。

随着负载增大，磨粒大
小增大，将会导致磨损进一步加剧。

因此，磨粒越大对运动副的磨损影响越大。

(表1)
根据风电机组的运行特性和实时监测的局限性，在线监测主要是从反映设备磨损信息的以下几个参数进行监测：磨损铁磁大颗粒数量，小颗粒数量以及非铁磁颗粒数量；监测时间以及颗粒增长梯度，主要用于反映磨粒增加的速度；大小颗粒比值以及铁磁颗粒所占颗粒总数的比例，这主要反映了颗粒的分布特点。

同时，要求在线磨损监测系统能够满足：对磨粒大小的测量灵敏度高，且具有较大的测量尺寸范围；
可以判断磨粒的材质，不同的材质反映磨粒的不同来源，据此可预测磨损产生的原因和部位；通过对上述采集的数据进行处理，可以初步判断设备磨损状态，并进行有关预测分析；直观的诊断结果输出，并制定简单并与指标匹配的状态评价标准。

虽然相对于世界发达国家，我国利用油液监测技术起步较晚。

但经过二十多年的努力，我国在该领域已经取得明显的成效，已经拥有一支技术力量雄厚的科研、管理队伍。

然而，与国外成熟的油液监控系统相比，还存在着不小的差距，存在如下亟待解决的问题[10]。

1)缺少符合我国设备及环境的小型、手持式油液检测装置及监测检验方法的应用及理论研究。

2)缺少基于互联网技术的油液信息的研究及应用。

3)没有全国性的关于油液监控的权威性机构，同样没有健全油液监控的相关准则和标准。

4)真正的行业技术专家贫乏，因此，迫切需要建立远程的专家系统及远程诊断和监控。

目前，我国风力发电场越来越多且分布范围广、环境恶劣，一线的运维人员能力有限，遇到技术分析的问题无法有效解决，而行业专家又大都集中在研究所或相关的技术中心，与现场相距很远，仅仅靠出差进行救火式的方式远远不能达到工业应用的要求。

5)一线的运维人员、行业专家及最终的决策者之间缺乏一个便于交流及互助的平台，信息没有得到有效的共享，严重制约了我国油液监控的发展及提高。

油液分析监测技术借助对油内磨屑微粒、设备润滑油和液压油自身性能的监测和分析，了解设备操作中的零部件和润滑的磨损情况。

它是一种既有效又全面的设备状态监控和故障诊断技术，不仅能够掌握设备的运行状态，还能监控润滑油的质量[11]。

油样分析的工作流程：取样→油样分析→故障诊断→用户反馈。

油液分析的手段有：铁谱分析技术、光谱分析技术、理化分析技术、红外光谱监测及油温检查等。

油液分析技术对研究机械磨损部位和过程、磨损失效的类型、磨损机理有重要的作用，也是对机械设备进行状态监测时不解体、不停机进行故障诊断的重要手段。

取样后离线分析法是机械油液分析中最常使用的方法，如今随着传感器技术的提升，在线传感器无论是在成本还是功能方面都能达到状态监测的要求，故风电机组的油液在线监测也是未来发展的一个方向。

【相关文献】
[1] 高志朋. 风电设备变速箱润滑油在线监测及维护 [D]. 南京：南京航空航天大学，2013.
[2] 张照煌,张行．风力发电聚能型风轮理论及应用研究[J]．应用基础与工程科学学报，2010(7)：220-224．
[3] 巴鹏．润滑系统污染控制与设备车辆润滑技术[M]．沈阳：沈阳出版社，2005.
[4] 张行. 基于Labview的风电机组油液在线监测及运行状态评价系统 [D]. 北京：华北电力大学，2011.
[5] 周文新,周洪澍．机械设备的油液监测技术[J]．石油商技，2005(1)：28-30.
[6] 巴鹏．油液在线监测电容传感器的研制及在线测试方法研究[D]．沈阳：沈阳理工大学，2008．
[7] 蒋丽宁.车用汽油在线监测系统的设计及试验研究,[D].南京：南京理工大学，2004.
[8] 曹凯．油液监测技术及应用[J].合成润滑材料，2003(2)：45+47.
[9] 胡理琳．船用油液检测技术[J]．青岛远洋船员学院学报，2003(2)：42-44
[10]陈闽杰,曾安,李秋秋,等.在线监测——油液分析的未来之路[J].机电工程技术,2010,39(11):116-118.
[11]毛美娟. 机械装备油液监控技术与应用(第1 版)[M].北京:国防工业出版社,2006.
孙袁(1991-)，河南南阳人，硕士研究生。

研究方向：风电机组的故障诊断。