對(duì)油田電站電氣系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的探討及研究

張玉

(延長(zhǎng)油田股份有限公司青化砭采油廠動(dòng)力裝備科,陜西 延安 716003)

對(duì)于設(shè)備運(yùn)行來(lái)說(shuō)，是否處于正常工作的狀態(tài)，主要是看它的功能有沒有出現(xiàn)問(wèn)題，出現(xiàn)的這個(gè)問(wèn)題對(duì)于工作效率及工作要求影響的程度高低。如果發(fā)生了運(yùn)行異常的話，這個(gè)問(wèn)題就達(dá)到了必須要處理和解決的程度，即使能繼續(xù)工作并運(yùn)行，也不再屬于安全及效率工作的范圍。

電氣控制系統(tǒng)一般稱為電氣設(shè)備二次控制回路，不同的設(shè)備有不同的控制回路，而且高壓電氣設(shè)備與低壓電氣設(shè)備的控制方式也不相同。為了保證一次設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)控制功能的若干個(gè)電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設(shè)備要有以下功能：自動(dòng)控制功能，高壓和大電流開關(guān)設(shè)備的體積是很大的，一般都采用操作系統(tǒng)來(lái)控制分、合閘，特別是當(dāng)設(shè)備出了故障時(shí)，需要開關(guān)自動(dòng)切斷電路，要有一套自動(dòng)控制的電氣操作設(shè)備，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制；保護(hù)功能，電氣設(shè)備與線路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生故障，電流(或電壓)會(huì)超過(guò)設(shè)備與線路允許工作的范圍與限度；監(jiān)視功能，一臺(tái)設(shè)備是否帶電或斷電，從外表看無(wú)法分辨，這就需要設(shè)置各種視聽信號(hào)，如燈光和音響等，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行電氣監(jiān)視；測(cè)量功能，燈光和音響信號(hào)只能定性地表明設(shè)備的工作狀態(tài)，如果想定量地知道電氣設(shè)備的工作情況，還需要有各種儀表測(cè)量設(shè)備，測(cè)量線路的各種參數(shù)，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

下面要論述的就是有關(guān)油田電站電氣系統(tǒng)的運(yùn)行及工作模式，對(duì)于運(yùn)行過(guò)程的故障進(jìn)行了分析，以便能找到合理有效的油田電氣系統(tǒng)故障診斷預(yù)警和開發(fā)模式，進(jìn)行優(yōu)化管理。

一、電氣系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，故障診斷的理論研究進(jìn)入了深入發(fā)展的階段，并逐漸朝著將故障診斷分為兩大內(nèi)容的趨勢(shì)發(fā)展，包括了測(cè)前模擬診斷方式以及測(cè)后模擬診斷方式。前者對(duì)于電路的模擬仿真在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之前，后者對(duì)于電路的模擬仿真在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之后。很明顯測(cè)前模擬診斷對(duì)于實(shí)時(shí)診斷來(lái)說(shuō)更為有效。

故障字典診斷法是一項(xiàng)較為普遍而廣泛的故障診斷方法，對(duì)于電路硬故障的診斷較為簡(jiǎn)單且有效，硬故障占據(jù)了電路故障的一多半情況，其中由一般是電阻開路，電容短路和晶體管開路或者短路。為此，故障字典發(fā)分為兩步進(jìn)行。一開始為編制故障字典進(jìn)行測(cè)前分析，也就是用計(jì)算機(jī)程序或人們的經(jīng)驗(yàn)對(duì)電路正常狀態(tài)和所有硬故障狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，加入適當(dāng)?shù)募?lì)源，算出系統(tǒng)在各種故障狀態(tài)下一組選定節(jié)點(diǎn)上的電壓，從而建立故障字典，再對(duì)端口進(jìn)行分析以識(shí)別故障。根據(jù)油田電氣系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，這種故障診斷方法并不能完全適用于油田電站電氣系統(tǒng)，由于油田電氣系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，每一種設(shè)備都存在著多種故障模式，所以無(wú)法用簡(jiǎn)單的故障字典法進(jìn)行診斷和排解，需要有新型的故障診斷技術(shù)。

二、油田電氣系統(tǒng)故障分析

（一 ）變壓器故障。

電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜，現(xiàn)如今的研究成果表明，最容易發(fā)生故障的是電力變壓器。由于油田所處的特殊環(huán)境，油田建設(shè)一般采用油浸式變壓器，這種變壓器的故障一般包括了內(nèi)部和外部?jī)煞N。從現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器的運(yùn)行狀況來(lái)看，常出現(xiàn)一下幾個(gè)問(wèn)題：出口短路，即電力變壓器正常運(yùn)行中由于受短路故障的影響，遭受損害的情況較為嚴(yán)重，變壓器出口短路時(shí)，高、低壓繞組可能同時(shí)通過(guò)額定電流數(shù)十倍的短路電流，使變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，降低變壓器絕緣水平；絕緣故障；繞組故障，主要是指運(yùn)行過(guò)程中繞組由于某些原因受到了損傷、老化、劣化，以至于造成繞組的短路、斷路、變形等故障，引發(fā)了變壓器過(guò)熱、局部放電、電弧放電。

（二 ）鐵芯故障

變壓鐵芯故障主要集中在鐵芯接地。正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯必須有一點(diǎn)可靠接地。如果沒有接地，則鐵芯對(duì)地的懸浮電壓會(huì)造成鐵芯對(duì)地?cái)鄶嗬m(xù)續(xù)擊穿放電，一點(diǎn)接地后消除了形成鐵芯懸浮電位的可能。但當(dāng)鐵芯出現(xiàn)兩點(diǎn)以上接地時(shí)，鐵芯間的不均勻電位會(huì)在接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，造成多點(diǎn)接地發(fā)熱故障。

三、故障診斷中信號(hào)的提取

（一 ）狀態(tài)信號(hào)的收集。

狀態(tài)信號(hào)也成為機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行中的二次效應(yīng)，是故障信息特征的載體，因此在故障診斷中及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得狀態(tài)信號(hào)是十分必要的。目前狀態(tài)信號(hào)獲取的最直觀、最有效的方法就是依靠相關(guān)傳感器及其輔助測(cè)試儀器在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行拾取，其整個(gè)工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：根據(jù)工程需要選擇傳感器類型、有關(guān)測(cè)試參數(shù)及測(cè)試位置等，保證獲取信號(hào)的有效性；對(duì)傳感器拾取的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理及向上傳輸；采集數(shù)據(jù)，把連續(xù)信號(hào)離散化；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)分析軟件的要求把獲得離散數(shù)據(jù)按一定格式保存為文件，以備以后的調(diào)用和分析研究。

（二 ）研究并發(fā)展新的電氣系統(tǒng)故障診斷方法

模糊故障診斷是通過(guò)研究故障與征兆之間的關(guān)系來(lái)判斷設(shè)備的狀態(tài)，由于實(shí)際因素十分的復(fù)雜，故障與征兆之間的關(guān)系很難用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，隨著某些故障狀態(tài)模糊性的出現(xiàn)，就不能用是否有故障的簡(jiǎn)易診斷結(jié)果來(lái)表示，而要求給出故障產(chǎn)生的可能性及故障位置和程度如何。此類問(wèn)題用模糊邏輯能較好地解決，這就產(chǎn)生了模糊故障診斷方法，其典型方法是模糊故障向量識(shí)別法。模糊故障診斷方法是利用模糊集合理論中的隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣的概念來(lái)解決故障與征兆之間的不確定關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)與診斷。這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，結(jié)論明確直觀。在模糊故障診斷中，構(gòu)造隸屬函數(shù)是實(shí)現(xiàn)模糊故障診斷的前提，但由于隸屬函數(shù)是人為構(gòu)造的，含有一定的主管因素，另外，對(duì)特征元素的選擇也有一定的要求，如選擇的不合理，診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性就會(huì)下降，甚至造成診斷的失敗。

總的來(lái)說(shuō)，油田電站電氣系統(tǒng)包含的設(shè)備繁多，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，各個(gè)零部件以及外部相關(guān)聯(lián)設(shè)備數(shù)量眾多且持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)。因此，故障的類型也非常多，可見，傳統(tǒng)的故障診斷方法已經(jīng)不能適應(yīng)油田電氣系統(tǒng)，因此，要在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電氣主要電力設(shè)備的研究及更新，進(jìn)一步發(fā)展電氣故障診斷系統(tǒng)的核心技術(shù)，提高油田氣系統(tǒng)的工作效率及故障診斷系統(tǒng)的科學(xué)性。

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