海上平臺電力系統(tǒng)綜合故障診斷系統(tǒng)的研制

張昌榮

【摘要】海上平臺電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)安全事故，給海上平臺正常運(yùn)行帶來很多困擾。因此必須研制一套針對海上平臺電力系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)來保證海上平臺的安全運(yùn)行。本文敘述了新研制的海上平臺電力系統(tǒng)綜合故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要功能，簡單介紹了系統(tǒng)硬件電路。

【關(guān)鍵詞】海上平臺；電能質(zhì)量；故障選相；故障選線

1、引言

海上平臺電力系統(tǒng)是由發(fā)電裝置、配電裝置和負(fù)載以特定的方式連接而成。電力系統(tǒng)的主要設(shè)備包括發(fā)電機(jī)組、變壓器組、電動機(jī)和連接線。平臺與平臺之間的連接線電壓等級為35kV，通常用電設(shè)備處要經(jīng)過變壓器降壓，將壓力等級降到400V。海上平臺電力系統(tǒng)不同于陸地電網(wǎng)，其有自身特殊性，其故障診斷也較為復(fù)雜。隨著海上平臺技術(shù)的發(fā)展，越來越多的變頻節(jié)能設(shè)備應(yīng)用在平臺系統(tǒng)互聯(lián)系統(tǒng)中，海上平臺電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜化，經(jīng)常發(fā)生安全事故。急需一套針對性強(qiáng)的綜合故障診斷系統(tǒng)來保證電力系統(tǒng)的正常工作。傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)主要是應(yīng)用電能質(zhì)量分析儀和故障錄波器等儀器進(jìn)行信息采集、記錄和分析，該設(shè)備存在很多不足的地方，如功能單一、智能化不高、信息不能共享、設(shè)備占地面積大等。由于傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)導(dǎo)致技術(shù)人員不能及時獲得故障信息并進(jìn)行故障處理，影響平臺正常工作。本文所介紹的綜合故障診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)電氣設(shè)備的在線狀態(tài)檢測、故障分析、故障定位，并將信息傳輸?shù)疆惖刂锌叵到y(tǒng)進(jìn)行分析處理。該故障診斷系統(tǒng)工作效率高、時效性強(qiáng)，可以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

2、新研制故障診斷系統(tǒng)具有的功能

海上平臺電力系統(tǒng)的諧波污染嚴(yán)重、頻率波動大、自調(diào)能力低且運(yùn)行方式多變，根據(jù)這些特點(diǎn)，綜合故障診斷系統(tǒng)要有以下基本功能：①診斷系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控整個電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓、系統(tǒng)頻率和諧波情況等；②實時分析整個電力系統(tǒng)的各個電能質(zhì)量參數(shù)，設(shè)定閾值，當(dāng)電能質(zhì)量參數(shù)超越閾值可以自動報警，并生成相應(yīng)的越限報告；③當(dāng)電力系統(tǒng)的低壓段發(fā)生短路時，診斷系統(tǒng)能及時確定故障點(diǎn)并發(fā)出接地警報信號；④診斷系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確診斷電動機(jī)故障，給出詳細(xì)故障信息并記錄數(shù)據(jù)；⑤故障診斷系統(tǒng)具有智能故障分析功能，當(dāng)發(fā)生故障時可以迅速準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)、判斷故障類型并進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作。⑥系統(tǒng)所有記錄的信息查詢方便，保證可以在多種端口對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和輸出；⑦診斷系統(tǒng)有良好的連接性和擴(kuò)展性，當(dāng)電氣設(shè)備更新時可以及時擴(kuò)展相應(yīng)系統(tǒng)功能。

綜合而言，故障診斷系統(tǒng)的功能主要是實時監(jiān)視電力系統(tǒng)，對電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行在線分析，發(fā)生故障時可以及時進(jìn)行故障定位、故障診斷并自動進(jìn)行保護(hù)動作，對信息數(shù)據(jù)可以進(jìn)行異地多端口查詢、輸出。

3、故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

該故障診斷系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)為分層分布式。通過通信網(wǎng)絡(luò)將各個電氣間的信息采集單元與分析單元連接在一起，共同實現(xiàn)診斷系統(tǒng)的故障監(jiān)測和分析功能。診斷系統(tǒng)分為三層，分別為中央控制層、信息采集層和網(wǎng)絡(luò)層。主要由遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集單元和同步觸發(fā)單元等組成。數(shù)據(jù)采集單元對電氣設(shè)備的現(xiàn)場模擬量進(jìn)行監(jiān)測和收集，然后將采集數(shù)據(jù)經(jīng)由同步觸發(fā)單元和交換機(jī)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器再對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，判斷是否存在故障，從而完成電動機(jī)故障診斷、電能質(zhì)量分析、低壓電流接地故障等功能。該診斷系統(tǒng)主要組成部分包括：兩臺服務(wù)器、一臺同步出發(fā)單元、43臺數(shù)據(jù)采集單元和一臺交換機(jī)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰，服務(wù)器負(fù)荷小，當(dāng)數(shù)據(jù)采集單元數(shù)量發(fā)生變化時不影響交換機(jī)的數(shù)量。下面主要介紹數(shù)據(jù)采集單元和同步觸發(fā)單元兩個主要系統(tǒng)單元。

數(shù)據(jù)采集單元是PCI-E總線的從屬設(shè)備，其主要功能是接收自主設(shè)備的同步信號，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髟O(shè)備。數(shù)據(jù)采集單元包括16個模擬量輸入通道和8個開關(guān)量輸入通道。數(shù)據(jù)采集單元是以25.6kHZ的通道采集率對電動機(jī)進(jìn)行故障診斷的，其他數(shù)據(jù)采集單元是以6.4kHZ速率的采樣值進(jìn)行上傳的。在數(shù)據(jù)采集單元中，模擬信號通過轉(zhuǎn)換芯片再經(jīng)過并行總線與CPU連接，保證數(shù)據(jù)采集的實時同步，精度誤差在±1%以下。

同步觸發(fā)單元是PCI-E總線的主設(shè)備，其主要作用是向數(shù)據(jù)采集單元輸送同步信號并讀取數(shù)據(jù)采集單元傳輸過來的開關(guān)量和模擬量信息。同步觸發(fā)單元有兩個1000M的以太網(wǎng)接口，可以設(shè)置獨(dú)立的IP地址，可以安全可靠的傳輸實時數(shù)據(jù)。一個以太網(wǎng)接口是采用UDP協(xié)議進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，另一個接口采用TCP協(xié)議進(jìn)行非實時數(shù)據(jù)傳輸。同步觸發(fā)單元使用內(nèi)置看門狗和外置看門狗對處理器進(jìn)行雙重監(jiān)視，保證程序運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3、結(jié)語

本文主要介紹了一套集成性高、實時性強(qiáng)的海上平臺電力系統(tǒng)綜合故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對電能質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測，并有越限報警和智能保護(hù)動作等功能。該系統(tǒng)可以為電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員及時排除故障、恢復(fù)生產(chǎn)提供有力保障。

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