風(fēng)電是資源潛力大、技術(shù)基本成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應(yīng)對氣候變化的新形勢下，越來越受到世界各國的重視，并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用。隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，風(fēng)機數(shù)量在急劇增加。目前，我國大約有6萬臺風(fēng)機，新機組的不斷投運，舊機組的不斷老化，使得提高風(fēng)機的利用率，降低設(shè)備的故障率和故障時間，避免設(shè)備突發(fā)故障，成為風(fēng)電運營商日常設(shè)備維護與檢修工作的主要目標(biāo)。

 

風(fēng)電場設(shè)備維護現(xiàn)狀

 

縱觀設(shè)備的維護歷史，設(shè)備維護方式一般來說可概括為事后維修、預(yù)防性維護和改善性維護三種。在這三種維護方式中，以預(yù)防性維護最為常見。目前，預(yù)防性維護又可分為周期預(yù)防性維護和狀態(tài)維護兩種方式。

 

周期預(yù)防性維護即以一定的時間為周期，有計劃地安排預(yù)防性維護活動，維護的目的是預(yù)防故障的發(fā)生。周期預(yù)防性維護針對故障的基本思想是“預(yù)防為主”，強調(diào)維護設(shè)備的安全性，并兼顧維護活動的經(jīng)濟性。

 

狀態(tài)維護是一種以設(shè)備技術(shù)狀態(tài)為基礎(chǔ)的預(yù)防性維護方式。它根據(jù)設(shè)備的日常點檢、定期檢查、連續(xù)監(jiān)測和故障診斷提供的信息，經(jīng)過統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)處理，來判斷設(shè)備的惡化程度。或由維護人員根據(jù)參數(shù)的變化趨勢或幅值變化做出判斷，并在故障發(fā)生之前對設(shè)備進行有計劃的適當(dāng)維護。狀態(tài)維護方式不規(guī)定設(shè)備的使用時間，能有效避免“維修不足”和“維修過度”，充分利用設(shè)備壽命。使維護工作量維持在較低水平，是一種經(jīng)濟合理的優(yōu)化維護方式。目前，狀態(tài)維護的應(yīng)用比較普遍，比如發(fā)電機、飛機發(fā)動機等。但狀態(tài)維護也存在一定不足，即只考慮了設(shè)備當(dāng)前的運行狀態(tài)，而沒有考慮或較少考慮設(shè)備未來的運行情況。

 

新的觀念是采用智能維護（IM，Intelligent Maintenance）系統(tǒng)，智能維護系統(tǒng)是在狀態(tài)維護基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全新的預(yù)測性維護方式，其目的在于實現(xiàn)設(shè)備接近于零故障的運行效率。通過融入嵌入式智能代理技術(shù)和性能衰退預(yù)測技術(shù)，智能維護不僅提供了設(shè)備性能衰退監(jiān)測的低成本解決方案，也使得企業(yè)在制定維護計劃和準(zhǔn)備維護資源（如備品備件）時的時間余量更為充足。特別是在備品備件的庫存管理上，智能維護可使維護所需的備品備件庫存大幅降低，從而為企業(yè)節(jié)約維護所需的庫存成本。2002年，智能維護被美國財富雜志評選為未來制造業(yè)最熱的三項技術(shù)之一。

 

我國從2006年開始大面積采用風(fēng)機發(fā)電，大多數(shù)風(fēng)電機組已經(jīng)運行了5年，齒輪箱故障無法避免。隨著機組運行對間的加長，目前這些機組陸續(xù)出現(xiàn)了故障（包括風(fēng)輪葉片、電機、增速齒輪，及控制系統(tǒng)等），導(dǎo)致機組停止運行，嚴重影響發(fā)電量，造成經(jīng)濟損失。

 

目前，中國風(fēng)電場主對運行維護的預(yù)算比較低，維護費用可以做得很便宜，但長期來看不值，3年、5年好對付，一旦風(fēng)機運行超過10年，維護成本會有一個迅速上升的趨勢。這時，風(fēng)機的故障會越來越多，問題也會越來越大，前面少花的錢會在這個時期補回來，而且還影響風(fēng)機的壽命。而選用合適的維護方法，則可以讓風(fēng)機在保持高可利用率的前提下，運行25年到30年。國外風(fēng)機場主這方面已經(jīng)走在了前面。目前有很多國際知名企業(yè)已把智能維護技術(shù)作為企業(yè)的主要發(fā)展戰(zhàn)略以促進維護策略從平均故障間隔到平均衰退間隔的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)備和產(chǎn)品在其生命周期中近乎零的故障發(fā)生率，從而大大提高國際市場的競爭力。

 

風(fēng)電油液在線監(jiān)測必要性

 

機械設(shè)備80%的隱患來自于潤滑，磨損故障是風(fēng)機等大型設(shè)備失效的主要原因。潤滑油是機械設(shè)備的“血液”，它在機械設(shè)備中起著密封、潤滑、減磨、冷卻、清洗、減振和防腐等重要作用，但它本身也“藏污納垢”。這些污染物包括有：零部件的磨損顆粒、腐蝕產(chǎn)物，此外潤滑油和添加劑在一定程度上無一不與機械設(shè)備及潤滑油的使用狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，同時作為一種載體，在用潤滑油中蘊藏著豐富的來自機器運動副表面的摩擦學(xué)狀態(tài)信息。對其性能及所攜帶的磨損產(chǎn)物的分析，可有效地評價機械的磨損狀態(tài)。監(jiān)測油液指標(biāo)就如同給齒輪箱“抽血”化驗，用最科學(xué)、最直觀的數(shù)據(jù)幫助工作人員及早地發(fā)現(xiàn)某些故障信號，從而及時維護，避免故障發(fā)生，延長使用壽命。

 

油液狀態(tài)監(jiān)測的首要目的就是對油品劣化、污染和機械磨損的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警。首先，機械磨損的早期發(fā)現(xiàn)是設(shè)備視情維護的基礎(chǔ)，可以在設(shè)備發(fā)生嚴重磨損與失效之前安排檢修，減少設(shè)備損壞；其次，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)合理安排檢修時間，減少故障停機和定期檢修對生產(chǎn)的影響；再次，提高了設(shè)備的平均故障時間，提高了生產(chǎn)率。

 

目前我國風(fēng)機設(shè)備的維護主要是定期維護和實驗室離線油液分析。定期維護存在的問題主要維護成本高，而且隨著設(shè)備老化定期維護周期逐步降低，從而造成很大的維護成本浪費；而實驗室油液離線分析則主要存在檢測時間長；部分檢測儀器價格昂貴，體積龐大，不適合在企業(yè)一級的推廣使用；取樣不具有代表性；送檢周期太長；應(yīng)用地域有限制等問題。

 

相對于離線油液檢測，實現(xiàn)風(fēng)電機組遠程在線狀態(tài)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化已勢在必行。首先在線監(jiān)測能夠具有實時監(jiān)測的優(yōu)勢，完成一次在線監(jiān)測一般只需要幾分鐘到十幾分鐘。現(xiàn)場服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)將風(fēng)電場和風(fēng)電機組的數(shù)據(jù)實時傳送到遠離風(fēng)電場的遠程監(jiān)測中心，在遠程監(jiān)測中心上直接顯示風(fēng)電場運行狀態(tài)，實時顯示風(fēng)電機組的設(shè)備狀態(tài)，數(shù)據(jù)同時自動存入數(shù)據(jù)庫。其次無需取樣，直接對回油管或齒輪箱中的油液進行分析，避免了不具代表性和二次污染的可能性。

 

采用在線故障預(yù)警系統(tǒng)將能夠至少降低齒輪箱80%的故障率和維護費用，約能節(jié)約總投資的17%。風(fēng)電企業(yè)通過增加風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的技術(shù)，對風(fēng)機進行監(jiān)測，能夠確切掌握關(guān)鍵零部件的實際特性，判定需要修復(fù)或更換的零部件和元器件，充分利用零件的潛力，避免過度維修、減少能源損耗，達到變定期維護為視情維護的目的，從而節(jié)省成本

風(fēng)電油液在線監(jiān)測方法及相關(guān)硬件設(shè)備

 

在線監(jiān)測技術(shù)手段以其連續(xù)性、實時性和同步性等優(yōu)點，近年來在在線油液監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，并在許多行業(yè)開展了相關(guān)的工程化應(yīng)用探索。

 

油液在線監(jiān)測技術(shù)方法快速發(fā)展。現(xiàn)已形成了理化性能在線監(jiān)測、磨粒數(shù)量特征的在線監(jiān)測、磨粒圖像特征的在線監(jiān)測、磨粒元素含量在線監(jiān)測系統(tǒng)和油品分子結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測的油液在線監(jiān)測技術(shù)方法體系，各種在線技術(shù)方法不斷應(yīng)用，各種方法均有成功應(yīng)用的案例。

 

在線水分、黏度、顆粒、可視化鐵譜等先進監(jiān)測傳感器相繼產(chǎn)生和問世，并不斷應(yīng)用于工程實踐中，其可靠性和實用性不斷提高。

 

各種在線油液監(jiān)測技術(shù)方法不斷從實驗室階段走向工程化應(yīng)用階段，在更多行業(yè)得到應(yīng)用和推廣。中航工業(yè)北京長城航空測控技術(shù)研究所、武漢理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等單位在這方面開展了卓有成效的工程化應(yīng)用實踐工作，最具代表性案例之一是中航工業(yè)北控所在風(fēng)機上的應(yīng)用（風(fēng)電機組齒輪箱油液遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)在大唐新能源公司赤峰分公司應(yīng)用，如圖2所示），填補了國內(nèi)空白，逐漸得到行業(yè)內(nèi)用戶的認可和肯定。

 

風(fēng)電機組齒輪箱油液遠程在線監(jiān)測與故障預(yù)警系統(tǒng)

 

伴隨科學(xué)技術(shù)的日新月異，在線油液監(jiān)測作為一種現(xiàn)代監(jiān)測手段得到了積極發(fā)展。其中最具有代表性的就是風(fēng)電機組齒輪箱油液遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)（圖3）在風(fēng)機上的應(yīng)用，它通過監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機的“血液”——齒輪箱潤滑油的成分變化來預(yù)警風(fēng)機是否要發(fā)生異常。現(xiàn)場服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)將風(fēng)電場和風(fēng)電機組的數(shù)據(jù)實時傳送到遠離風(fēng)電場的遠程監(jiān)測中心，在遠程中心上直接顯示風(fēng)電場運行狀態(tài)，實時顯示風(fēng)電機組的設(shè)備狀態(tài)，并提供設(shè)備的狀態(tài)分析方案。監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅包括油液常規(guī)指標(biāo)（粘度、水含量、密度、介電常數(shù)以及溫度），還包括磨損產(chǎn)生的鐵磁性與非鐵磁性金屬顆粒的大小和數(shù)量。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅能夠反映在用油品的狀態(tài)、準(zhǔn)確的換油期等，還能判斷風(fēng)機齒輪內(nèi)部磨損程度、磨損部位，進而實現(xiàn)風(fēng)機齒輪箱運行狀態(tài)實時監(jiān)測，最終達到變定期維護為視情維護，變出現(xiàn)故障后的補救式維修為預(yù)警式維修，減少維修和維護費用的目的。

 

風(fēng)電機組齒輪箱油液遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)具有在線監(jiān)測齒輪箱運行；減少例行維護次數(shù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)更加可靠直觀；產(chǎn)品使用維護方便；可提供產(chǎn)品定制服務(wù)；不受地域限制等特點。

 

風(fēng)電機組齒輪箱油液遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺能夠根據(jù)齒輪箱潤滑油的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)提供齒輪箱狀態(tài)分析方案，通過分析可以得到齒輪箱故障的預(yù)警，避免發(fā)生重大事故。數(shù)據(jù)管理平臺提供的軟件界面直觀易懂，無需用戶自行計算，并能夠輸出狀態(tài)趨勢，歷史數(shù)據(jù)以及相關(guān)圖標(biāo)，省時高效；數(shù)據(jù)管理平臺所有的數(shù)據(jù)集中保存在服務(wù)器端，確保用戶數(shù)據(jù)安全無丟失危險，實現(xiàn)設(shè)備集群管理，提高工作效率；數(shù)據(jù)管理平臺具有可擴展性高，軟件功能可定制化，容易維護并具有很高的可靠性。

 

發(fā)展前景

 

在線油液監(jiān)測技術(shù)與當(dāng)前快速發(fā)展的高新技術(shù)融合是其發(fā)展的動力，伴隨計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)的快速發(fā)展，在線油液監(jiān)測技術(shù)正向自動化、智能化方向發(fā)展；在線油液監(jiān)測診斷系統(tǒng)正向網(wǎng)絡(luò)化、遠程化方向發(fā)展；在線油液監(jiān)測診斷模式正向多種監(jiān)測技術(shù)手段融合診斷即多監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)融合診斷方向發(fā)展。開展在線油液監(jiān)測基礎(chǔ)理論研究、積極研發(fā)在線油液監(jiān)測傳感器、監(jiān)測儀器、綜合信息處理分析系統(tǒng)仍是今后油液監(jiān)測研究的主題；積極推進油液在線監(jiān)測理論，建立在線油液監(jiān)測示范工程案例是在線油液監(jiān)測快速發(fā)展的保障；倡導(dǎo)高新技術(shù)新理論在油液監(jiān)測中的應(yīng)用和實踐是在線油液監(jiān)測發(fā)展的動力。