1、油液监测与故障诊断油液监测与故障诊断 19991999、20002000年，年，ISO ISO 公布的两份关于公布的两份关于“机器状态监测和诊断机器状态监测和诊断”的文件中把的文件中把油液分析、油液分析、性能分析、红外热分析、振动分析、电机电流性能分析、红外热分析、振动分析、电机电流分析分析列为机器状态描述的五大技术手段，适用列为机器状态描述的五大技术手段，适用于大多数工业的预知检修。于大多数工业的预知检修。油液监测技术油液监测技术通过分析被监测设备在用油通过分析被监测设备在用油(或工作介或工作介质质)的性能变化和携带的磨损微粒情况，获得的性能变化和携带的磨损微粒情况，获得机器的润滑和磨损状态
2、信息，评价机器的工况机器的润滑和磨损状态信息，评价机器的工况和预测故障，并确定故障原因、类型和零件的和预测故障，并确定故障原因、类型和零件的技术技术分析对象：汽轮机润滑油、抗燃油、绝缘油分析对象：汽轮机润滑油、抗燃油、绝缘油一、基本概念一、基本概念油液状态监测的意义油液状态监测的意义1）用于研究设备中摩擦副的磨损机理、润滑）用于研究设备中摩擦副的磨损机理、润滑机理、磨损失效类型等；机理、磨损失效类型等；2）通过对在用油品的性能分析及油液的污染）通过对在用油品的性能分析及油液的污染程度判定，为确定合理的磨合规范及合理程度判定，为确定合理的磨合规范及合理的换油期提供依据。的换油期提供依据。油液监测
3、的实施程序油液监测的实施程序 （1）选择监测对象，制定合理的油液监测技术和方案；）选择监测对象，制定合理的油液监测技术和方案；（2）选取抽样；）选取抽样；（3）制备检测油样；）制备检测油样；（4）利用检测仪器定性、定量测定检测油样有关参数；）利用检测仪器定性、定量测定检测油样有关参数；（5）处理与分析检测数据；）处理与分析检测数据；（6）根据数据处理分析结果，判断设备磨损状态。若有）根据数据处理分析结果，判断设备磨损状态。若有异常，还需判断异常部位、异常程度及其原因，并异常，还需判断异常部位、异常程度及其原因，并预报可能出现的问题。预报可能出现的问题。（7）提出改进设备异常状况的措施。）提出改
4、进设备异常状况的措施。离线监测离线监测 在线监测在线监测二、油液监测技术原理二、油液监测技术原理 油液变质和油品质量劣化原因：油液变质和油品质量劣化原因：1）高温、高剪切、氧化、硝化、硫化等作用和反应高温、高剪切、氧化、硝化、硫化等作用和反应测量粘度变化、含水量、酸值、闪点变化等；测量粘度变化、含水量、酸值、闪点变化等；油品劣化程度超过一定限度，及时换油油品劣化程度超过一定限度，及时换油 2 2）油液中添加剂的消耗和变质油液中添加剂的消耗和变质测定添加剂含量测定添加剂含量；添加剂含量减少，及时补充添加剂含量减少，及时补充润滑系统润滑系统中的颗粒来源：中的颗粒来源：n 机械设备中摩擦副做相对运动
5、产生磨损微粒机械设备中摩擦副做相对运动产生磨损微粒 n 机械负荷、压力与温度的作用而生成微粒机械负荷、压力与温度的作用而生成微粒 n 空气和其他污染中夹带的污染物微粒空气和其他污染中夹带的污染物微粒 不同的磨损过程（跑合期、正常磨损期、严重磨损期）不同的磨损过程（跑合期、正常磨损期、严重磨损期）产生的磨粒有不同的特征（形状、尺寸、表面形貌、数产生的磨粒有不同的特征（形状、尺寸、表面形貌、数量和粒子的分布），反映不同的磨损失效类型（粘着磨量和粒子的分布），反映不同的磨损失效类型（粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损等），根据颗损、磨料磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损等），根据颗粒的材料和形态不
6、同就可以诊断出磨损部位和原因。粒的材料和形态不同就可以诊断出磨损部位和原因。加速磨损加速磨损正常运行阶段正常运行阶段磨合阶段磨合阶段时间与金属磨损量的关系时间与金属磨损量的关系金属磨损量金属磨损量A AB BC C（一）油液监测内容：（一）油液监测内容：n 油品分析油品分析n 污染物分析污染物分析n 磨损颗粒分析；磨损颗粒分析；三、油液监测技术三、油液监测技术1 1、油品分析、油品分析（1 1）油品理化性能指标监测油品理化性能指标监测从油液本身的品质的角度出发，分析各项从油液本身的品质的角度出发，分析各项物理和化学指标是否符合标准，油品是否裂化物理和化学指标是否符合标准，油品是否裂化变质，从而
7、推测出部分设备状态信息。变质，从而推测出部分设备状态信息。主要目的：监控油品质量，确定换油周期，保主要目的：监控油品质量，确定换油周期，保 证正常润滑。证正常润滑。典型的油液状态指标：典型的油液状态指标：粘度粘度水分含量水分含量TANTAN（总酸度）（总酸度）固体颗粒总含量固体颗粒总含量TBNTBN（总碱度）（总碱度）闪点闪点机械杂质机械杂质铜腐蚀铜腐蚀抗泡沫性抗泡沫性抗乳化性。抗乳化性。理化性能特征分析理化性能特征分析颜颜 色色：反映反映油油精制程度和稳定性，可以大致精制程度和稳定性，可以大致估量其氧化、变质和受污染情况估量其氧化、变质和受污染情况被污染或被氧化，颜色变深被污染或被氧化，颜色
8、变深粘粘 度度：反映油品油性和流动性。：反映油品油性和流动性。氧化、不溶物增加，粘度增加氧化、不溶物增加，粘度增加低粘度油品或水渗入、高分子聚合低粘度油品或水渗入、高分子聚合物受剪切力变化，粘度降低物受剪切力变化，粘度降低闪闪 点点 ：反映油品蒸发性，：反映油品蒸发性，着火危险性的指标着火危险性的指标 油品被燃物稀释或高温裂化，降低油品被燃物稀释或高温裂化，降低总酸值总酸值：新油表示精制深度，或添加剂加入量；新油表示精制深度，或添加剂加入量；旧油表示氧化变质的程度旧油表示氧化变质的程度被氧化产生酸性物质，被氧化产生酸性物质，总酸值总酸值升高升高总碱值总碱值：高碱量油品污染，高碱量油品污染，总总
9、碱碱值值升高升高高碱度添加剂损耗、水分渗入，高碱度添加剂损耗、水分渗入，总总碱碱值值降低降低水水 分分：反映反映油品品质。油品品质。系统泄漏或空气中的水分凝结导致系统泄漏或空气中的水分凝结导致油品中有水油品中有水 理化性能指标监测：理化性能指标监测：水分仪、粘度测试仪、酸碱度测定仪、水分仪、粘度测试仪、酸碱度测定仪、闪点测定仪等闪点测定仪等 红外光谱技术定量测试在用油的氧化红外光谱技术定量测试在用油的氧化值、硫化值、硝化值、积碳、水分、乙二值、硫化值、硝化值、积碳、水分、乙二醇、燃油稀释度等参数醇、燃油稀释度等参数理化性能监控润滑油过程：理化性能监控润滑油过程：1 1、定期抽取油样；、定期抽取
10、油样；2 2、选定测试参数，以时间为横坐标，以测、选定测试参数，以时间为横坐标，以测试值为纵坐标，得到一条曲线；试值为纵坐标，得到一条曲线；3 3、通过曲线的突变点可以判断是否需要更、通过曲线的突变点可以判断是否需要更换润滑油或进行设备检修。换润滑油或进行设备检修。2 2、污染度监测分析、污染度监测分析污染主要来源：污染主要来源：1 1）在摩擦热的作用下油品本身氧化产生树脂类不溶）在摩擦热的作用下油品本身氧化产生树脂类不溶物、胶质、高聚物、积炭等污染杂质；物、胶质、高聚物、积炭等污染杂质；2 2）运动摩擦副产生的固体金属颗粒或由于设备泄漏）运动摩擦副产生的固体金属颗粒或由于设备泄漏带入空气中混
11、杂的粉尘、砂石、金属碎屑等带入空气中混杂的粉尘、砂石、金属碎屑等危害：加速设备磨损危害：加速设备磨损 污染度的测量：颗粒计数法、红外光谱技术污染度的测量：颗粒计数法、红外光谱技术 铁谱技术铁谱技术 3 3、磨损颗粒的监测、磨损颗粒的监测 油样中可获得磨损颗粒的信息：油样中可获得磨损颗粒的信息：（1 1）磨屑的）磨屑的浓度和颗粒大小浓度和颗粒大小反映设备磨反映设备磨损的严重程度损的严重程度（2 2）磨屑的）磨屑的大小和形貌大小和形貌反映磨屑产生的反映磨屑产生的原因，即磨损发生的机理原因，即磨损发生的机理（3 3）磨屑的）磨屑的成分成分反映磨屑产生的部位，反映磨屑产生的部位，亦即零件磨损的部位亦即
12、零件磨损的部位综合以上信息判断机器健康状况综合以上信息判断机器健康状况磨损颗粒元素的表征磨损颗粒元素的表征硅：尘埃，不良的空气隔滤硅：尘埃，不良的空气隔滤铁：环，衬垫及一般部位的磨损铁：环，衬垫及一般部位的磨损铬：环及衬垫磨损，漏水铬：环及衬垫磨损，漏水(含铬酸盐的抑制剂含铬酸盐的抑制剂)铜：止推环，铜铅或青铜轴承铜：止推环，铜铅或青铜轴承铅：铜铅：铜/铅轴承及铅喷溅点铅轴承及铅喷溅点铝：活塞铝：活塞钠及硼：水分处理抑制剂钠及硼：水分处理抑制剂锡：青铜轴承锡：青铜轴承锌：含锌的添加剂锌：含锌的添加剂国产 ZTP-X2型直读式铁谱仪描述物体辐射或吸收红外的能力表28月对滤网沉积物的磨损颗粒和污染
13、杂质特征的分析结果美国 Trace GC Ultra 气相色谱仪C2H2（增长速度快）铜：止推环，铜铅或青铜轴承常用的磨损颗粒分析技术：常用的磨损颗粒分析技术：1 1）光谱分析法光谱分析法：88m m磨粒分析，定量分磨粒分析，定量分析，但不能获得磨粒形态的信息析，但不能获得磨粒形态的信息2 2）铁谱分析法铁谱分析法：100100100m m磨粒分析，直接磨粒分析，直接对磨粒的大小、数量和形态的观测对磨粒的大小、数量和形态的观测案例案例1：故障描述：故障描述：某电厂某电厂2 号机组（号机组（300MW）短时间内）短时间内2号瓦号瓦瓦温瓦温 94，轴振轴振176 m 的异常。的异常。检测方案：检测
14、方案：2 号机组主冷油器取样，号机组主冷油器取样，2 号机组号机组2号瓦回号瓦回油取样。进行油样铁谱分析、光谱分析、颗粒度分析油取样。进行油样铁谱分析、光谱分析、颗粒度分析检测结果检测结果：在：在2号机组号机组2号瓦回油样品中发现了过热形态号瓦回油样品中发现了过热形态的铅的铅/锡合金颗粒。锡合金颗粒。由于汽轮机大轴轴承乌金瓦多以铅由于汽轮机大轴轴承乌金瓦多以铅/锡类合金为主，此类颗粒在轴瓦油样中的存在表明乌金锡类合金为主，此类颗粒在轴瓦油样中的存在表明乌金瓦出现了磨损现象。瓦出现了磨损现象。验证：验证：2 号机组小修中，分别于号机组小修中，分别于 6 号瓦轴颈处发现深约号瓦轴颈处发现深约1.5
15、mm，宽约宽约1mm的划伤。的划伤。2 号瓦发现最大如手掌大号瓦发现最大如手掌大小的乌金破损及数个较小的磨损块小的乌金破损及数个较小的磨损块案例案例2：故障描述：故障描述：某机组从某机组从7 月开始出现振动高现象，月开始出现振动高现象，8 月月20 日润滑油取样时发现油中有微量颗粒状杂质，日润滑油取样时发现油中有微量颗粒状杂质，拆下的滤拆下的滤网上有光亮颗粒物质，对此进行铁谱分析，结果见表网上有光亮颗粒物质，对此进行铁谱分析，结果见表1故障分析：故障分析：油中有个别锡基合金磨损颗粒油中有个别锡基合金磨损颗粒,尺寸较小尺寸较小表表1 18 8月对运行油中磨损颗粒和污染杂质特征月对运行油中磨损颗粒
16、和污染杂质特征(铁谱定性分析铁谱定性分析)故障分析：故障分析：滤网上沉积的白色光亮金属颗粒主要是锡基滤网上沉积的白色光亮金属颗粒主要是锡基白合金磨损颗粒白合金磨损颗粒,尺寸较大尺寸较大,且有较多疲劳剥落颗粒且有较多疲劳剥落颗粒,以此判断已因振动问题引起轴瓦发生一定磨损以此判断已因振动问题引起轴瓦发生一定磨损表表2 28 8月对滤网沉积物的磨损颗粒和污染杂质特征的分析结果月对滤网沉积物的磨损颗粒和污染杂质特征的分析结果故障分析：故障分析：磨损表面出现高温氧化痕迹磨损表面出现高温氧化痕迹,说明磨损情况说明磨损情况已较严重已较严重验证：验证：停机检修翻瓦结果停机检修翻瓦结果,透平透平2#2#瓦和辅助
17、齿轮箱瓦和辅助齿轮箱1#1#瓦瓦损坏比较严重损坏比较严重,主要现象为点蚀剥落主要现象为点蚀剥落,其它瓦基本完好其它瓦基本完好,仍可继续使用仍可继续使用,与铁谱分析结果一致与铁谱分析结果一致表表3 3 9 9月对滤网沉积物的磨损颗粒和污染杂质特征的分析结果月对滤网沉积物的磨损颗粒和污染杂质特征的分析结果（二）油样监测分析技术（二）油样监测分析技术n理化指标分析技术理化指标分析技术n光谱分析技术光谱分析技术n铁谱分析技术铁谱分析技术n磁塞及探测技术磁塞及探测技术n颗粒计数技术颗粒计数技术n气相色谱分析技术等气相色谱分析技术等根据润滑油中各种元素吸收或发射光谱的不同，根据润滑油中各种元素吸收或发射光
18、谱的不同，来判断油中磨粒的成分和含量，并判断相应零件的来判断油中磨粒的成分和含量，并判断相应零件的磨损状态磨损状态 发射光谱仪原理：发射光谱仪原理：不同元素原子核外电子受激发后放出的光辐射不同元素原子核外电子受激发后放出的光辐射都具有与该元素相对应的特征波长。都具有与该元素相对应的特征波长。根据不同波长根据不同波长上的谱线就能知道是什么元素，根据谱线的强弱判上的谱线就能知道是什么元素，根据谱线的强弱判断出元素的含量断出元素的含量 1 1、光谱分析技术、光谱分析技术 原子发射光谱示意图原子发射光谱示意图原子吸收光谱仪工作原理原子吸收光谱仪工作原理 超谱超谱M/C-W型油料分析光谱仪型油料分析光谱
19、仪（3）超声波用于检漏的原因2、选择红外检测仪器的基本原则分析同一设备在不同时期检测数据（例如温升、相对温差和热谱图）找出设备致热参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常优点：定性了解磨损类型和磨损微粒来源，装备简单。（1）表面温度判断法网上有光亮颗粒物质，对此进行铁谱分析，结果见表1国产 ZTP-X2型直读式铁谱仪故障分析：滤网上沉积的白色光亮金属颗粒主要是锡基白合金磨损颗粒,尺寸较大,且有较多疲劳剥落颗粒,以此判断已因振动问题引起轴瓦发生一定磨损原因：*汽轮机高低压轴端泄漏；组成：成像镜头，热释电摄像管、摄象机电路、显示器和温度标定电路。碳刷、滑环和集流环、换向器发热；2、选定测试参数
20、，以时间为横坐标，以测试值为纵坐标，得到一条曲线；1999、2000年，ISO 公布的两份关于“机器状态监测和诊断”的文件中把油液分析、性能分析、红外热分析、振动分析、电机电流分析列为机器状态描述的五大技术手段，适用于大多数工业的预知检修。高压开关管、高压开关在连箱泄漏；故障描述：某机组从7 月开始出现振动高现象，8 月20 日润滑油取样时发现油中有微量颗粒状杂质，拆下的滤验证：停机检修翻瓦结果,透平2#瓦和辅助齿轮箱1#瓦损坏比较严重,主要现象为点蚀剥落,其它瓦基本完好,仍可继续使用,与铁谱分析结果一致*凝汽器铜管振动、腐蚀出现裂纹；选择合适的红外热像仪中心响应波长国产国产NIR-3000近
21、红外光谱仪近红外光谱仪2 2、铁谱分析、铁谱分析 它利用高梯度的强磁场将润滑油中所它利用高梯度的强磁场将润滑油中所含的机械磨损颗粒和污染杂质有序地分离含的机械磨损颗粒和污染杂质有序地分离出来，借助显微镜对分离出的微粒和杂质出来，借助显微镜对分离出的微粒和杂质进行有关形貌、尺寸、密度、成分及分布进行有关形貌、尺寸、密度、成分及分布的定性、定量观测，以判断机械设备的磨的定性、定量观测，以判断机械设备的磨损状况，预报零部件的失效损状况，预报零部件的失效铁谱技术的优势：铁谱技术的优势：A.能分离出润滑油中所含较宽范围内的磨屑，能分离出润滑油中所含较宽范围内的磨屑，应用范围广应用范围广。B.通过对磨屑的
22、通过对磨屑的定性定性观察和观察和定量定量测量，可判测量，可判断磨损发生的部位以及磨损程度。即可以断磨损发生的部位以及磨损程度。即可以提供提供 更丰富的故障特征信息。更丰富的故障特征信息。铁谱仪类型：铁谱仪类型：分析式、直接式、在线式、旋转式分析式、直接式、在线式、旋转式（1 1）分析式铁谱仪）分析式铁谱仪油样中的磨粒在重力、浮力、油的粘滞力和磁油样中的磨粒在重力、浮力、油的粘滞力和磁场力的作用下，按尺寸大小沉积在玻璃基片上，并沿场力的作用下，按尺寸大小沉积在玻璃基片上，并沿磁力线方向排列成键状，经过除油和固定处理，制成磁力线方向排列成键状，经过除油和固定处理，制成铁谱图片铁谱图片。再在铁谱显微
23、镜下对基片上沉积的磨损微。再在铁谱显微镜下对基片上沉积的磨损微粒进行大小、形态、成分、数量等方面的特征进行定粒进行大小、形态、成分、数量等方面的特征进行定性观测和定量分析性观测和定量分析应用：应用：（1）分析摩擦副表面磨损程度分析摩擦副表面磨损程度（2）推断磨损部位和磨损机理推断磨损部位和磨损机理分析分析式式铁谱仪的工作原理铁谱仪的工作原理（2 2）直读式铁谱仪）直读式铁谱仪在分析式铁谱仪的基础上研制在分析式铁谱仪的基础上研制。用。用来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分布，能够方便、迅速、准确地测定油样布，能够方便、迅速、准确地测定油样内大小磨粒的相对数量，可以
24、直观地反内大小磨粒的相对数量，可以直观地反映出摩擦副的磨损程度和磨损烈度映出摩擦副的磨损程度和磨损烈度 直读铁谱仪原理图直读铁谱仪原理图 （3 3）在线式铁谱仪）在线式铁谱仪安装在机器上，定期直接显示润滑油安装在机器上，定期直接显示润滑油中的磨粒浓度中的磨粒浓度。由探测器和分析器两部分由探测器和分析器两部分组成组成。通过。通过表面感应式电容传感器测量出表面感应式电容传感器测量出磨粒浓度，并给出磨粒的尺寸分布状况磨粒浓度，并给出磨粒的尺寸分布状况 （4 4）旋转式铁谱仪）旋转式铁谱仪油样滴到旋转磁台中心处上，在离心油样滴到旋转磁台中心处上，在离心力作用下油液向四周流散，油样中的磨粒力作用下油液向
25、四周流散，油样中的磨粒在环形高梯度强磁场的作用下以同心圆环在环形高梯度强磁场的作用下以同心圆环的形式沉积在玻璃基片上，制成一铁谱片。的形式沉积在玻璃基片上，制成一铁谱片。国产国产 ZTP-X2型直读式铁谱仪型直读式铁谱仪3 3、磁塞与探测技术、磁塞与探测技术利用设置在油路系统中的磁性元件（磁塞）拦利用设置在油路系统中的磁性元件（磁塞）拦截和吸附油液中的铁磁性磨粒。截和吸附油液中的铁磁性磨粒。磁塞技术分类：磁塞技术分类：1 1）定期将磁塞从油路中取出，测量所捕获磨粒的量，）定期将磁塞从油路中取出，测量所捕获磨粒的量，用显微镜检查磨粒的粒度和形状；用显微镜检查磨粒的粒度和形状；2 2）在磁塞中装传
26、感器将捕获的磨粒量转换成电信号，）在磁塞中装传感器将捕获的磨粒量转换成电信号，此电信号与捕获的铁磁性磨粒总量成正比，此电信号与捕获的铁磁性磨粒总量成正比，4 4、色谱分析、色谱分析 又叫层析法，是一种物理分离技术又叫层析法，是一种物理分离技术 分离原理：使混合物中各组分在固定相和流动分离原理：使混合物中各组分在固定相和流动相间进行分配。当流动相中的混合相间进行分配。当流动相中的混合物经过固定相时，就会与固定相发物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用，在同一推动力作用下生相互作用，在同一推动力作用下不同组分在固定相中的滞留时间有不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后次序从固定相长有短
27、，从而按先后次序从固定相中流出。中流出。液相色谱：液体为流动相液相色谱：液体为流动相气相色谱：气体为流动相（变压器油分析）气相色谱：气体为流动相（变压器油分析）通过通过分析分析溶解在油中的溶解在油中的CHCH4 4、C C2 2H H6 6、C C2 2H H4 4、C C2 2H H2 2、COCO、COCO2 2、H H2 2等气体（潜伏性过热和放电性故等气体（潜伏性过热和放电性故障产生的气体）来判断设备故障障产生的气体）来判断设备故障 美国美国 Trace GC Ultra 气相色谱仪气相色谱仪变压器故障状态的判断变压器故障状态的判断（1 1）特征气体组分法（初步判断）特征气体组分法（初
28、步判断）故障类型 主要气体组份 次要气体组份 油过热 CHCH4 4、C C2 2H H4 4、C C2 2H H6 6、H H2 2油纸绝缘中局部放电 CHCH4 4、COCO、H H2 2C C2 2H H6 6、C C2 2H H2 2、COCO2 2油中火花放电 C C2 2H H2 2、H H2 2进水受潮或油中有气泡 H H2 2油老化 COCO、COCO2 2（2 2）成分超标分析法）成分超标分析法故障类型超标成分油纸绝缘受潮H H2 2高能量放电（电弧、多点接地短路）C C2 2H H2 2（增长速度快）（3 3）比值判断法）比值判断法特征气体：特征气体：CHCH4 4、C C
29、2 2H H6 6、C C2 2H H4 4、C C2 2H H2 2、H H2 2K K1 1 K K2 2 K K3 3（比值编码）（比值编码）故障性质故障性质故障部位故障部位0 0 0无故障 正常老化 0 1 0低能量密度，局部放电 含气空腔中的放电 0 0 1低于150的热故障包有绝缘层的导线故障0 2 1300-700中等温度过热故障 铁芯部过热、铁芯和外壳环流、铁芯点接地短路，裸金属过热 1.1.装置：在线监测装置、常规油色谱监视装置：在线监测装置、常规油色谱监视2.C2.C2 2H H2 2 浓度已大于注意阀值浓度已大于注意阀值5L/L5L/L3.3.三比值编码为三比值编码为10
30、2 102 码码4.4.诊断结果：局部放电兼高温过热诊断结果：局部放电兼高温过热5、颗粒计数技术、颗粒计数技术评定油液内固体颗粒污染程度的一评定油液内固体颗粒污染程度的一项重要技术。项重要技术。原理：原理：把油样内的颗粒进行粒度测量，把油样内的颗粒进行粒度测量，并按预选的粒度范围进行计数，从而得并按预选的粒度范围进行计数，从而得到有关颗粒粒度分布方面的重要信息。到有关颗粒粒度分布方面的重要信息。应用：判断油液的污染程度应用：判断油液的污染程度颗粒计数技术分类：颗粒计数技术分类：（1）显微镜颗粒计数技术显微镜颗粒计数技术 将油样经滤膜过滤，然后将滤膜烘干，放在普将油样经滤膜过滤，然后将滤膜烘干，
31、放在普通显微镜下统计不同尺寸范围的污染颗粒数目和尺寸。通显微镜下统计不同尺寸范围的污染颗粒数目和尺寸。优点：定性了解磨损类型和磨损微粒来源，装备简单。优点：定性了解磨损类型和磨损微粒来源，装备简单。缺点：操作费时，误差较大，再现性较差。缺点：操作费时，误差较大，再现性较差。（2）自动颗粒计数技术）自动颗粒计数技术 当颗粒经过传感器时输出反映颗粒大小的信号当颗粒经过传感器时输出反映颗粒大小的信号并同时计数。并同时计数。优点：不需要从油样中分离出固体微粒优点：不需要从油样中分离出固体微粒检测分析油品的物理和化学指标检测分析油品的物理和化学指标检测设备主要包括：检测设备主要包括：水分仪水分仪粘度测试
32、仪粘度测试仪酸碱度测定仪酸碱度测定仪闪点测定仪闪点测定仪红外光谱仪等红外光谱仪等6、理化指标分析技术、理化指标分析技术油中水份在线检测仪油中水份在线检测仪 快速油粘度计快速油粘度计THY-20B型油质检测仪型油质检测仪7、油液监测分析技术应用、油液监测分析技术应用磨损状况分析磨损状况分析：光谱技术光谱技术铁谱技术铁谱技术磁塞检测技术磁塞检测技术油油品品性能分析：性能分析：红外光谱分析红外光谱分析 色谱分析色谱分析颗粒计数技术颗粒计数技术理化指标分析技术理化指标分析技术污染度的测量：污染度的测量：颗粒计数法颗粒计数法 红外光谱技术红外光谱技术铁谱技术铁谱技术油液监测分析实例油液监测分析实例 油液
33、监测油液监测 根源根源故障案例故障案例 固体颗粒物、固体颗粒物、酸值超标酸值超标（带电液伺带电液伺服阀的汽轮服阀的汽轮机旁路系统机旁路系统）n 外部入侵污染物外部入侵污染物n 内部生成污染物内部生成污染物n 汽轮机旁路系统汽轮机旁路系统不不能投热备用能投热备用固体颗粒物、固体颗粒物、水分、酸值水分、酸值超标（送风超标（送风机、引风机、机、引风机、一次风机）一次风机）n 外界侵入污染物外界侵入污染物n 长时间不检验油长时间不检验油质，发生干磨擦质，发生干磨擦n 引风机转子发生飞脱引风机转子发生飞脱n 瓦温高瓦温高n 振动故障频发振动故障频发红外温度监测与诊断红外温度监测与诊断 红外监测技术红外监
34、测技术通过接收物体发出的红外辐射，测出物体表通过接收物体发出的红外辐射，测出物体表面温度及温度场分布，并将其热像（设备表面红外辐面温度及温度场分布，并将其热像（设备表面红外辐射强度分布的可见图像）显示在荧光屏上重现物体表射强度分布的可见图像）显示在荧光屏上重现物体表面的温度分布情况，从而判断物体表面的发热情况面的温度分布情况，从而判断物体表面的发热情况 红外成像诊断红外成像诊断通过对运行设备温度场的空间分布特征分析通过对运行设备温度场的空间分布特征分析和热像图谱的研究，提出设备故障或事故隐患的性质、和热像图谱的研究，提出设备故障或事故隐患的性质、故障点和严重程度故障点和严重程度一、概述一、概述
35、红外监测与诊断技术在火电厂的应用：红外监测与诊断技术在火电厂的应用：电气开关电气开关输电线路输电线路变压器套管变压器套管控制线路（弱电系统）控制线路（弱电系统）励磁机碳刷励磁机碳刷设备保温等设备保温等 优点：优点：n操作安全操作安全（不接触）（不接触）n灵敏度高灵敏度高（0.10.1）n诊断效率高诊断效率高（响应速度可以高达纳秒响应速度可以高达纳秒）n测温范围广测温范围广（摄氏负几十度直至千度以上摄氏负几十度直至千度以上）n空间分辨率高空间分辨率高（测器的瞬时视场很小测器的瞬时视场很小）缺点：缺点：n标定困难标定困难（辐射系数辐射系数、环境影响环境影响）n设备内部热状态难以确定设备内部热状态难
36、以确定n使用不便使用不便 （有些热像仪的探测器需要致冷有些热像仪的探测器需要致冷 ）n价格昂贵价格昂贵 二、红外温度检测基本原理二、红外温度检测基本原理 红外辐射（红外线、热辐射）介于可见光红外辐射（红外线、热辐射）介于可见光区和微波之间的电磁辐射，波长区和微波之间的电磁辐射，波长0.750.7510001000m m近红外波段近红外波段波长为波长为0.750.751.51.5m m中红外波段中红外波段波长为波长为1.51.56.06.0m m远红外波段远红外波段波长为波长为6.06.04040m m极远红外波段极远红外波段波长大于波长大于4040m m 1 1、基本物理量和辐射定律、基本物理
37、量和辐射定律（1 1）黑体黑体入射辐射能投射到入射辐射能投射到一一物体表面时物体表面时，发生，发生吸吸收、反射、收、反射、透透射，三者之和为射，三者之和为1 1 黑体黑体一个理想的物体，能全部吸收投射到一个理想的物体，能全部吸收投射到其表面上的入射辐射（即其表面上的入射辐射（即=1=1），且所吸收的，且所吸收的红外线能量与发射的红外线能量相等，并且红红外线能量与发射的红外线能量相等，并且红外线的吸收率、辐射率与表面温度及波长无关外线的吸收率、辐射率与表面温度及波长无关1（2 2）辐射强度辐射强度I I点辐射源在给定方向小立体角内的辐射功点辐射源在给定方向小立体角内的辐射功率率(又称辐射通量又称
38、辐射通量)与该小立体角之比的极限值与该小立体角之比的极限值描述点源发射功率对于空间分布特性的物理量描述点源发射功率对于空间分布特性的物理量 测量辐射强度时，要把探测器对准所需的方向测量辐射强度时，要把探测器对准所需的方向（大多数辐射源在各方向上的辐射功率不同大多数辐射源在各方向上的辐射功率不同）（3 3）辐射率辐射率 物体的实际辐射强度和同温度下黑体辐射物体的实际辐射强度和同温度下黑体辐射强度之比值强度之比值描述物体辐射或吸收红外的能力描述物体辐射或吸收红外的能力表示实际物体辐射的本领与黑体辐射接近程度表示实际物体辐射的本领与黑体辐射接近程度 实际物体辐射率的测定比较困难实际物体辐射率的测定比
39、较困难 （4 4）基尔霍夫（基尔霍夫（KirchhoffKirchhoff）定律）定律 物体物体辐射红外线的能力正比于其本身吸收辐射红外线的能力正比于其本身吸收红外线的能力，任何一个物体的红外辐射能密红外线的能力，任何一个物体的红外辐射能密度可表示度可表示 增加物体辐射红外线能力增加物体辐射红外线能力的常用方法就是使它的常用方法就是使它的的表面具有最小反射红外线的能力表面具有最小反射红外线的能力 bww（5 5）斯蒂芬斯蒂芬玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律 物体红外辐射总功率与其自身的热力学温物体红外辐射总功率与其自身的热力学温度的四次方成正比度的四次方成正比 物体表面温度愈高，辐射的红外能量愈大物体
40、表面温度愈高，辐射的红外能量愈大 4TMb（6 6）普朗克定律普朗克定律 波长表示的黑体光谱辐射出射度随波长和波长表示的黑体光谱辐射出射度随波长和物体温度的变化而变化物体温度的变化而变化 温度越低，辐射出射度总量越集中在长波范围温度越低，辐射出射度总量越集中在长波范围温度越高温度越高，则集中在短波范围则集中在短波范围 1/51)1()(2TCbeCTM（7 7）维恩位移定律维恩位移定律黑体红外辐射的波长黑体红外辐射的波长与与辐射能量辐射能量之关系之关系（对应于辐射能量最大的波长称为辐射的峰值对应于辐射能量最大的波长称为辐射的峰值波长波长maxmax)温度升高，峰值波长变短温度升高，峰值波长变短
41、 电力设备电力设备一一般缺陷温度低于般缺陷温度低于500K500K，应选择波长，应选择波长为为8 8 14 14m m的工作波长的工作波长 T2897max（8 8）郎伯余弦定律郎伯余弦定律 黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比 实际做红外检测时应尽可能选择在被测表面法实际做红外检测时应尽可能选择在被测表面法线方向进行线方向进行 )cos(14ATI2 2、选择红外检测仪器的基本原则、选择红外检测仪器的基本原则（1 1）接收辐射信号最大原则）接收辐射信号最大原则 n高温目标用高温目标用3 3
42、5 5m m，低温目标用，低温目标用8 81414m m n沿法线方向沿法线方向（2 2）辐射对比度最大原则）辐射对比度最大原则 选择合适的选择合适的红外热像仪红外热像仪中心响应波长中心响应波长 3 3、红外检测仪器的影响因素、红外检测仪器的影响因素（1 1）发射率的影响）发射率的影响 发射率修正发射率修正（2 2）背景辐射）背景辐射 目标充满检测仪器的视场目标充满检测仪器的视场 避开阳光避开阳光合适的检测距离和仪器视场角合适的检测距离和仪器视场角（3 3）环境介质）环境介质（气体、尘埃、烟雾气体、尘埃、烟雾）选择工作波段、选择工作波段、窥管窥管、调整发射率调整发射率 火电厂红外测温经验火电厂
43、红外测温经验:（1 1）准确确定被测物体的发射率；）准确确定被测物体的发射率；（2 2）被检设备必须带）被检设备必须带30%30%以上的负荷，必要时应为等以上的负荷，必要时应为等高峰负荷。检查时负荷越高，越易发现问题；高峰负荷。检查时负荷越高，越易发现问题；（3 3）避免周围环境高温物体的影响。避免直射阳光下）避免周围环境高温物体的影响。避免直射阳光下检测，在足够的负荷下进行；检测，在足够的负荷下进行；（4 4）使用短波仪器测量高温物体；）使用短波仪器测量高温物体；（5 5）对于透明材料，背景温度应低于被测物体温度；）对于透明材料，背景温度应低于被测物体温度；（6 6）热像仪扫描镜头垂直对准被
44、测物体表面，在任何）热像仪扫描镜头垂直对准被测物体表面，在任何情况下都不能超过情况下都不能超过3030角；角；（7 7）正确选择测量的距离系数，把目标最大限度包）正确选择测量的距离系数，把目标最大限度包括进去；括进去；（8 8）设备热像应进行电气相间比较或相同、相近设）设备热像应进行电气相间比较或相同、相近设备的比较，注意变电运行设备发热相互间产生备的比较，注意变电运行设备发热相互间产生热辐射，干扰测量精度；热辐射，干扰测量精度；（9 9）设法了解过热设备内部的状况；）设法了解过热设备内部的状况；（1010）查找不正常的温度要同时注意热点和冷点；）查找不正常的温度要同时注意热点和冷点；（111
45、1）避免仪器在强磁场环境下工作；）避免仪器在强磁场环境下工作；（1212）测量值受到温度高低、表面的反射和背景温度）测量值受到温度高低、表面的反射和背景温度等多种因素的影响，应对读数进行修正，使测等多种因素的影响，应对读数进行修正，使测量值尽可能准确；量值尽可能准确；三、红外热成像及典型故障识别三、红外热成像及典型故障识别 红外热成像红外热成像对物体表面发出的电磁辐射进行非接对物体表面发出的电磁辐射进行非接触式测量，被测的辐射量与物体温触式测量，被测的辐射量与物体温度成比例。从观察者角度重现设备度成比例。从观察者角度重现设备红外辐射的物理过程为红外热成像红外辐射的物理过程为红外热成像红外热像仪
46、红外热像仪将红外辐射分布转换成可观察的物理将红外辐射分布转换成可观察的物理量（温度）或可见光图像（热像）量（温度）或可见光图像（热像）的器件或仪器的器件或仪器黑白热像黑白热像在热像上用不同的灰度表示不同的红外在热像上用不同的灰度表示不同的红外辐射能量密度辐射能量密度亮的地区代表红外辐射能量密度大、温度高亮的地区代表红外辐射能量密度大、温度高暗的地区代表红外辐射能量密度小、温度低暗的地区代表红外辐射能量密度小、温度低彩色热像彩色热像在热像上用不同彩色表示不同的红外相在热像上用不同彩色表示不同的红外相射能量密度射能量密度红外热像强度标准红外热像强度标准 组织组织 测量值与正常值比较测量值与正常值比
47、较 程度程度 EPRIEPRI（适合所有类型设备适合所有类型设备）10100 0F F15150 0F F轻度轻度16160 0F F50500 0F F 中度中度51510 0F F1001000 0F F 重度重度 101 1010 0F F 危险危险美国军方美国军方（适合所有类型设备适合所有类型设备）18180 0F F44440 0F F可接受可接受45450 0F F71710 0F F重要重要72720 0F F1251250 0F F 强制强制 126 1260 0F F立即立即欧洲标准化组欧洲标准化组织织（适合电气设备适合电气设备 ）18 180 0F F轻度轻度19190 0
48、F F63630 0F F中度中度63630 0F F1351350 0F F 重度重度 136 1360 0F F 危险危险（1 1）导体接触不良故障）导体接触不良故障（主要（主要过热缺陷过热缺陷形式）形式）原因：原因：接触电阻增大接触电阻增大将部分电能转化成热能将部分电能转化成热能以热量的形式释放出来，导致设备及以热量的形式释放出来，导致设备及连接件温度升高连接件温度升高特征：特征：发热功率与负荷电流平方成正比，在发热功率与负荷电流平方成正比，在设备表面相关部位形成局部特征设备表面相关部位形成局部特征性热性热场分布。发热功率和表面红外热场分布。发热功率和表面红外热像随像随负荷电流改变负荷电
49、流改变故障：故障：各焊接接头、引线连接、动静触头、各焊接接头、引线连接、动静触头、闸刀口与触片等处闸刀口与触片等处1 1、红外热像仪诊断设备故障类型、红外热像仪诊断设备故障类型 母线红外热成像母线红外热成像（2 2）漏磁和涡流故障漏磁和涡流故障 原因：原因：具有磁回路的高压电气设备，由于具有磁回路的高压电气设备，由于漏磁漏磁、绝缘破损绝缘破损，引起短路环流和铁损增大，引起短路环流和铁损增大，导致铁制箱体涡流发热或铁芯局部过热导致铁制箱体涡流发热或铁芯局部过热 特点特点：以环流或涡流中心为最高温度的过热区以环流或涡流中心为最高温度的过热区 故障：故障：发电机和电动机定子铁芯过热；发电机和电动机定
50、子铁芯过热；变压器、电抗器、电压互感器和电流互变压器、电抗器、电压互感器和电流互感器铁芯片间短路；感器铁芯片间短路；变压器和电抗器箱体涡流发热等变压器和电抗器箱体涡流发热等（3 3）设备内部绝缘故障设备内部绝缘故障 原因：原因：高压电气设备的内部绝缘由于高压电气设备的内部绝缘由于密封不良，进密封不良，进水受潮，绝缘介质老化，介质损耗增大水受潮，绝缘介质老化，介质损耗增大，导，导致电气绝缘性能下降，甚至局部放电或击穿致电气绝缘性能下降，甚至局部放电或击穿 特征：特征：设备整体性发热，上高下低设备整体性发热，上高下低的的热场分布；热场分布；改变负荷的情况下外部红外热像无明显变改变负荷的情况下外部红
