一、现状
齿轮传动是机械设备中常用的传动方式之一。风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。据有关资料统计，齿轮箱发生故障有40％的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的；另有43％的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的；还有17％的原因是由于相邻设备（如电机、联轴器等）的故障或缺陷引起的。由此可见，为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行，提高齿轮传动的可靠性，一方面需要改进设计、提高加工制造精度以及改善装配质量，另一方面则必须提高运行管理和维护水平，对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。
二、齿轮箱油液监测
l 油液监测目的
目前我国风机设备的维护主要是定期维护和实验室离线油液分析。相对于离线油液检测，实现风电机组远程在线状态监测的网络化、智能化已势在必行。首先在线监测能够具有实时监测的优势，完成一次在线监测一般只需要几分钟到十几分钟。现场服务器通过互联网将风电场和风电机组的数据实时传送到远离风电场的远程监测中心，在远程监测中心上直接显示风电场运行状态，实时显示风电机组的设备状态，数据同时自动存入数据库。其次无需取样，直接对回油管或齿轮箱中的油液进行分析，避免了不具代表性和二次污染的可能性。
采用在线故障预警系统将能够至少降低齿轮箱59%的故障率和维护费用， 约能节约总投资的17%。风电企业通过增加风机状态监测和故障诊断的技术对风机进行监测，能够确切掌握关键零部件的实际特性，判定需要修复或更换的零部件和元器件，充分利用零件的潜力，避免过度维修、减少能源损耗，达到变定期维护为视情维护的目的，从而节省成本（详见图1）。
图1 计划、非计划齿轮箱维护费用对比
三、产品概述
1.润滑油与设备磨损监测传感器
新一代OCMS-I型润滑油与设备磨损在线监测传感器（图2）是针对机械设备领域的专用型、一体化、主管路、以润滑油为监测介质的在线监测仪。其灵活的机械接口尺寸（口径可随意变化）可以安装在任何构造的润滑系统中，绝不损害原有管道的流量与压力。OCMS-I具备多样化的监测模块，它可以将监测指标的选择交给用户，以满足不同用户不同的监测指标需求（详见图2）。
图2 OCMS-I润滑油与设备磨损监测传感器
2.功能特点
OCMS-I是以测量润滑油为介质来反映设备的运行状态，通过对润滑油中金属磨粒（铁磁性和非铁磁性颗粒）、油液品质（水分、介电常数、粘度、温度指标）进行实时在线监测，来反映设备的运行状况以及润滑油本身的理化指标，从磨损过程的早期和故障的初期介入，能够及早发现故障。OCMS-I包含以下功能：
磨粒监测：润滑油中的磨粒是有关磨损状态的重要信息载体, 通过监测、测量和分析机械装置产生的磨损颗粒, 可以得到工作表面的状态, 以及是否可承受进一步的磨损等有用信息。
粘度监测：粘度，就是液体的内摩擦力，当液体受外力流动时分子间的阻力即为粘度。用它评价液体流动性，它是润滑油的分类分级、质量鉴别和确定用途的重要指标。
水分监测：润滑油中混入水后，会与水发生亲合作用而使油液乳化生成乳化液，降低了润滑性能；同时水与润滑油中的硫、氯离子作用生成硫酸和盐酸，将加速润滑油的劣化，使润滑油失去润滑作用；
介电常数监测：介电常数是整体反映在用油整体品质的指标，通过实验结果表明:随着润滑油含水、总酸值、含铁的增加，润滑油介电常数变化趋势一致。
3.技术参数
磨损检测：
l 50微米铁磁磨粒和150微米非铁磁有色金属磨粒。
油液检测：
l 微量水分监测 0-500ppm
l 油液运动粘度 0-450Cst（40℃）
l 油液介电常数 1-6或0-100%油液性能
l 油液密度 0.65-1.5g/ml
l 油液温度 -40-150℃
通信方式：
l RS485通信协议
工作温度：
l -40---85℃
供电：
l 24V 5W
4.监测精度
l 磨粒监测：
表1 磨粒监测尺寸范围
l 水分监测：准确度---示数的10％或10ppm 精度---0.1ppm
l 粘度监测：准确度---量程的±10% 精度---1cst
l 介电常数监测：准确度---量程±3% 精度---0.1
l 密度监测：准确度---量程的±3% 精度---0.1g/ml
四、实施方案
在机械设备现场,OCMS-I在线润滑与磨损监测传感器通过RS485接口将信号发送至OCMS-L信号采集箱（也可接入其他采集器），采集器通过网线或者光纤方式将数据通过光纤环网发送至总控室服务器，总控室服务器接收并存储油品在线监测数据。总控室服务器作为客户端,向远程集控中心服务器发送数据, 远程集控中心服务器作为保存数据端,并且在客户端PC上安装机械设备油品监控软件,用户在监控软件上查看数据（详见图3）。
图3 安装方案
l 安装方式
OCMS-I是一体化的润滑油品质与磨损在线监测传感器，它以串联的方式接入齿轮箱润滑系统的油路中，通过将润滑系统磨粒、润滑油粘度、水分、介电常数等指标进行检测后，只通过一个RS485接口将各个参数传输给采集器，方便外部采集器采集，省去了开放多个接口的麻烦。
OCMS-I安装在油箱出油口与油泵入口的管路之间，通过简单的油路改造即可实现监测（详见图4）。
图4 安装方式
注：涉及到要更换的结构为管路1以及管路2，口径大小与材质均与原厂一致
五、预期效果与服务能力
无论在船舶、石油化工、能源、钢铁还是航空航天等其他工业和军品领域，对传动链的健康情况进行状态监测都迫在眉睫。由于风电业主对设备剩余寿命的关注，他们更加急切想通过洞察设备的损害程度来达到防患于未然的目的。资料显示，无法使用状态监测来避免设备损坏的发生。但是通过监测早期的轴承和齿轮磨损进展，就能够有效地限制设备损害的发生和避免彻底设备的故障。从运营管理的支出以及风险管控的角度上来讲，业主在基于状态监测的基础上进行有规划的维护行动，从而实现：
Ø 合理统筹更换设备部件、设备维修以及维修人员的时间，进行有计划停机维修，降低收益损失。
Ø 变定期维护为视情维护，发现问题根源就进行补救措施，从而降低由于设备出现功能性故障时投入的巨额维修费用。
l 预期效果
机械设备润滑油与磨损在线监测传感器实时在线监测齿轮箱的磨损和油液的相关理化指标（粘度、密度、温度、介电常数、水分等），从而做到以下几点：
1) 提高机组监测的实效性，为大数据运维提供有效完整的数据。
2) 掌握正确换油周期以及换油指标。
3) 了解每台设备的工作疲劳程度。
4) 正确的早起预警，采取及时措施延长设备的使用寿命，帮助业主做好相关备品备件的准备以及做计划停机。
图5 设备磨损阶段
