曹娥江大閘液壓油智能凈化系統(tǒng)實施及運行評價

鐘 俊、俞金沖、趙俞斌

（1.紹興市曹娥江大閘管理局，浙江紹興 312000；2.紹興市曹娥江大閘投資開發(fā)有限公司，浙江紹興 312000）

0 引言

液壓技術(shù)在工程上的廣泛應(yīng)用與發(fā)展使油液污染度監(jiān)測技術(shù)日益重要。對液壓系統(tǒng)而言，約76%的故障是由于油液及其污染造成的，油液污染是液壓系統(tǒng)失效的主要根源。目前，水利行業(yè)液壓啟閉系統(tǒng)尚無液壓油污染在線監(jiān)測技術(shù)及自動濾油技術(shù)的應(yīng)用實例，各水利工程還是采用液壓油定期離線檢測及人工操作濾油的方式進行液壓油污染度檢測及過濾。本項目的成功實施開創(chuàng)了自動化油液過濾和智能化油品管理的先河。

1 項目實施的原因

曹娥江大閘是國家批準(zhǔn)實施的大（1）型水利項目，是中國第一河口大閘，是浙江省“五大百億”工程浙東引水工程的樞紐工程，還是紹興城市北進、建設(shè)濱海新城的啟動性工程。大閘工程主要功能是提升曹娥江兩岸防潮（洪）和治澇的能力，兼顧水資源開發(fā)利用、浙東引水、水環(huán)境保護和航運等綜合功能[1]。曹娥江大閘的安全運行為蕭紹平原防洪排澇及紹興、寧波、舟山的水資源開發(fā)利用提供了基本保障。大閘安全運行主要指擋潮泄洪閘的安全運行，擋潮泄洪閘總凈寬560 m，共有28孔閘門，采用容量2×1600 kN的液壓式啟閉機啟閉閘門。液壓油是液壓啟閉機的“血液”，在啟閉機系統(tǒng)運行過程中起到至關(guān)重要的作用，油液的品質(zhì)直接關(guān)系到啟閉系統(tǒng)能否正常工作。

目前，大閘液壓啟閉系統(tǒng)的液壓油過濾還是采用原始人工現(xiàn)地操作的方式，完成一次凈油處理需要 3名經(jīng)驗豐富的工作人員不間斷工作60多天，勞動強度非常大，并且濾油時液壓油浪費也比較嚴重。大閘運行操作人員有 9名，運行操作人員每年要對大閘啟閉運行操作 200多天，同時還要做好機電設(shè)備巡查、保潔和日常維護保養(yǎng)工作，勞動強度非常大。大閘設(shè)備維修人員有3名，需負責(zé)大閘28套機械設(shè)備、2臺門機、閘控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電力專柜、電力專線和28孔工作閘門等設(shè)備的維修，其工作任務(wù)非常繁重。大閘技術(shù)人員很難集中時間對液壓油進行過濾，而且又缺少實時檢測液壓系統(tǒng)油品的設(shè)備及檢測控制系統(tǒng)，所以無法實時獲取油品的質(zhì)量情況（主要指標(biāo)為顆粒度、水分、黏度、總酸值、清潔度）[2]，也難于保證大閘啟閉系統(tǒng)安全可靠運行。

為了確保大閘啟閉系統(tǒng)安全可靠運行，利用先進的自動化控制及檢測技術(shù)實現(xiàn)液壓油智能凈化與檢測管理，顯得尤為迫切和重要。

2 項目實施的內(nèi)容及目標(biāo)

結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展，以“機器換人”的思想提高水利信息化建設(shè)，并依托信息化使水利工程逐步實行“少人值守”及“自動控制為主”的管理模式，以此節(jié)省高額人工成本、提高工作效率，保障水利工程安全穩(wěn)定運行。本著以上宗旨，建立液壓油智能凈化與檢測管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建成可以提高生產(chǎn)和工作效率，減少人工、費用和成本，實時監(jiān)控并記錄油品檢測信息，并確保液壓啟閉系統(tǒng)的油品質(zhì)量實時滿足大閘啟閉系統(tǒng)安全可靠運行的要求。

液壓油自動監(jiān)控系統(tǒng)可以采集油品水分和油品清潔度參數(shù)等多種數(shù)據(jù)，并包含視頻圖像，可為液壓油過濾決策提供了實時、可靠的數(shù)據(jù)來源。同時輔以計算機監(jiān)控的命令執(zhí)行平臺，能夠有效、準(zhǔn)確地將調(diào)度指令傳輸?shù)浇K端，并執(zhí)行相應(yīng)操作。

實施液壓油自動監(jiān)控的目標(biāo)包括：

1）高效傳輸數(shù)據(jù)。高度自動化、集成化的控制系統(tǒng)，能夠大為提高傳統(tǒng)的信息傳輸時效，通過高速、可靠的光纖以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)能夠在毫秒級的時間內(nèi)匯總到監(jiān)控中心，在時效性上體現(xiàn)了極大的綜合效益。

2）提升信息化水平。通過采用先進的自動化技術(shù)和設(shè)備，提高曹娥江大閘的信息化水平，以符合現(xiàn)代管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢。

3）降低運行成本。傳統(tǒng)的運行管理方式在凈油時需要配備 3名經(jīng)驗豐富的運行管理人員在現(xiàn)地和濾油室配合操作，其操作流程復(fù)雜、工作量大。在建成本系統(tǒng)后，只需要在管理中心配備 1～2名具備信息化管理能力的專業(yè)人士，既提高了運行管理人員的素質(zhì)，又節(jié)約了運行管理成本。

4）高度集成系統(tǒng)。液壓油智能凈化與檢測管理系統(tǒng)具有較高的集成度，能夠使決策者全面地對數(shù)據(jù)進行分析并統(tǒng)一發(fā)布指令，決策者可以實時監(jiān)視指令的執(zhí)行情況，從而實現(xiàn)了高度的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。

3 項目實施的步驟

曹娥江大閘濾油系統(tǒng)主要由液壓站、管道間循環(huán)設(shè)備和油處理室濾油設(shè)備三大部分組成。為提高啟閉機可靠性、減少誤操作、降低勞動強度，對原有的管路系統(tǒng)進行集成和優(yōu)化。采用新工藝，將原有的人工目測改造為實時在線參數(shù)監(jiān)測、對原有的手動過程改造為自動控制過程、對原有的經(jīng)驗判別過程改造為人工智能診斷過程。

項目實施步驟如下：

1）管路系統(tǒng)改造。油處理室采用新工藝集成閥塊，優(yōu)化原有系統(tǒng)管路，減少雜質(zhì)顆粒的引入以及管路二次污染。

2）新建自動化系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)采用先進的傳感器技術(shù)、控制器和執(zhí)行器，使整個濾油系統(tǒng)按事先編制的程序自動進行濾油，無需人工干預(yù)，并輔以遠程視頻監(jiān)視系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備運行工況、獲取液壓油品質(zhì)參數(shù)。

3）人工智能診斷。使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對設(shè)備健康狀況進行診斷，推薦濾油方案和運行程序，以經(jīng)濟、有效、快速地處理油液，使油液品質(zhì)始終滿足設(shè)備安全運行的需要。

4 項目運行效果及評價

4.1 項目運行效果

項目自2016年實施完成后，經(jīng)過一年多的試運行，基本實現(xiàn)了項目的設(shè)計要求，現(xiàn)可以達到以下效果。

1）設(shè)備設(shè)施優(yōu)化加強。根據(jù)設(shè)計要求，采用集成閥塊、繼電器、壓力傳感器等設(shè)備代替原有的手動截止閥和單向閥。精簡了液壓油過濾系統(tǒng)的管路構(gòu)成和操作方式，完善了旁路過濾系統(tǒng)運行工況監(jiān)測的功能，使現(xiàn)地控制操作更加方便安全。在液壓控制柜的泵源出口處增設(shè)高壓濾芯和在線ICM油污染檢測儀，確保了液壓油在進入工作閥組前的油品等級時刻滿足設(shè)備運行的需要。

2）過濾流程科學(xué)細化。根據(jù)設(shè)計要求，在現(xiàn)地28套液壓油箱旁，依托原來的液壓管路增加了旁路過濾功能。豐富了原有的液壓油處理流程，使其與原有的油處理室的多級過濾系統(tǒng)組成一個新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)油品情況，在旁路濾油和集控濾油這兩種模式中自由切換，以確保液壓油通過最科學(xué)的方式進行處理，實時確保液壓油處于正常工作狀態(tài)。

3）機器換人實時監(jiān)控。該系統(tǒng)運用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、液壓控制技術(shù)等技術(shù)構(gòu)建形成了一個分層分布式集散控制與管理平臺。系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)有兩層：調(diào)度層（控制中心位于集控樓）和現(xiàn)地控制層（在管道間和油處理室），調(diào)度層作為日常液壓油過濾處理的主要操作平臺，現(xiàn)地控制層可作為調(diào)度層故障時或濾油系統(tǒng)進行檢修養(yǎng)護時的后備操作[3]。該系統(tǒng)控制程序是依據(jù)歷年的油品監(jiān)測情況、液壓油過濾周期及啟閉機設(shè)備使用情況進行開發(fā)的，通過 ICM油污染檢測儀實時監(jiān)測日常閘門啟閉中液壓油的油品等級和油處理室中正在凈化過濾的油品等級[4]，通過液位傳感器和壓力傳感器等監(jiān)測設(shè)備對管道間旁路油處理系統(tǒng)和油處理室集中過濾系統(tǒng)的設(shè)備進行實時監(jiān)控，并擁有設(shè)備故障報警提示和設(shè)備停機保護的功能。

4）簡單操作高效管理。該系統(tǒng)運行以后，凈油處理的過程從原來至少由 3名經(jīng)驗豐富的工作人員不間斷工作60多天，減少到只需要1人通過上位機確認操作指令就可以完成。一般只要 1名運行值班人員在值班期間通過監(jiān)控計算機提供的監(jiān)控數(shù)據(jù)畫面實時了解系統(tǒng)中液壓油油品等級情況，根據(jù)啟閉機運行中監(jiān)測到的不同的NAS等級[5]，系統(tǒng)會提供不同的油品過濾方案提示，1名運行值班人員根據(jù)提示在24小時內(nèi)確定方案，一鍵啟動即可自動完成濾油。

5）智能診斷逐步完善。智能診斷模塊能實時收集系統(tǒng)運行期間的各類設(shè)備數(shù)據(jù)，顯示各設(shè)備的使用時間。對于液壓油NAS等級和含水量的數(shù)據(jù)，智能診斷模塊能逐月將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，同時可以依據(jù)實時數(shù)據(jù)情況及時提出實時液壓油凈化過濾提示。計劃通過1年～3年的時間，完善記錄每孔液壓油情況，從而完善智能診斷模塊的功能。

4.2 項目評價

曹娥江大閘液壓油智能凈化與檢測管理系統(tǒng)試運行后，對液壓油及液壓啟閉設(shè)備的管理方式有了很大變化。首先，大大減輕了操作人員繁重的濾油工作量，提高了處室的管理效能、快速反應(yīng)能力和智能化管理水平，提高了生產(chǎn)和工作效率，減少了人工、費用和成本；其次，通過本系統(tǒng)的實施，優(yōu)化了人員配置、提高了信息獲取水平，通過實時監(jiān)控并記錄油品檢測信息，確保液壓啟閉系統(tǒng)的油品質(zhì)量，改善系統(tǒng)運行環(huán)境，保證了大閘啟閉機高效穩(wěn)定的運行。

5 結(jié)論

目前水利行業(yè)液壓啟閉系統(tǒng)尚無液壓油污染在線監(jiān)測技術(shù)及自動濾油技術(shù)的應(yīng)用實例，本次智能凈油系統(tǒng)的成功研發(fā)為水利行業(yè)設(shè)備保障提供了一條成功的借鑒之路。該系統(tǒng)豐富了水閘自動化控制行業(yè)的信息采集內(nèi)容，提高了水閘計算機監(jiān)控的可靠性。該系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用得到了多家科研院所的肯定。該系統(tǒng)為大閘運行管理實現(xiàn)“無人值班，少人值守”提供了保障。建議在類似領(lǐng)域大力推廣該技術(shù)。

[1] 傅森彪. 曹娥江大閘工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐[J]. 水利水電技術(shù), 2014(1): 13-17.

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