油液监测与故障诊断讲义讲义

1、油液监测与故障诊断油液监测与故障诊断 西北工业大学西北工业大学 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

2、化和携带的磨损微粒情况，获得 机器的润滑和磨损状态信息，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

3、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，

4、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

5、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

6、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

7、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：

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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 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

14、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

15、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 1.5mm， 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

16、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

17、：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

18、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

19、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 美国美国 超谱超谱M/C-W型油料分析光谱仪型油料分析光谱仪 国产国产NIR-3000近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、

20、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

21、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

22、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

23、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

24、、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

25、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，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

26、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

27、、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 C2 2H H6 6、C C2 2H H4 4、C C2 2H H2 2、H H2 2 K K1 1 K K2 2 K K3 3 （比值编码）（比值编码） 故

28、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/ L 3. 3. 三比值编码为三比值编码为102 102 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

29、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，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

30、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

31、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 油液监测油液监测 根源根源故障案例

32、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

33、技术红外监测技术 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

34、严重程度 一、概述一、概述 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

35、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

36、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

37、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

38、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 b ww （5 5）斯蒂芬斯蒂芬玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律 物体

39、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表面温度愈高，辐射的红外能量愈大 4 TM b （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 1/5 1 ) 1()( 2 TC b eCTM （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

40、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max max) ) 温度升高，峰值波长变短温度升高，峰值波长变短 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 1414m m的工作波长的工作波长 T 2897 max （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

41、表面法 线方向进行线方向进行 )cos( 1 4 ATI 2 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 35 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

42、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

43、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

44、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； （1111）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

45、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

46、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

47、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 ） 18180 0F F轻度轻度 19190 0F 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

48、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：

49、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

50、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外热像无明显变化化 故障：故障： 发电机定子主绝缘劣化、脱壳与击穿；发电机定子主绝缘劣化、脱壳与击穿； 变压器套管或避雷器受潮；变压器套管或避雷器受潮； 高压油断路器受潮或油质劣化高压油断路器受潮或油质劣化等等 绝缘缺陷检查

51、绝缘缺陷检查 （4 4）电压分布异常和泄漏电流增大故障电压分布异常和泄漏电流增大故障 一些一些高压电气设备内部故障本身并不会产生过热，高压电气设备内部故障本身并不会产生过热， 但故障但故障可改变其正常运行时的电压分布或泄漏电流，可改变其正常运行时的电压分布或泄漏电流， 在设备外表面产生异常的特征性热场分布在设备外表面产生异常的特征性热场分布 故障：故障： 避雷器避雷器 （5 5）油浸电气设备缺油故障油浸电气设备缺油故障 油浸高压电气设备，因漏油而造成缺油或假油位。油浸高压电气设备，因漏油而造成缺油或假油位。 由于油面上下介质热物性参数差异较大、在设备外表由于油面上下介质热物性参数差异较大、在设

52、备外表 可产生与油位对应的明显温度梯度。可产生与油位对应的明显温度梯度。 故障：故障：油断路器、耦合电容器、电流互感器、电压互油断路器、耦合电容器、电流互感器、电压互 感器、变压器套管与油枕感器、变压器套管与油枕等等 变压器套管检查变压器套管检查 油位异常油位异常油位正常油位正常 （6 6）电动机和发电机故障电动机和发电机故障 有问题的轴承引起铁芯或绕组线圈的损坏，有毛病有问题的轴承引起铁芯或绕组线圈的损坏，有毛病 的碳刷损坏滑环和集流环，进而损坏绕组线圈，还可能的碳刷损坏滑环和集流环，进而损坏绕组线圈，还可能 引起驱动目标的损坏。引起驱动目标的损坏。 故障：故障： 发电机、电动机轴承振动或润

53、滑冷却油量不足；发电机、电动机轴承振动或润滑冷却油量不足； 电动机轴瓦接触不良导致轴承温度过高；电动机轴瓦接触不良导致轴承温度过高； 负荷不平衡；负荷不平衡； 绕组短路或开路；绕组短路或开路； 碳刷、滑环和集流环、换向器发热；碳刷、滑环和集流环、换向器发热； 绝缘状态的劣化等绝缘状态的劣化等 励磁碳刷检查励磁碳刷检查 （7 7）锅炉锅炉 n 火焰监测（锅炉炉膛灭火或燃烧不正常）；火焰监测（锅炉炉膛灭火或燃烧不正常）； n 耐火材料及保温层破损；耐火材料及保温层破损； n 烟温监测，可及时发现锅炉堵灰；烟温监测，可及时发现锅炉堵灰； n 炉管堵塞、结垢（例如水冷壁管子堵塞）；炉管堵塞、结垢（例如

54、水冷壁管子堵塞）； n 热气泄漏；热气泄漏； n 安全阀泄漏等安全阀泄漏等 烟道检查烟道检查 炉墙检查炉墙检查 火焰分析火焰分析 （8 8）热力系统破损及漏热故障热力系统破损及漏热故障 n 阀门或接头泄漏阀门或接头泄漏； n 锅炉及输热管道保温效果差或破损；锅炉及输热管道保温效果差或破损； n 高温省煤器或热交换器内侧保温材料高温省煤器或热交换器内侧保温材料 劣化和损伤脱落；劣化和损伤脱落； n 烟囱内壁破损；烟囱内壁破损； n 地下管道泄漏；地下管道泄漏； n 冷凝器回流管堵塞、变窄；冷凝器回流管堵塞、变窄； n 凝汽器泄漏等凝汽器泄漏等。 （9 9）其他）其他故障故障 储煤堆自燃监测与预报

55、储煤堆自燃监测与预报； 电厂温排水热污染监测电厂温排水热污染监测； 高压绝缘子的检零高压绝缘子的检零等等 典型的设备红外热成像典型的设备红外热成像 变压器过热检查变压器过热检查 变电站的绝缘子和连接器检查变电站的绝缘子和连接器检查 2 2、红外测温的诊断方法、红外测温的诊断方法 （1） 表面温度判断法表面温度判断法 n主要根据测得的设备表面温度值，对照主要根据测得的设备表面温度值，对照 GB763 GB763 的有关规定，可以确定一部分电流的有关规定，可以确定一部分电流 致热设备的缺陷；致热设备的缺陷； n对于温度（或温升）超高标准的不能正常对于温度（或温升）超高标准的不能正常 工作的设备，可

56、根据设备温度超标的程度、工作的设备，可根据设备温度超标的程度、 设备负荷的大小、设备的重要性及设备承设备负荷的大小、设备的重要性及设备承 受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质。受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质。 （2）温差判断法温差判断法 n电流致热型设备若发现设备的热态异常，电流致热型设备若发现设备的热态异常， 应按规定进行准确测量并计算相对温差值，应按规定进行准确测量并计算相对温差值， 判断设备的缺陷的程度；判断设备的缺陷的程度； n对于负荷小、温升小，相对温差大的设备，对于负荷小、温升小，相对温差大的设备， 如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流 后

57、进行复测，以确定设备的缺陷性质后进行复测，以确定设备的缺陷性质 （3）同类比较法同类比较法 n在同一电气回路中，当三相电流对称的设备，同在同一电气回路中，当三相电流对称的设备，同 时比较三相或两相电流致热型设备对应部位的温时比较三相或两相电流致热型设备对应部位的温 升值，来判断设备是否正常，当负荷电流不对称升值，来判断设备是否正常，当负荷电流不对称 时应考虑负荷电流的影响。时应考虑负荷电流的影响。 n对于型号规范相同的电压致热设备，可根据它的对于型号规范相同的电压致热设备，可根据它的 温升值的差异来判断设备是否正常；同类设备同温升值的差异来判断设备是否正常；同类设备同 部位比较、上下节比较来判

58、断设备是否正常。部位比较、上下节比较来判断设备是否正常。 n电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许 温差判断确定温差判断确定 n一般情况下，同类温差超过允许温升值一般情况下，同类温差超过允许温升值3030%时应时应 定为重大缺陷定为重大缺陷 （4）热谱图分析法热谱图分析法 根据同类设备热谱图的差异来判断设备是否正常根据同类设备热谱图的差异来判断设备是否正常 （5）档案分析档案分析分析法分析法 分析同一设备在不同时期检测数据（例如温升、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相对温差和热谱图）找出设备致热

59、参数的变化趋 势和变化速率，以判断设备是否正常势和变化速率，以判断设备是否正常 四、典型红外装置四、典型红外装置 1 1、红外辐射测温仪、红外辐射测温仪 红外探测器接收目标辐射并转变成电信号红外探测器接收目标辐射并转变成电信号 目目 标标 显显 示示 器器 光学系统光学系统 红外探测器红外探测器 微电机微电机 调制盘调制盘 放放 大大 器器 光机扫描热像仪原理图光机扫描热像仪原理图 1被测物体被测物体 2光学聚焦系统光学聚焦系统 3行扫描镜行扫描镜 4帧扫描镜帧扫描镜 5红外探测器红外探测器 6信号处理器信号处理器 7视频显示器视频显示器 红外热像仪一般分为：红外热像仪一般分为： 光机扫描热像

60、仪光机扫描热像仪 焦平面阵列热像仪焦平面阵列热像仪 红外热电视红外热电视 （1 1）光机扫描热像仪）光机扫描热像仪 组成：组成： 光学聚焦系统、行扫描镜、帧扫描镜、红外光学聚焦系统、行扫描镜、帧扫描镜、红外 探测器、电子信号处理器和视频显示器探测器、电子信号处理器和视频显示器 红外辐射红外辐射聚焦系统聚焦系统行扫描镜和帧扫行扫描镜和帧扫 描镜描镜红外探测器（液氮冷却）红外探测器（液氮冷却）红外红外 探测器探测器转变成电信号转变成电信号可见图像可见图像 （2 2）焦平面阵列热像仪）焦平面阵列热像仪 n没有没有光机扫描系统光机扫描系统 n非制冷非制冷 （3）红外热电视（热释电摄像管成像装置红外热电