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【摘 要】随着智能化水电厂建设的推进，机组在线状态监测的重要性日益凸显。从电厂水轮机透平油颗粒度的在线监测入手，采用光散射法原理，在实验室条件下搭建了水轮机透平油颗粒度光散射测量实验平台，自主研发透平油颗粒度仪，并对测量结果进行标定和验证，标定结果可信。开发的透平油颗粒度仪，成本低，稳定性好，具有极大的推广价值。
【关键词】光散射法；颗粒度；透平油；在线监测；调速器系统
1引言
透平油用于电厂发电机组的调速系统、导轴承、推力轴承，它起着调速、润滑和冷却散热作用，油质的好坏直接关系着机组的安全[1]。调速器油系统中，由于各种原因常常存在着机械杂质，它的存在可引起调速器执行机构卡涩，严重时会造成机组飞车等事故[2]。因此，加强对运行中透平油的监测，有利于及时对油品采取防恶劣措施，对延长透平油及设备的使用寿命、保证机组的安全运行有着重要意义[3]。
目前对于透平油进行颗粒度分析的方法主要包括自动颗粒计数仪法和显微镜法，采用的原理分别是遮光原理和图像原理[4]。不过这些方法和仪器目前主要应用在实验室，机组在线应用的案例颇少。而要进行油颗粒度在线分析，不仅仅对测量频率要求高，同时对油样样本的代表性、安全性、结果数据分析和微机的数据通讯等都提出了更高的要求。
五强溪水电厂调速器系统为比例阀+伺服电机+机械自复中的并联PID微机调速器，该系统比例伺服阀液压控制部分对透平油油质要求较高（NAS8级及以下），因此，可靠的透平油颗粒度在线监测系统对于掌握调速器系统透平油实时运行情况尤为重要。
本文介绍了一套基于光散射法原理开发的透平油在线监测装置，该装置能按照NAS1638[5]标准输出可靠的污染等级结果，为判别油质优劣以及为调速器状态检修提供更加详细、准确的信息。
2光散射法原理
光散射法颗粒测量仪普遍采用激光光源，激光光束经透镜聚集形成一束细小明亮的光束集中区域，在集中区域中定义一有效测量区，被测介质由进样油泵送入装置，并流经测量区，当存在于透平油中的颗粒经过测量区时，即被装置内的激光源所照射并产生散射光，某个（或几个）角度下的散射光由装置内的光束采集系统采集，经光电转换系统转化成可测量的电信号，如图1所示。
3实验室研究
3.1实验室标定
在实验室条件下搭建了透平油颗粒度光散射测量平台。确定了装置构造组成，包括：1）硬件部分：激光器、聚焦透镜、样品池、光阑、采光透镜、窄带滤光片、光纤、光电倍增管、开关电源、MP424采集卡等；2）软件部分：数据采集软件、数据处理软件等。
按照规格120μm、63.6μm、57.9μm、45μm、15μm、5.1μm配置不同颗粒直径的聚苯乙烯标准颗粒溶液，标定时通过蠕动泵让介质循环流经测量区，通过光束采集系统采集并记录下不同颗粒直径标准的颗粒所对应的散射光信号强度。为与标准颗粒的原始信号图相对应，显示的尖峰脈冲信号即为颗粒经过测量区时采集到的散射光信号，根据尖峰脉冲信号的幅值和相应的标准颗粒粒径即可换完成测量结果标定实验。
3.2 实验室验证
为检验采用标准颗粒溶液标定结果的精确度，采用油中颗粒标准物质（国防科技工业颗粒度一级计量站生产的国家标准物质）进行验证，其油中颗粒度为NAS10级，且各分档基本都处于10级。利用光散射法原理颗粒度测量仪对其测量分析，得到的测量结果各档位的级数均在一致NAS10级，说明基于该装置的实验室标定测量结果可信。
4 结语
（1）阐述基于光散射理论进行透平油颗粒度测量的原理。
（2）在实验室条件下搭建了透平油颗粒度光散射测量平台，实验平台测量结果准确，装置可靠。
（3）该测量平台时效性好、测量准确。基于该平台可制造结构简单、成本低透平油在线监测装置，有利于实现机组设备的状态检修，安全效益明显。
参考文献：
[1]胡边，苏明旭.电厂运行中汽轮机油粘度的在线测量方法与装置研究[J].水力发电，2015，41（6）：95-97，101.
[2]王笑微，杨军，王娟，等.汽轮机油颜色异常原因分析及处理[J].热力发电，2013，42（9）：139-140，143.
[3]胡边，张宏治，魏宇明.水电厂汽轮机油颗粒度的超声衰减谱法研究[J].人民长江，2015，46（3）：94-98.
[4]周骛，胡嘉睿，蔡小舒.管道内稀疏颗粒相图像法多参数测量[J].工程热物理学报，2015，36（3）：541-544.
[5]DL/T 432-2007 电力用油中颗粒污染度测量方法[S].
作者简介：
黄海兵（1971-），男，工程师，主要从事水电厂水轮机组管理及研究工作。
（作者单位：五凌电力有限公司）
【关键词】光散射法；颗粒度；透平油；在线监测；调速器系统
1引言
透平油用于电厂发电机组的调速系统、导轴承、推力轴承，它起着调速、润滑和冷却散热作用，油质的好坏直接关系着机组的安全[1]。调速器油系统中，由于各种原因常常存在着机械杂质，它的存在可引起调速器执行机构卡涩，严重时会造成机组飞车等事故[2]。因此，加强对运行中透平油的监测，有利于及时对油品采取防恶劣措施，对延长透平油及设备的使用寿命、保证机组的安全运行有着重要意义[3]。
目前对于透平油进行颗粒度分析的方法主要包括自动颗粒计数仪法和显微镜法，采用的原理分别是遮光原理和图像原理[4]。不过这些方法和仪器目前主要应用在实验室，机组在线应用的案例颇少。而要进行油颗粒度在线分析，不仅仅对测量频率要求高，同时对油样样本的代表性、安全性、结果数据分析和微机的数据通讯等都提出了更高的要求。
五强溪水电厂调速器系统为比例阀+伺服电机+机械自复中的并联PID微机调速器，该系统比例伺服阀液压控制部分对透平油油质要求较高（NAS8级及以下），因此，可靠的透平油颗粒度在线监测系统对于掌握调速器系统透平油实时运行情况尤为重要。
本文介绍了一套基于光散射法原理开发的透平油在线监测装置，该装置能按照NAS1638[5]标准输出可靠的污染等级结果，为判别油质优劣以及为调速器状态检修提供更加详细、准确的信息。
2光散射法原理
光散射法颗粒测量仪普遍采用激光光源，激光光束经透镜聚集形成一束细小明亮的光束集中区域，在集中区域中定义一有效测量区，被测介质由进样油泵送入装置，并流经测量区，当存在于透平油中的颗粒经过测量区时，即被装置内的激光源所照射并产生散射光，某个（或几个）角度下的散射光由装置内的光束采集系统采集，经光电转换系统转化成可测量的电信号，如图1所示。
3实验室研究
3.1实验室标定
在实验室条件下搭建了透平油颗粒度光散射测量平台。确定了装置构造组成，包括：1）硬件部分：激光器、聚焦透镜、样品池、光阑、采光透镜、窄带滤光片、光纤、光电倍增管、开关电源、MP424采集卡等；2）软件部分：数据采集软件、数据处理软件等。
按照规格120μm、63.6μm、57.9μm、45μm、15μm、5.1μm配置不同颗粒直径的聚苯乙烯标准颗粒溶液，标定时通过蠕动泵让介质循环流经测量区，通过光束采集系统采集并记录下不同颗粒直径标准的颗粒所对应的散射光信号强度。为与标准颗粒的原始信号图相对应，显示的尖峰脈冲信号即为颗粒经过测量区时采集到的散射光信号，根据尖峰脉冲信号的幅值和相应的标准颗粒粒径即可换完成测量结果标定实验。
3.2 实验室验证
为检验采用标准颗粒溶液标定结果的精确度，采用油中颗粒标准物质（国防科技工业颗粒度一级计量站生产的国家标准物质）进行验证，其油中颗粒度为NAS10级，且各分档基本都处于10级。利用光散射法原理颗粒度测量仪对其测量分析，得到的测量结果各档位的级数均在一致NAS10级，说明基于该装置的实验室标定测量结果可信。
4 结语
（1）阐述基于光散射理论进行透平油颗粒度测量的原理。
（2）在实验室条件下搭建了透平油颗粒度光散射测量平台，实验平台测量结果准确，装置可靠。
（3）该测量平台时效性好、测量准确。基于该平台可制造结构简单、成本低透平油在线监测装置，有利于实现机组设备的状态检修，安全效益明显。
参考文献：
[1]胡边，苏明旭.电厂运行中汽轮机油粘度的在线测量方法与装置研究[J].水力发电，2015，41（6）：95-97，101.
[2]王笑微，杨军，王娟，等.汽轮机油颜色异常原因分析及处理[J].热力发电，2013，42（9）：139-140，143.
[3]胡边，张宏治，魏宇明.水电厂汽轮机油颗粒度的超声衰减谱法研究[J].人民长江，2015，46（3）：94-98.
[4]周骛，胡嘉睿，蔡小舒.管道内稀疏颗粒相图像法多参数测量[J].工程热物理学报，2015，36（3）：541-544.
[5]DL/T 432-2007 电力用油中颗粒污染度测量方法[S].
作者简介：
黄海兵（1971-），男，工程师，主要从事水电厂水轮机组管理及研究工作。
（作者单位：五凌电力有限公司）