1、机械设备MACHINERYEQUIPMENTOct.2023Vo1.38,No.5LUBRICATINGOIL2023年1 0 月第3 8 卷第5期润滑油D0I:10.19532/21-1265/tq.2023.05.011文章编号：1 0 0 2-3 1 1 9文章编号：1 0 0 2-3 1 1 9（2 0 2 3）0 5-0 0 6 0-0 5风电机组齿轮箱油液监测新模式探讨梁培沛,孙玉彬,胡鹏，肖剑（龙源（北京）风电工程技术有限公司，北京1 0 0 0 3 4）摘要：油液监测是风电机组齿轮箱状态监测的一项重要技术手段，将齿轮箱的离线油液监测、在线油液监测和现场油液监测相结合，可以取长补
2、短，在提升检测实效性、降低检测成本和提升检测准确率等方面获得更优的解决方案，对于设备油液监测和状态监测领域有一定的借鉴意义关键词：风电；齿轮箱；油液监测；新模式中图分类号：TE626.3文献标识码：ADiscussion on the New Mode of Oil Monitoring in Wind Turbine GearboxLIANG Pei-pei,SUN Yu-bin,HU Peng,XIAO Jian(Long Yuan(Beijng)Wind-power Engineering Technology Co.,Ltd.,Beijing 100034,China)Abstract
3、:Oil monitoring is a key technical means of wind turbine gearbox state monitoring,off-line,on-line and fieldgearbox oil monitoring are integrated to complement each other to get better solutions in improving detection effectiveness,reducing detection costs and enhancing detection accuracy,and it has
4、 certain reference significance in the field of equip-ment oil monitoring and state monitoring.Key words:wind power;gearbox;oil monitoring;new mode0引言齿轮箱是风电机组主传动链中的重要部件之一，目前普遍采用油液监测的方法来监控齿轮箱润滑油的性能变化趋势，进而评估齿轮箱的运行状态。具体是通过油样中的黏度、元素成分、磨损颗粒含量等参数，来表征齿轮箱中润滑油的理化指标，以及齿面和轴承等摩擦副的磨损状况。油液监测技术在风电领域应用以来，其在提高机组齿轮箱等
5、大部件的运行可靠性方面发挥了重要作用，现已成为风电机组技术监督必不可少的一项技术手段11目前主要的风电机组齿轮箱油液监测模式目前，国内风电行业采取的油液监测模式主要是离线油液监测，即风电场运维人员定期在机组齿轮箱上取样，然后邮寄到专业的油液监测实验室进行检测分析。然而，随着在役机组的不断增多，单纯的离线油液监测模式存在的问题已经逐步显现出来：一是取样、寄送等客观时间的占用，导致收样后的检测工作相对滞后，造成风电场对突发性的齿轮箱润滑故障来不及做出快速决策，实效性有待提高；二是大量油样（尤其是大量结论正常的油样）的邮寄、检测、分析，耗费了实验室相当多的人力、物力、财力，也导致实验室检测工作量剧增
6、，无法对有疑问的油样进行全面细致分析；三是海上风电场等环境复杂的机组取样困难，离线检测成本增加 2 。同时，齿轮箱在线油液监测技术和现场便携式油液监测技术正逐步发展：（1）在线油液监测技术发展多年，已较为成熟，其优点是实时监测、报警及时，监测是动态连续的，无故障点遗漏风险；而且是直接对回油管或齿轮箱中的油液进行分析，避免了取样不规范造成离线检测结果失真的风险。其缺点是成本较高，单套成本价格相对来说比较昂贵。（2）现场便携式油液监测技术随着军方的广泛应用而获得快速发展，目前该技术也在非军事领域也获得应用。其优点是仪器集成化、小型化，现场携带方便，可现场迅速进行油样检测。其缺点是虽然单套MACHI
7、NERYEQUIPMENT机械设备61第5期梁培沛等.风电机组齿轮箱油液监测新模式探讨设备的成本控制上比在线监测系统成本低，但如果普遍在多个风电场广泛应用成本又偏高 3 。鉴于风电机组齿轮箱离线油液监测所暴露的问题，以及在线油液监测和现场便携式油液监测技术成本高的缺点，开展风电机组油液监测新型模式的应用研究，探索一种将离线油液监测、在线油液监测及现场便携式油液监测结合起来的新模式，形成一种相互结合、相互补充、切实可用的新型油液监测模式，降低油液监测成本，提高油液监测准确度和时效性，对提高风电机组的可靠性运行具有重要意义。风电机组齿轮箱新型油液监测模式的探索方向2.1各模式的优缺点及其结合方式齿
8、轮箱的离线油液监测、在线油液监测和现场油液监测各有其优缺点，由于在线监测系统成本较高，在所有现役机组安装在线监测系统是不现实的。为了筛选大量正常油样，克服离线监测存在的缺点，采用现场油液监测技术是一个可行的选择，即在每个风电场现场配置一台便携式油液监测仪器，进行现场检测。文章将三种油液监测模式有机结合起来，解决不同工况的风电场采用何种监测方式更合理、更经济、更有效等,从而探索整合成一种既能相互结合、又能相互补充的油液监测新型模式，克服单纯离线油液监测的缺点。在本部分要解决的问题是离线油液监测、在线油液监测和现场油液监测这三种监测模式如何布局，如何有机结合，从而形成一种完整的监测模式。在线油液监
9、测装置、现场便携式油液监测设备的联合研发。调研市场上相关设备生产厂商，试用其设备，并提出改进建议，共同推进监测设备升级迭代，最终筛选出一套较适合在风电场应用的在线油液监测装置、现场便携式油液监测设备。齿轮箱新型油液监测分析系统的研究。在风电机组齿轮箱上安装在线油液监测系统后，可在风电场中控室保存监测数据，同时可将数据同步至油液监测中心，这需要在油液监测中心配置一套油液监测分析系统，该系统具有如下功能：（1）可录入离线实验室油液监测数据，并具备数据分析、结果判别、报告生成等功能；（2）可通过端口协议接收来自各风电场的在线油液监测系统的监测数据，及时对数据做出判断,对异常数据给出预警，并可出具在线
10、油液监测报告；（3）可授权风电场现场运维人员，通过适当方式录入便携式设备检测的数据，并能进行分析判别。2.2新检测模式的实现路径为了保障项目的顺利开展，制定项目执行过程中的技术路线以及分析关键问题与提出解决方法。项目背景及需求调研：包括齿轮箱离线油液监测存在的问题；在线油液监测技术；现场便携式油液监测技术；国内外研究现状和发展趋势以及风电领域的应用案例。新型监测模式规划和确立：包括分析三种监测模式特点与应用场合；研究三种监测模式的结合方式，兼顾有效性、可行性、经济性。仪器筛选：包括在线油液监测装置、现场便携式油液监测仪器的市场调研和筛选；试用后向厂家做意见反馈；推进设备功能改进和产品送代；该过
11、程中需确定监测哪些关键的理化指标，从而能以较低的投人摄取较多的、关键性的油液监测信息，指导现场运维。软件研发：包括将三种监测模式有机结合起来，新型模式油液监测综合分析诊断系统软件（包括结构和功能等）测试结果良好，对油液品质监测精确率较高，信息化、智能化程度较高。2.3新检测模式的实施方案文章主要将三种油液监测模式有机结合起来解决具备什么条件的风电场采用在线监测方式更合理；具备什么条件的风电场用现场便携式油液监测方式更合理；如何将三者有机结合起来更经济、更有效等等；探讨一种新型监测模式，整合成一种既能相互结合，又能相互补充的油液监测新型模式，解决单一的离线油液监测模式所存在的问题，克服单纯离线油
12、液监测的缺点。此外，文章对齿轮箱新型油液监测与诊断系统进行研究。各风电场每台机组齿轮箱安装在线油液监测系统后,除了在风电场存有监测数据外，还将数据及时传至油液监测中心，这要在油液监测中心有一个新型的油液监测与诊断系统，该系统具有如下功能：（1）可接纳来自风电场风电机组的在线监测系统的监测数据、及时发出注意与报警信号；（2）可录人离线油液监测数据，并生成报告；(3)能接纳来自风电场现场便携式油液监测数据。3目前主要的三种油液监测方式3.1风电在用润滑剂主要检测指标及其意义对于不同的监测方式，其主要的检测指标都如机械设备MACHINERYEQUIPMENT622023年第3 8 卷滑润油表1 所示
13、 4-5表1 所示表1 主要监测指标项目指标定义指标意义运动黏度（40)/mm.s-1液体在40 流动时分子间因内摩擦产生黏性的大小适当的运动黏度可保证合理的油膜厚度，避免摩擦副的表面直接接触，是抗磨减摩的基础性指标颗粒污染度单位体积润滑油中固体污染物的含量，通常用每毫升控制污染度可以降低摩擦副中“三体磨损”的风润滑油中所含一定尺寸的固体颗粒数等级表示险，降低异常磨损风险酸值/mg KOHg-1润滑油中所含酸性物质的量，通常用中和1 克润滑油酸值是控制油品劣化程度的重要指标，受高温、水中全部酸性成分所需要的氢氧化钾的毫克数来表示分的影响较大，合成油的酸值变化较为缓慢水分/mgkg1润滑油或润滑
14、脂中所含有的水分的量水分的超标可导致油膜不连续、油品氧化速度加快铁元素/mgkg-1润滑油或润滑脂中所含有的磨损铁元素的量根据铁元素的含量可推断齿轮面或管道等铁质摩擦副是否存在异常磨损铜元素/mgkg=1润滑油或润滑脂中所含有的磨损铜元素的量：根据铜元素的含量可推断轴承保持架等铜质摩擦副是否存在异常磨损工作锥入度/0.1 mm衡量润滑脂稠度及软硬程度的指标，指在规定的负锥人度值越大，表示润滑脂越软，反之就越硬荷、时间和温度条件下锥体落入试样的深度滴点/润滑脂由半固态变为液态时的温度，是评价润滑脂高与润滑脂的高温附着性能紧密相关温性能的指标3.2离线实验室监测的典型流程和环节国内风电场日益重视对
15、风电设备的状态监测，并引人了诸如振动监测、油液监测等技术手段。目前，绝大多数风电机组齿轮箱采用的油液监测手段为离线实验室监测，即由专人从设备的固定取样点上定期提取代表性的油样，及时送至实验室进行检测、分析，之后由实验室将结果报告给风电现场用以指导设备运维 6 。其主要流程如图1 所示。设备提取运维油样反馈理化现场检测分析建汉图1风电场油液监测典型流程3.3便携式油液监测设备便携式多功能油品检测仪对于油品的多种参数，如：运动黏度、密度、水含量、介电常数、PQ值和金属磨粒等进行检测，实验数据稳定，重复率高，可以在磨损早期就检测到设备的异常磨损，避免因磨损产生的严重损失。便携式油液监测仪外观及软件界
16、面如图2 所示祥品编号0开始确定检测进样/清洗停止选转图2PULE-BK10F便携式油液检测仪外观及软件界面其产品优势在于 7-8（1）实验室监测会更精确，但是需要把油液快递到实验室，然后用各种试剂进行测试，这样增加了时间、检测费用等。便携多功能油品检测仪的开发成功，实现了油样的现场即时测试。只需要把样品放人专用油盒，即可快速测试PQ值、黏度、水分等结果。（2）便携多功能油品检测仪可以测量油脂样品或油样品中的金属磨损颗粒、微水、黏度、温度、介电常数、密度等指标。无论何种类型的颗粒，始终确保使用一致的取样程序，采集有代表性的样品。这将确保为机器提供最准确的测试结果和趋势数据3.4在线油液监测系统
17、在线油液监测装置可用于齿轮箱的状态监测，采用高黏度流体振动传感技术、高分子薄膜电容技术和铁磁磨粒感应技术，能实时监测设备在用油液的劣化状态、污染状态、磨损状态。系统一般由1 台MACHINERYEOUIPMENT机械设备63第5期梁培沛等.风电机组齿轮箱油液监测新模式探讨控制计算机（简称：上位机）与多台（根据用户需要配置）采集器（简称：下位机）组成，可同时实现监测多台机械设备在用润滑油的黏度、水分、温度、磨损颗粒信息。对监测获取的油液定量信息进行趋势分析，根据实际机组的工况设置故障预警 9-1 0 。监测模块内部构造见图3。实际安装图见图4。电源开关出口管道清洁度/金属磨粒传感器进油管道泵预留
18、位置水分传感器数据采集板黏度传感器网关图3在线油液监测模块内部构造图4在线油液监测实际安装4新型油液监测模式的建立通过建立LIMS信息化系统，将离线、在线和便携三种监测方式的数据统一接入系统11-12。系统架构如图5所示实验分析模块体系管理模块基础台账架构建立监测计划原数据库迁移接收样品扫码硬件人员台账LIMS实验数据实验数据采集文件标准存储在线便携预留数据自动分析耗材出人库技术监督系统报告生成推送质量监督控制报警回访跟踪数据统计分析图5油液监测LIMS信息化系统功能架构5新模式的应用情况与效益评估5.1经济效益通过项目成果，将风电机组油液的离线监测方式、在线监测方式和现场便携式监测方式有机结
19、合，极大的降低油液监测人工、物流和时间等成本。相较离线实验室检测模式，本文研究的新模式平均单台检测时间投入下降1 5%，综合成本下降1 0%同时，进一步提高油液监测准确程度和实效性，并及时预报可能出现的磨损故障并及时处理，提高风电机组的可靠性，减少机组的非计划停机时间，提高发电生产率，降低维修成本。2 0 2 1 年1 月至2 0 2 2 年9 月期间，通过离线监测、在线监测和现场便携式检测相结合的油液监测新模式，共预警各风场齿轮箱磨损53 台，按照齿轮箱维修或更换部件成本3 5万元/台（保守计算），每年平均节约齿轮箱维修更换成本达1 0 0 0 万元以上。同时，该时段内制定了多项润滑管理标准
20、和规范，使风电场有据可依，并在现场推行润滑管理规范化操作，近两年因润滑磨损的设备故障较2 0 1 7 2 0 1 9 年降低20%以上，实施定期的油液监测和有序的按质换油，每年为各风场节约换油成本8 0 0 万元以上。以上两项，共计节省设备运行成本超1 8 0 0 万元/年。5.2社会效益齿轮箱新型油液监测模式研究建立了一套风电机组关键部件的油液监测新模式，并辅以检测设备、分析系统的软硬件更新，使整体检测能力有了明显的提升，同时降低油样在取样、邮寄和检测等各环节传递的成本，降低了取样不规范、离线检测实效性差可能导致的严重磨损故障。同时，通过对油质的持续监测，推行按质换油，有效延长了油品的使用时
21、间，降低了更换频次和总体润滑成本。通过油液监测的磨损预警、按质换油，每年为各风场可节约设备润滑及运维成本40%以上。在保障设备运行安全方面起到“既重发现，更重预防”的良好效果，提升了风电机组大部件可靠性管理水平。相关研究成果为风电行业油液监测提供了全新探索方向，有利于实现更加精细化的设备润滑管理方式。6结结论将齿轮箱的离线油液监测、在线油液监测和现场油液监测相结合，可以取长补短，在提升检测时效性、降低检测成本和提升检测准确率等方面得到更优的解决方案，在设备油液监测和状态监测领域有一定的借鉴意义。机械设备MACHINERYEOUIPMENT上接第1 0 页）642023年第3 8 卷滑润油参考文
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