水輪機透平油顆粒度在線測量系統研發

黃海兵 王建新

【摘 要】隨著智能化水電廠建設的推進，機組在線狀態監測的重要性日益凸顯。從電廠水輪機透平油顆粒度的在線監測入手，采用光散射法原理，在實驗室條件下搭建了水輪機透平油顆粒度光散射測量實驗平臺，自主研發透平油顆粒度儀，并對測量結果進行標定和驗證，標定結果可信。開發的透平油顆粒度儀，成本低，穩定性好，具有極大的推廣價值。

【關鍵詞】光散射法；顆粒度；透平油；在線監測；調速器系統

1引言

透平油用于電廠發電機組的調速系統、導軸承、推力軸承，它起著調速、潤滑和冷卻散熱作用，油質的好壞直接關系著機組的安全[1]。調速器油系統中，由于各種原因常常存在著機械雜質，它的存在可引起調速器執行機構卡澀，嚴重時會造成機組飛車等事故[2]。因此，加強對運行中透平油的監測，有利于及時對油品采取防惡劣措施，對延長透平油及設備的使用壽命、保證機組的安全運行有著重要意義[3]。

目前對于透平油進行顆粒度分析的方法主要包括自動顆粒計數儀法和顯微鏡法，采用的原理分別是遮光原理和圖像原理[4]。不過這些方法和儀器目前主要應用在實驗室，機組在線應用的案例頗少。而要進行油顆粒度在線分析，不僅僅對測量頻率要求高，同時對油樣樣本的代表性、安全性、結果數據分析和微機的數據通訊等都提出了更高的要求。

五強溪水電廠調速器系統為比例閥+伺服電機+機械自復中的并聯PID微機調速器，該系統比例伺服閥液壓控制部分對透平油油質要求較高（NAS8級及以下），因此，可靠的透平油顆粒度在線監測系統對于掌握調速器系統透平油實時運行情況尤為重要。

本文介紹了一套基于光散射法原理開發的透平油在線監測裝置，該裝置能按照NAS1638[5]標準輸出可靠的污染等級結果，為判別油質優劣以及為調速器狀態檢修提供更加詳細、準確的信息。

2光散射法原理

光散射法顆粒測量儀普遍采用激光光源，激光光束經透鏡聚集形成一束細小明亮的光束集中區域，在集中區域中定義一有效測量區，被測介質由進樣油泵送入裝置，并流經測量區，當存在于透平油中的顆粒經過測量區時，即被裝置內的激光源所照射并產生散射光，某個（或幾個）角度下的散射光由裝置內的光束采集系統采集，經光電轉換系統轉化成可測量的電信號，如圖1所示。

3實驗室研究

3.1實驗室標定

在實驗室條件下搭建了透平油顆粒度光散射測量平臺。確定了裝置構造組成，包括：1）硬件部分：激光器、聚焦透鏡、樣品池、光闌、采光透鏡、窄帶濾光片、光纖、光電倍增管、開關電源、MP424采集卡等；2）軟件部分：數據采集軟件、數據處理軟件等。

按照規格120μm、63.6μm、57.9μm、45μm、15μm、5.1μm配置不同顆粒直徑的聚苯乙烯標準顆粒溶液，標定時通過蠕動泵讓介質循環流經測量區，通過光束采集系統采集并記錄下不同顆粒直徑標準的顆粒所對應的散射光信號強度。為與標準顆粒的原始信號圖相對應，顯示的尖峰脈沖信號即為顆粒經過測量區時采集到的散射光信號，根據尖峰脈沖信號的幅值和相應的標準顆粒粒徑即可換完成測量結果標定實驗。

3.2 實驗室驗證

為檢驗采用標準顆粒溶液標定結果的精確度，采用油中顆粒標準物質（國防科技工業顆粒度一級計量站生產的國家標準物質）進行驗證，其油中顆粒度為NAS10級，且各分檔基本都處于10級。利用光散射法原理顆粒度測量儀對其測量分析，得到的測量結果各檔位的級數均在一致NAS10級，說明基于該裝置的實驗室標定測量結果可信。

4 結語

（1）闡述基于光散射理論進行透平油顆粒度測量的原理。

（2）在實驗室條件下搭建了透平油顆粒度光散射測量平臺，實驗平臺測量結果準確，裝置可靠。

（3）該測量平臺時效性好、測量準確。基于該平臺可制造結構簡單、成本低透平油在線監測裝置，有利于實現機組設備的狀態檢修，安全效益明顯。

參考文獻：

[1]胡邊，蘇明旭.電廠運行中汽輪機油粘度的在線測量方法與裝置研究[J].水力發電，2015，41（6）：95-97，101.

[2]王笑微，楊軍，王娟，等.汽輪機油顏色異常原因分析及處理[J].熱力發電，2013，42（9）：139-140，143.

[3]胡邊，張宏治，魏宇明.水電廠汽輪機油顆粒度的超聲衰減譜法研究[J].人民長江，2015，46（3）：94-98.

[4]周騖，胡嘉睿，蔡小舒.管道內稀疏顆粒相圖像法多參數測量[J].工程熱物理學報，2015，36（3）：541-544.

[5]DL/T 432-2007 電力用油中顆粒污染度測量方法[S].

作者簡介：

黃海兵（1971-），男，工程師，主要從事水電廠水輪機組管理及研究工作。

（作者單位：五凌電力有限公司）