CN108693335A - 风电机组润滑油在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器检测技术领域，具体涉及一种风电机组润滑油在线监测系统。本发明的风电机组润滑油在线监测系统，检测腔，用于容纳所述风电机组中的润滑油；磨损检测装置，所述检测装置设置在所述检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油中的颗粒物；油品检测装置，所述油品检测装置设置在检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油的油品质量；处理装置，用于接收并处理所述磨损检测装置和所述油品检测装置的输出信号；总控装置，用于分析所述处理装置发送的数据并进行报警。本发明提供的风电机组润滑油在线监测系统，能够实时检测风电机组中润滑油中物质成分的变化，快速响应和排除机组故障，提高机组可用率，减少发电量损失。

Description

风电机组润滑油在线监测系统

技术领域

本发明涉及传感器检测技术领域，具体涉及一种风电机组润滑油在线监测系统。

背景技术

风电机组是风力发电的核心设备，其投资约占总投资的70％。风力发电机组由于大多安装在野外，且机组位于几十米高空，不便于进行油液取样离线分析，因此在线监测已经成为新的前沿技术并加以推广。目前在我国，大型风电机组多已采用了在线振动监测的非预防性监测技术，而当有异常振动信号输出时，齿轮或轴承已开始发生非正常磨损。

润滑油如同人体的血液，其各项物理化学特征也能反映机组的运行状况，如铁磁颗粒含量变化趋势能反映设备的磨损状况，直观表示设备的磨损烈度，可帮助我们更早的预防性维护设备；粘度的变化会引起设备的异常磨损，而温度、水分、异常磨损颗粒、油品混用等因素都能引起粘度的变化；酸值是油品变质劣化的一个重要指标参数，酸值过高就说明油品已经劣化严重或者混入强酸等污染物；水分超标是润滑系统最大的危害之一，长时间使用水分超标的润滑油运行，设备寿命会急剧降低。传统的定期检测只能对油品的化学和物理性能分析，而如上所述的外界或内部产生的水和污染物短期内聚集或突然增加，设备的早期磨损故障，通过常规检验是不可能检测到的。目前国内风电机组的润滑油监测通常每半年取样分析一次来对润滑油状态监测，但测量结果的获得具有较大的滞后性，因此，风电机组齿轮箱润滑在线监测变的越来越重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的风电机组润滑油在线监测系统，能够实时检测风电机组中润滑油中物质成分的变化，快速响应和排除机组故障，提高机组可用率，减少发电量损失。

本发明提供的风电机组润滑油在线监测系统，包括：检测腔，用于容纳风电机组中的润滑油；磨损检测装置，所述检测装置设置在所述检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油中的颗粒物；油品检测装置，所述油品检测装置设置在检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油的油品质量；处理装置，用于接收并处理所述磨损检测装置和所述油品检测装置的输出信号；总控装置，用于分析所述处理装置发送的数据并进行报警。

本发明提供的风电机组润滑油在线监测系统，可获实时取润滑油的多项参数，通过数据对比监控润滑油换油/过滤等，显著提升设备管理工作效率和能力，优化备件管理及维修计划，减轻取样人员劳动强度，保障工作人员安全。基于先进的预知维护技术，快速响应和排除机组故障，减少因故障和检修等因素导致的停机时间，提高机组可用率，减少发电量损失。

优选地，所述磨损检测装置包括铁磁颗粒传感器、颗粒传感器中的至少一种。

优选地，所述油品检测装置包括粘滞度传感器、酸传感器、水分传感器、介电常数传感器中的至少一种。

优选地，所述酸传感器用于与酸反应的敏感表面为铁或镍。

优选地，所述酸传感器设置在靠近所述检测腔底部的位置，所述酸传感器的敏感表面朝上。

优选地，所述检测腔内还设置有温度传感器。

优选地，所述检测腔的出油口设置在高于所述磨损检测装置和所述油品检测装置的侧壁上。

优选地，所述检测腔的进油口设置在所述检测腔顶壁的中间。

优选地，所述粘滞度传感器设置在所述检测腔中远离所述出油口的一端。

优选地，所述铁磁颗粒传感器、颗粒传感器、所述酸传感器、所述水分传感器、所述介电常数传感器设置在所述出油口和所述进油口之间。

优选地，所述处理装置与所述总控装置之间通过有线或无线的方式进行通讯。

优选地，所述总控装置用于根据分析所述处理装置发送的数据生成监测参数的趋势图和报表。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的风电机组润滑油在线监测系统的结构框图；

图2为为本实施例提供的风电机组润滑油在线监测系统在风电机组中的安装示意图；

图3为安装有镀铁晶振片的5MHz酸传感器与PH值为3.79的醋酸溶液反应的试验数据；

图4为生成的监测参数的趋势图；

图5为本实施例提供的检测腔内进油口、出油口、传感器的分布示意图。

附图标记：

1-检测腔；2-磨损检测装置；3-油品检测装置；4-处理装置；5-总控装置；21-铁磁颗粒传感器；22-颗粒传感器；31-粘滞度传感器；32-酸传感器；33-水分传感器；34-介电常数传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，本实施例提供的一种风电机组润滑油在线监测系统，包括：检测腔1，用于容纳风电机组中的润滑油；磨损检测装置2，检测装置设置在检测腔1内部，用于检测流过检测腔1的润滑油中的颗粒物；油品检测装置3，油品检测装置3设置在检测腔1内部，用于检测流过检测腔1的润滑油的油品质量；处理装置4，用于接收并处理磨损检测装置2和油品检测装置3的输出信号；总控装置5，用于分析处理装置4发送的数据并进行报警。

图2为本实施例提供的风电机组润滑油在线监测系统在风电机组中的安装示意图。风电机组油循环管道中的润滑油通过在线监测系统的进油口流入检测腔1内，与磨损检测装置2、油品检测装置3中的传感器发生反应后从出口流回油循环管道中，处理装置4对磨损检测装置2、油品检测装置3的输出信号进行处理后发送给远程的总控装置5，总控装置5再分析接收到的数据，进行数据的显示以及报警。由于在线监测系统串接在油循环管道中，绝缘油不断地流过磨损检测装置2、油品检测装置3，一旦绝缘油的某项指标出现异常，可以及时发现并进行报警，这样就形成了对风电机组的实时监测。

本实施例提供的风电机组润滑油在线监测系统，可获实时取润滑油的多项参数，通过数据对比监控润滑油换油/过滤等，显著提升设备管理工作效率和能力，优化备件管理及维修计划，减轻取样人员劳动强度，保障工作人员安全。基于先进的预知维护技术，快速响应和排除机组故障，减少因故障和检修等因素导致的停机时间，提高机组可用率，减少发电量损失。

其中，磨损检测装置2包括铁磁颗粒传感器21和颗粒传感器22中的至少一种。铁磁颗粒传感器为电容式或者阻抗式传感器，当油液中铁磁颗粒吸附到传感器表面时会引起电容或者阻抗的变化。吸附铁磁颗粒依靠传感器背部的磁铁或电磁铁。

通过异常铁磁颗粒捕获，铁磁颗粒传感器21可以有效监测出传动链的早期故障，并进行及时维护，避免发展成为更为严重的故障，延长部件的使用寿命，降低风机维修成本。可以有效避免因故障停机导致的非计划维修，提高风机可用率和发电量。

颗粒传感器22可以是光学颗粒物质传感器，其采用一种降低光学散射传感器噪音的光学黑盒子，其结构类似现在大量使用的光学散射式烟雾警报器，通过反射截面的设计使得当无杂质颗粒和气泡存在时，相互有一定角度的发光管(LED)和光电管(PHOTO-DETECTOR)无法产生输出信号，当检测到有颗粒物存在时，则会产生输出信号，以达到对杂质和颗粒物的检测目的。

其中，油品检测装置3包括粘滞度传感器31、酸传感器32、水分传感器33、介电常数传感器34中的至少一种。粘滞度传感器31用于检测润滑油的粘滞度，酸传感器32用于检测润滑油中的酸含量，水分传感器33用于检测润滑油中的水分含量，介电常数传感器34用于检测润滑油的介电常数。通过上述多种传感器在线监测润滑油的油品质量，判断润滑油自身衰变和外界污染的程度，以便准确制定换油期限。

当然，在具体应用过程中，也可以根据实际需要摄取的参数种类及要求的不同而选取上述传感器中的一种或几种。

油品检测装置3中的酸传感器32包括石英晶振片、涂覆在石英晶振片两个相对面上的敏感表面、石英振荡电路。敏感表面采用能被酸腐蚀的材料制成，如金属或合金材料，石英振荡电路的两个电极分别设置在石英晶振片的上下两面，再加上外壳封装即可，封装时敏感表面裸露在外壳表面。使用时，将石英振荡电路的输出连接至处理装置4对应的接口即可采集输出信号，输出信号的频率变化越快，表明绝缘油中氢离子含量越高，根据实验数据可以得到频率变化速率和绝缘油中氢离子含量的函数关系，在监测过程中根据测量得到的绝缘油中的氢离子和函数关系就可以实现变压器绝缘油质量的监测报警。处理装置4中设置有对输出信号进行分析的装置，可以通过相应电路和分析信号频率的软件实现，这些都是信号采集和分析中常用的手段，在此不再赘述。由于酸传感器32检测的是离子化的氢离子，氢离子本身和金属敏感表面(铁，镍等)容易亲和反应，在常温下(10-20度)即可达到较高的反应速率。图3为安装有镀铁晶振片的5MHz酸传感器32与PH值为3.79的醋酸溶液反应的试验数据，试验温度为室温(26摄氏度)；试验前，酸传感器32在空气中的振动频率为4993236Hz；经过32分钟的连续观察，传感器的输出频率在12.5分钟时开始呈现明显的上升趋势，判断开始发生化学反应，试验结束后试验前后频率变化总计380Hz，反应速率稳定在15Hz/min(900Hz/h)。变压器中的绝缘油温度较高(可达到150-200摄氏度)，即使经过管路(或油路)降温后进入检测腔1内时，依然有相当高的温度(大概有60-90摄氏度)，温度越高，反应速率越快，因此实际在使用时，反应速率还要比试验数据快。因此，酸传感器32用于与酸反应的敏感表面优选使用铁、镍或铁合金、镍合金制成，其在室温下就与氢离子能有较好的反应速率，灵敏度高；且测量得到的频率变化稳定，测量数据有很好的线性度，保证了测量数据的稳定性和可靠性；由于采用的酸传感器32灵敏度较高，可以根据经验设置多级预警值，延长预警时间，给维护人员预留了足够的检修时间。

由于酸的密度比油大，绝缘油中的酸容易沉积到检测腔1下部，为了提高检测酸的精度，酸传感器32设置在靠近检测腔1底部的位置，酸传感器32的敏感表面朝上，使绝缘油中的酸与酸传感器32的敏感表面充分接触，提高反应效率，增加测量精度。

由于传感器输出的信号还与温度有关，为了消除温度的影响，提高测量精度，检测装置中还包括温度传感器，处理装置4根据温度传感器返回的温度值，对其它传感器检测的数据进行修正。

其中，处理装置4可以采用CPU、FPGA、DSP、ARM、ASIC，或者其他具有相同功能的微处理器芯片实现，可根据实际应用的具体情况进行选择设计，此处不作赘述。

其中，处理装置4与总控装置5之间通过有线或无线的方式进行通讯。

其中，总控装置5用于根据分析处理装置4发送的数据生成监测参数的趋势图和报表，供监控人员实时查看参数趋势，如图4所示，起到预警作用，根据趋势图和报表可以实现健康预警、危险报警、趋势异常变化报警等功能。

其中，总控装置5可以通过网络与web云端连接，上传各地系统采集的监测数据，利用大数据分析部件失效原因，为机组设计和制造的改进提供支撑。

如图5所示，检测腔1的出油口设置在高于磨损检测装置2和油品检测装置3的侧壁上，这样可以保证润滑油在检测腔1内流动过程中液面高度始终高于磨损检测装置2和油品检测装置3内的传感器，保证传感器的敏感表面始终与润滑油接触，提高测量数据的准确度以及监测系统的可靠性。

润滑油的粘滞度较大，在低温下容易出现凝脂现象，导致润滑油流动不畅，降低检测精度，因此，风电机组中会加热润滑油，防止出现凝脂现象。如图5所示，检测腔1的进油口设置在检测腔顶壁的中间，可以缩短润滑油在检测腔1内的流动距离，控制润滑油的降温幅度。在满足测量要求的前提下，尽可能减小检测腔尺寸、缩短输油管道，以缩短润滑油在检测腔1内的流动距离，避免润滑油因温度降低导致流动不畅，并增加输油管道口径。

如图5所示，基于上述出油口和进油口的设置位置，为了保证传感器尽可能与流动的润滑油接触，以增加测量灵敏度，铁磁颗粒传感器21、颗粒传感器22、酸传感器32、水分传感器33、介电常数传感器34设置在出油口和进油口之间。液体流速越快，粘滞度传感器31的测量误差越大，为了能提高润滑油粘滞度测量的准确性，将粘滞度传感器31设置在检测腔中远离出油口的一端，这一部分的流速相对较小。

本实施例提供的风电机组润滑油在线监测系统，实现了在线监测油品质量，通过判断油品自身衰变和外界污染的程度，准确制定换油期限；实时监测设备状态，实现设备视情维修，降低维修费用，使设备使用更加合理，降低间歇性故障率，延长设备使用寿命；辅助设备故障诊断和原因分析，预测预防设备故障；提供润滑系统失效的高级报警；通过缩减检查成本、故障时间和库存，降低设备全寿命周期的成本；为设备制定合理的磨合规范提供数据支撑；结合web云端，为大数据提供数据采集、挖掘服务，可利用大数据分析部件失效原因，为机组设计和制造的改进提供支撑。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于，包括：

检测腔，用于容纳所述风电机组中的润滑油；

磨损检测装置，所述检测装置设置在所述检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油中的颗粒物；

油品检测装置，所述油品检测装置设置在检测腔内部，用于检测流过所述检测腔的润滑油的油品质量；

处理装置，用于接收并处理所述磨损检测装置和所述油品检测装置的输出信号；

总控装置，用于分析所述处理装置发送的数据并进行报警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨损检测装置包括铁磁颗粒传感器、颗粒传感器中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述油品检测装置包括粘滞度传感器、酸传感器、水分传感器、介电常数传感器中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述酸传感器用于与酸反应的敏感表面为铁或镍。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述酸传感器设置在靠近所述检测腔底部的位置，所述酸传感器的敏感表面朝上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述检测腔内还设置有温度传感器。

7.根据权利要求3中任一项所述的系统，其特征在于，所述检测腔的出油口设置在高于所述磨损检测装置和所述油品检测装置的侧壁上。

8.根据权利要求7中任一项所述的系统，其特征在于，所述检测腔的进油口设置在所述检测腔顶壁的中间。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述粘滞度传感器设置在所述检测腔中远离所述出油口的一端。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述铁磁颗粒传感器、所述颗粒传感器、所述酸传感器、所述水分传感器、所述介电常数传感器设置在所述出油口和所述进油口之间。