對油田電站電氣系統故障診斷系統的探討及研究

張玉

(延長油田股份有限公司青化砭采油廠動力裝備科,陜西 延安 716003)

對于設備運行來說，是否處于正常工作的狀態，主要是看它的功能有沒有出現問題，出現的這個問題對于工作效率及工作要求影響的程度高低。如果發生了運行異常的話，這個問題就達到了必須要處理和解決的程度，即使能繼續工作并運行，也不再屬于安全及效率工作的范圍。

電氣控制系統一般稱為電氣設備二次控制回路，不同的設備有不同的控制回路，而且高壓電氣設備與低壓電氣設備的控制方式也不相同。為了保證一次設備運行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設備為之服務，能夠實現某項控制功能的若干個電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設備要有以下功能：自動控制功能，高壓和大電流開關設備的體積是很大的，一般都采用操作系統來控制分、合閘，特別是當設備出了故障時，需要開關自動切斷電路，要有一套自動控制的電氣操作設備，對供電設備進行自動控制；保護功能，電氣設備與線路在運行過程中會發生故障，電流(或電壓)會超過設備與線路允許工作的范圍與限度；監視功能，一臺設備是否帶電或斷電，從外表看無法分辨，這就需要設置各種視聽信號，如燈光和音響等，對一次設備進行電氣監視；測量功能，燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態，如果想定量地知道電氣設備的工作情況，還需要有各種儀表測量設備，測量線路的各種參數，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

下面要論述的就是有關油田電站電氣系統的運行及工作模式，對于運行過程的故障進行了分析，以便能找到合理有效的油田電氣系統故障診斷預警和開發模式，進行優化管理。

一、電氣系統故障診斷系統的發展現狀

現如今，故障診斷的理論研究進入了深入發展的階段，并逐漸朝著將故障診斷分為兩大內容的趨勢發展，包括了測前模擬診斷方式以及測后模擬診斷方式。前者對于電路的模擬仿真在現場測試之前，后者對于電路的模擬仿真在現場測試之后。很明顯測前模擬診斷對于實時診斷來說更為有效。

故障字典診斷法是一項較為普遍而廣泛的故障診斷方法，對于電路硬故障的診斷較為簡單且有效，硬故障占據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，故障字典發分為兩步進行。一開始為編制故障字典進行測前分析，也就是用計算機程序或人們的經驗對電路正常狀態和所有硬故障狀態進行模擬分析，加入適當的激勵源，算出系統在各種故障狀態下一組選定節點上的電壓，從而建立故障字典，再對端口進行分析以識別故障。根據油田電氣系統運行的特點，這種故障診斷方法并不能完全適用于油田電站電氣系統，由于油田電氣系統設備復雜，每一種設備都存在著多種故障模式，所以無法用簡單的故障字典法進行診斷和排解，需要有新型的故障診斷技術。

二、油田電氣系統故障分析

（一 ）變壓器故障。

電氣系統較為復雜，現如今的研究成果表明，最容易發生故障的是電力變壓器。由于油田所處的特殊環境，油田建設一般采用油浸式變壓器，這種變壓器的故障一般包括了內部和外部兩種。從現場電力變壓器的運行狀況來看，常出現一下幾個問題：出口短路，即電力變壓器正常運行中由于受短路故障的影響，遭受損害的情況較為嚴重，變壓器出口短路時，高、低壓繞組可能同時通過額定電流數十倍的短路電流，使變壓器發熱嚴重，降低變壓器絕緣水平；絕緣故障；繞組故障，主要是指運行過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，引發了變壓器過熱、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。正常運行時，鐵芯必須有一點可靠接地。如果沒有接地，則鐵芯對地的懸浮電壓會造成鐵芯對地斷斷續續擊穿放電，一點接地后消除了形成鐵芯懸浮電位的可能。但當鐵芯出現兩點以上接地時，鐵芯間的不均勻電位會在接地點之間形成環流，造成多點接地發熱故障。

三、故障診斷中信號的提取

（一 ）狀態信號的收集。

狀態信號也成為機電一體化系統運行中的二次效應，是故障信息特征的載體，因此在故障診斷中及時、準確地獲得狀態信號是十分必要的。目前狀態信號獲取的最直觀、最有效的方法就是依靠相關傳感器及其輔助測試儀器在系統運行過程中進行拾取，其整個工作過程包括以下幾個方面：根據工程需要選擇傳感器類型、有關測試參數及測試位置等，保證獲取信號的有效性；對傳感器拾取的信號進行預處理及向上傳輸；采集數據，把連續信號離散化；存儲數據，根據分析軟件的要求把獲得離散數據按一定格式保存為文件，以備以后的調用和分析研究。

（二 ）研究并發展新的電氣系統故障診斷方法

模糊故障診斷是通過研究故障與征兆之間的關系來判斷設備的狀態，由于實際因素十分的復雜，故障與征兆之間的關系很難用精確的數學模型來表示，隨著某些故障狀態模糊性的出現，就不能用是否有故障的簡易診斷結果來表示，而要求給出故障產生的可能性及故障位置和程度如何。此類問題用模糊邏輯能較好地解決，這就產生了模糊故障診斷方法，其典型方法是模糊故障向量識別法。模糊故障診斷方法是利用模糊集合理論中的隸屬函數和模糊關系矩陣的概念來解決故障與征兆之間的不確定關系，進而實現故障的檢測與診斷。這種方法計算簡單，應用方便，結論明確直觀。在模糊故障診斷中，構造隸屬函數是實現模糊故障診斷的前提，但由于隸屬函數是人為構造的，含有一定的主管因素，另外，對特征元素的選擇也有一定的要求，如選擇的不合理，診斷結果的準確性就會下降，甚至造成診斷的失敗。

總的來說，油田電站電氣系統包含的設備繁多，結構相當復雜，各個零部件以及外部相關聯設備數量眾多且持續工作時間長。因此，故障的類型也非常多，可見，傳統的故障診斷方法已經不能適應油田電氣系統，因此，要在現有成果的基礎上，進行電氣主要電力設備的研究及更新，進一步發展電氣故障診斷系統的核心技術，提高油田氣系統的工作效率及故障診斷系統的科學性。

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