曹娥江大闸液压油智能净化系统实施及运行评价

钟 俊、俞金冲、赵俞斌

（1.绍兴市曹娥江大闸管理局，浙江绍兴 312000；2.绍兴市曹娥江大闸投资开发有限公司，浙江绍兴 312000）

0 引言

液压技术在工程上的广泛应用与发展使油液污染度监测技术日益重要。对液压系统而言，约76%的故障是由于油液及其污染造成的，油液污染是液压系统失效的主要根源。目前，水利行业液压启闭系统尚无液压油污染在线监测技术及自动滤油技术的应用实例，各水利工程还是采用液压油定期离线检测及人工操作滤油的方式进行液压油污染度检测及过滤。本项目的成功实施开创了自动化油液过滤和智能化油品管理的先河。

1 项目实施的原因

曹娥江大闸是国家批准实施的大（1）型水利项目，是中国第一河口大闸，是浙江省“五大百亿”工程浙东引水工程的枢纽工程，还是绍兴城市北进、建设滨海新城的启动性工程。大闸工程主要功能是提升曹娥江两岸防潮（洪）和治涝的能力，兼顾水资源开发利用、浙东引水、水环境保护和航运等综合功能[1]。曹娥江大闸的安全运行为萧绍平原防洪排涝及绍兴、宁波、舟山的水资源开发利用提供了基本保障。大闸安全运行主要指挡潮泄洪闸的安全运行，挡潮泄洪闸总净宽560 m，共有28孔闸门，采用容量2×1600 kN的液压式启闭机启闭闸门。液压油是液压启闭机的“血液”，在启闭机系统运行过程中起到至关重要的作用，油液的品质直接关系到启闭系统能否正常工作。

目前，大闸液压启闭系统的液压油过滤还是采用原始人工现地操作的方式，完成一次净油处理需要 3名经验丰富的工作人员不间断工作60多天，劳动强度非常大，并且滤油时液压油浪费也比较严重。大闸运行操作人员有 9名，运行操作人员每年要对大闸启闭运行操作 200多天，同时还要做好机电设备巡查、保洁和日常维护保养工作，劳动强度非常大。大闸设备维修人员有3名，需负责大闸28套机械设备、2台门机、闸控系统、视频系统、预警系统、消防系统、电力专柜、电力专线和28孔工作闸门等设备的维修，其工作任务非常繁重。大闸技术人员很难集中时间对液压油进行过滤，而且又缺少实时检测液压系统油品的设备及检测控制系统，所以无法实时获取油品的质量情况（主要指标为颗粒度、水分、黏度、总酸值、清洁度）[2]，也难于保证大闸启闭系统安全可靠运行。

为了确保大闸启闭系统安全可靠运行，利用先进的自动化控制及检测技术实现液压油智能净化与检测管理，显得尤为迫切和重要。

2 项目实施的内容及目标

结合信息技术的发展，以“机器换人”的思想提高水利信息化建设，并依托信息化使水利工程逐步实行“少人值守”及“自动控制为主”的管理模式，以此节省高额人工成本、提高工作效率，保障水利工程安全稳定运行。本着以上宗旨，建立液压油智能净化与检测管理系统，该系统的建成可以提高生产和工作效率，减少人工、费用和成本，实时监控并记录油品检测信息，并确保液压启闭系统的油品质量实时满足大闸启闭系统安全可靠运行的要求。

液压油自动监控系统可以采集油品水分和油品清洁度参数等多种数据，并包含视频图像，可为液压油过滤决策提供了实时、可靠的数据来源。同时辅以计算机监控的命令执行平台，能够有效、准确地将调度指令传输到终端，并执行相应操作。

实施液压油自动监控的目标包括：

1）高效传输数据。高度自动化、集成化的控制系统，能够大为提高传统的信息传输时效，通过高速、可靠的光纤以太网，数据能够在毫秒级的时间内汇总到监控中心，在时效性上体现了极大的综合效益。

2）提升信息化水平。通过采用先进的自动化技术和设备，提高曹娥江大闸的信息化水平，以符合现代管理系统发展趋势。

3）降低运行成本。传统的运行管理方式在净油时需要配备 3名经验丰富的运行管理人员在现地和滤油室配合操作，其操作流程复杂、工作量大。在建成本系统后，只需要在管理中心配备 1～2名具备信息化管理能力的专业人士，既提高了运行管理人员的素质，又节约了运行管理成本。

4）高度集成系统。液压油智能净化与检测管理系统具有较高的集成度，能够使决策者全面地对数据进行分析并统一发布指令，决策者可以实时监视指令的执行情况，从而实现了高度的协调性和统一性。

3 项目实施的步骤

曹娥江大闸滤油系统主要由液压站、管道间循环设备和油处理室滤油设备三大部分组成。为提高启闭机可靠性、减少误操作、降低劳动强度，对原有的管路系统进行集成和优化。采用新工艺，将原有的人工目测改造为实时在线参数监测、对原有的手动过程改造为自动控制过程、对原有的经验判别过程改造为人工智能诊断过程。

项目实施步骤如下：

1）管路系统改造。油处理室采用新工艺集成阀块，优化原有系统管路，减少杂质颗粒的引入以及管路二次污染。

2）新建自动化系统。自动控制系统采用先进的传感器技术、控制器和执行器，使整个滤油系统按事先编制的程序自动进行滤油，无需人工干预，并辅以远程视频监视系统和在线监测系统，实时监视现场设备运行工况、获取液压油品质参数。

3）人工智能诊断。使用数据库技术对设备健康状况进行诊断，推荐滤油方案和运行程序，以经济、有效、快速地处理油液，使油液品质始终满足设备安全运行的需要。

4 项目运行效果及评价

4.1 项目运行效果

项目自2016年实施完成后，经过一年多的试运行，基本实现了项目的设计要求，现可以达到以下效果。

1）设备设施优化加强。根据设计要求，采用集成阀块、继电器、压力传感器等设备代替原有的手动截止阀和单向阀。精简了液压油过滤系统的管路构成和操作方式，完善了旁路过滤系统运行工况监测的功能，使现地控制操作更加方便安全。在液压控制柜的泵源出口处增设高压滤芯和在线ICM油污染检测仪，确保了液压油在进入工作阀组前的油品等级时刻满足设备运行的需要。

2）过滤流程科学细化。根据设计要求，在现地28套液压油箱旁，依托原来的液压管路增加了旁路过滤功能。丰富了原有的液压油处理流程，使其与原有的油处理室的多级过滤系统组成一个新的系统，该系统能够根据油品情况，在旁路滤油和集控滤油这两种模式中自由切换，以确保液压油通过最科学的方式进行处理，实时确保液压油处于正常工作状态。

3）机器换人实时监控。该系统运用了计算机技术、自动控制技术、液压控制技术等技术构建形成了一个分层分布式集散控制与管理平台。系统的分层分布式结构有两层：调度层（控制中心位于集控楼）和现地控制层（在管道间和油处理室），调度层作为日常液压油过滤处理的主要操作平台，现地控制层可作为调度层故障时或滤油系统进行检修养护时的后备操作[3]。该系统控制程序是依据历年的油品监测情况、液压油过滤周期及启闭机设备使用情况进行开发的，通过 ICM油污染检测仪实时监测日常闸门启闭中液压油的油品等级和油处理室中正在净化过滤的油品等级[4]，通过液位传感器和压力传感器等监测设备对管道间旁路油处理系统和油处理室集中过滤系统的设备进行实时监控，并拥有设备故障报警提示和设备停机保护的功能。

4）简单操作高效管理。该系统运行以后，净油处理的过程从原来至少由 3名经验丰富的工作人员不间断工作60多天，减少到只需要1人通过上位机确认操作指令就可以完成。一般只要 1名运行值班人员在值班期间通过监控计算机提供的监控数据画面实时了解系统中液压油油品等级情况，根据启闭机运行中监测到的不同的NAS等级[5]，系统会提供不同的油品过滤方案提示，1名运行值班人员根据提示在24小时内确定方案，一键启动即可自动完成滤油。

5）智能诊断逐步完善。智能诊断模块能实时收集系统运行期间的各类设备数据，显示各设备的使用时间。对于液压油NAS等级和含水量的数据，智能诊断模块能逐月将监测到的数据录入数据库，同时可以依据实时数据情况及时提出实时液压油净化过滤提示。计划通过1年～3年的时间，完善记录每孔液压油情况，从而完善智能诊断模块的功能。

4.2 项目评价

曹娥江大闸液压油智能净化与检测管理系统试运行后，对液压油及液压启闭设备的管理方式有了很大变化。首先，大大减轻了操作人员繁重的滤油工作量，提高了处室的管理效能、快速反应能力和智能化管理水平，提高了生产和工作效率，减少了人工、费用和成本；其次，通过本系统的实施，优化了人员配置、提高了信息获取水平，通过实时监控并记录油品检测信息，确保液压启闭系统的油品质量，改善系统运行环境，保证了大闸启闭机高效稳定的运行。

5 结论

目前水利行业液压启闭系统尚无液压油污染在线监测技术及自动滤油技术的应用实例，本次智能净油系统的成功研发为水利行业设备保障提供了一条成功的借鉴之路。该系统丰富了水闸自动化控制行业的信息采集内容，提高了水闸计算机监控的可靠性。该系统的开发和应用得到了多家科研院所的肯定。该系统为大闸运行管理实现“无人值班，少人值守”提供了保障。建议在类似领域大力推广该技术。

[1] 傅森彪. 曹娥江大闸工程建设关键技术研究与实践[J]. 水利水电技术, 2014(1): 13-17.

[2] 董志磊, 潘燕, 王月行, 等. 液压油污染度和水分含量在线检测研究[J]. 润滑与密封, 2015, 40(7): 129-132.

[3] 刘叶军, 何贤康, 刘锋. 平湖市区城市防洪工程自动化监控系统设计[J]. 浙江水利科技, 2010(3): 33-34.

[4] 朱强. 浅谈船闸启闭机的管理与维护[J]. 交通科技, 2014(4): 164-165.

[5] 张庆良. 液压油污染度的在线监测技术[J]. 液压与气动, 2011(12): 87-88.