交流移動電站自動故障檢測功能分析和設計

彭宇林 杭平平 韓猛

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1 現有裝備交流移動電站自動故障檢測功能的現狀分析

1.1 現有裝備交流移動電站自動故障檢測項目的設置

目前部隊大量裝備的單機運行的交流移動電站（近兩年為某特定型號定向研制的型號產品除外）的自動故障檢測均是由專用電站控制器實現，檢測項目基本上是確保電站或用電設備安全運行的基本檢測項目，設置的目的是預防和保護，預防電站或用電設備在發生這些故障時損壞或產生其他重大安全性事故，而進行的保護設置。主要分為兩大類，一類為電氣故障自動檢測項目，主要有短路、過載、過電壓、欠電壓、過頻、欠頻、絕緣監測等；第二類為柴油發動機故障或保障發動機正常運行的自動檢測項目，主要有機油壓力低、機油溫度高、冷卻液溫度高、超速或欠速、皮帶斷、充電機故障、蓄電池電壓低、燃油液位低等。另外，有多機并聯運行功能的交流移動電站還會設置有供電斷路器合閘失敗、同步合閘失敗、逆功率等故障自動檢測功能；其他，帶市電、電站雙電源供電自動切換功能的交流移動電站還會設置市電故障（電壓高、電壓低、缺相、相序錯誤等）自動檢測功能。

通過以上自動故障檢測項目的設置分析發現：①當交流移動電站發生故障時，控制裝置會根據以上設置項目發出聲光報警，顯示短路、過載、過電壓、機油壓力低等設定的故障或代碼，而不能具體定位到故障點和故障件，故障自動檢測隔離率低，模糊度較高；②常見故障的基層級維修件如啟動繼電器、供油繼電器、油壓傳感器、冷卻液傳感器等是沒有設置自動故障檢測點的，在移動電站啟動和運行過程中，這些零部件發生故障時，控制裝置只會顯示啟動失敗、電壓低、頻率低、低油壓、高溫等故障信息或代碼，無法自動準確進行故障件定位，只能由維修人員根據經驗和技術資料對故障進一步進行分析、定位，故障自動檢測的虛警率高、覆蓋率低。

1.2 現有裝備交流移動電站主要故障檢測方式

鑒于目前交流移動電站控制系統設置的自動檢測設置，為滿足系統測試性，通常采用以下方式進行故障檢測：

1.2.1 人工通過專業儀表儀表檢測。在移動電站研制過程中，會編制使用維護說明書和技術說明書，或者是編制專門的維修手冊和維修圖冊，在這些技術文件中詳細說明常見故障的檢測手段、儀器儀表和方法，確保常見故障均可測試、可維修。這種方法是目前運用最廣泛的一種現場故障檢測方式，專業工程技術人員是故障檢測和維修工作的行為主體，故障現場的搶修時效主要取決于現場工程技術人員的技術水平和數量。而部隊移動電站的使用維修人員大多是戰士，受文化水平和服役年限的限制，要完全理解和熟練掌握移動電站這種機電一體化裝備的故障檢測和定位方法還是較為困難的，會造成電站出了故障，無法快速診斷和搶修的情況。這就對武器裝備維修保障體系的人員、數量等提出了較高的要求，特別是要滿足重要武器系統的戰時維修保障，需要配備經過專業培訓的具有豐富電站維修經驗的士官。

1.2.2 用計算機通過專業故障檢測軟件檢測。軍用電站相關的專業故障檢測軟件主要有以下幾種：①軍用電站專用軟件，主要是針對某些型號裝備軍用電站，相關科研單位研發出了一些專用軟件，如：電站故障脫機診斷系統、軍用電站健康管理系統、移動電站遠程智能化管理系統等，用于實現部分型號電站的自動故障檢測。②發動機故障自動檢測軟件，國內知名發動機生產廠如濰柴、玉柴、上柴等公司均研發了電控燃油噴射系統（以下簡稱電噴）的發動機，其電子控制單元（ECU）通過發動機專用檢測軟件可實時監測或查詢歷史故障信息，實現發動機的自動故障檢測。③智能控制器件專用軟件，通過專用軟件與電站上的智能控制器件通訊，查詢歷史故障，進行故障檢測。

使用計算機通過專業故障檢測軟件進行移動電站的故障檢測有其優勢，但也有一定的局限性：①通用性不足，移動電站的主要件（發動機、發電機、控制器）配置和控制器件種類型號較多，通信方式和接口各不相同，無法做到軟件通用；②實時性不足，這些軟件均是獨立的檢測或管理軟件，不是集成在移動電站控制系統中。移動電站的操作、維修人員一般在外出執行任務時，不會實時攜帶計算機，故這些軟件多用于故障后檢測，而非實時故障檢測、顯示，難以滿足移動電站戰時搶修快速、及時的要求；③檢測覆蓋率不高，除某些型號專用軟件外，由于不同電站的控制電路和器件不同，這些專業故障檢測軟件對不同型號種類的移動電站的檢測范圍限于部分器件或功能檢測。

1.2.3 研發通用或專用的軍用電站故障診斷設備或平臺進行故障檢測。為滿足部隊軍用電站維修要求，許多軍事院校、軍用電站維修保障專業廠家和電站生產廠家也不斷地研發各種軍用電站通用故障診斷測試平臺。這些軍用電站通用故障診斷測試平臺功能相對完善，故障檢測覆蓋率也高。但這種故障診斷測試平臺設備相對復雜，需專門的技術人員負責操作。特別是有些移動電站不具備通信功能，甚至沒有一些檢測傳感器時，還需要加裝許多檢測裝置和傳感器才能完成檢測。由此可見，這種檢測平臺主要適用于移動電站修理所或專業維修保障中心等部門對移動電站的定期檢測或中、大修的工作，不適用于移動電站外出執行任務過程中的戰時搶修工作。

1.2.4 解決措施。由以上分析可知，要更好地解決交流移動電站的戰時搶修和基層級維修過程中的自動故障檢測，還是需要完善移動電站控制系統的顯控單元的自動檢測功能，使之具有發生故障時實時顯示故障信息、定位故障點的自動故障檢測功能。這需要從移動電站的控制系統設計方面進行完善。

2 實現交流移動電站自動故障檢測的基本條件

交流移動電站為機電一體化設備，系統組成較為繁雜，通過交流移動電站自帶的顯控單元實現整個電站的自動故障檢測和定位需要以下幾個條件：①電站配裝發動機選用電噴發動機，帶電控單元（ECU）。電控單元的配置使發動機具有完善的自診斷系統，并可通過CAN總線通訊采用J1939通用協議實時將發動機的故障信息發送給電站的顯控單元。目前國內主要品牌發動機均已采用電噴技術，為實現發動機的自動檢測提供了技術支承。②國產寬溫加固型觸摸屏的應用。電站專用控制器受處理器、顯示單元、內存等硬件影響，其功和性能均無法滿足移動電站自動故障檢測和顯示的需要；計算機體積大、成本高無法安裝在小功率移動電站上；進口的寬溫型觸摸屏價格高昂，不宜普及應用。這就需要一種小巧、經濟、可靠、環境適應性和電磁兼容性好的交互式設備作為移動電站的顯示控制單元。近幾年來，隨著軍民融合的深化，國內一些工業級的觸摸屏廠家通過技術攻關，研制的加固型寬溫觸摸屏逐漸應用軍用交流移動電站，可以滿足故障檢測和定位（漢字+圖片）顯示的需求。③通信和智能控制技術的應用。武器裝備的信息化、智能化建設推動了各種通信和智能控制技術在移動電站上的普遍應用。發動機與電站控制器通過CAN總線通信，電站控制器可以與各種型號的可編程序控制器（PLC）、可編程計算機控制器（PCC）、觸摸屏、智能儀表通過網絡、RS485、CAN總線等各種方式通信，以及通過計算機、PLC（PCC）控制器、觸摸屏等對交流移動電站進行遠程智能控制和管理[1]。智能器件的普遍應用，使數據采集、變換、傳輸更精確、快捷，數據處理更精準，為移動電站自動故障檢測功能設計和實現提供了有力保障。但交流移動電站的顯控單元不僅限于使用觸摸屏。

3 交流移動電站自動故障檢測功能的設計分析

3.1 交流移動電站自動故障檢測的數據采集和處理

根據交流移動電站的基本組成功能單元以及可維修的最小單元的常見故障和故障概率，結合電站的故障模式影響和危害性分析（FMECA）結果，設計數據采集點和采集方式。主要分為以下幾類：①電站整機的數據采集，即電站運行狀態、運行參數和整機的故障信息等由電站控制器對采集的數據按通用電站控制原理和要求進行處理后，通過通信接口實時上傳到顯控單元和PLC（或PCC）。②發動機的數據采集，電站控制器和PLC（或PCC）分別通過CAN總線通信讀取ECU的信息,獲取所需的發動機的運行狀態、運行參數和故障信息等數據，并將部分數據通過通信接口實時上傳到顯控單元；③發電機的數據采集，電站控制器采集電壓、電流、頻率等發電機的常規電力參數信息，對需要協助故障定位的繞組溫升、軸承溫度、勵磁電壓、勵磁電流等數據，則由PLC（或PCC）數據采集卡或I/O通道通過傳感器采集，由PLC（或PCC）進行數據處理后，上傳到顯控單元。④電站方艙的數據（溫度、濕度、煙霧、百葉窗狀態等）由PLC（或PCC）數據采集卡或I/O通道通過傳感器采集，由PLC（或PCC）進行數據處理后，上傳到顯控單元。⑤控制器件的種類較多，先根據不同器件的工作原理來確定采集的數據形式，然后確定數據采集方式，由電站控制器和PLC（或PCC）分別通過I/O通道（采集開關量）和數據采集卡（模擬量）的采集。通常啟動繼電器、供油繼電器、接觸器類采用線圈阻值和觸點反饋的兩種方式；電站供電斷路器則需同時采集其控制開關、常開觸點、常閉觸點、故障脫扣信息、漏電脫扣信息等多種數據；浪涌保護器和保護斷路器這類器件則由I/O通道采用常閉（或常開）觸點的方式；啟動馬達采集運行轉速信號，充電發電機采集充電電壓信號；軸流風機、風扇電動機等采集控制開關和工作電流信號；傳感器根據特性采集，如電阻類采集電阻值，電壓類采集電壓值等[2]。PLC（或PCC）則將采集到的所有數據信息按系統的自動檢測故障庫設定的故障診斷流程或顯控單元要求的流程進行處理和分析判斷，將自動故障診斷結果發送到顯控制單元。顯控單元則接收操作人員輸入信息，向PLC（或PCC）發送查詢數據，并接收PLC（或PCC）上傳的各類移動電站的參數和故障診斷數據，分析處理后顯示在操作界面上。

3.2 交流移動電站自動故障檢測的主要功能

自動故障檢測實現的具體功能有[3]：①自動故障檢測，首先實現了交流移動電站的自動故障檢測，移動電站發生故障時，在顯示電站和可檢測單元的器件發生故障時，自動報警或保護。②故障分類，根據故障危害程度，將故障分為預警、報警和故障三類，分別采取文字顯示提醒、聲光報警+信息提醒和聲光報警并分閘或停機保護的措施。③故障定位，發動機故障按ECU故障代碼信息定位到器件級。其他影響電站供電功能和安全性能的現場可更換單元的自動檢測覆蓋率不低于100%，要完全滿足移動電站現場搶修自動故障測試的需要。④故障件檢索，通過顯控單元以文字或圖、表的方式直觀地顯示故障件的型號、代號、在電站中的實際安裝位置、備件存放位置和數量、器件完好性檢測方法等信息。⑤維修指導，提供故障件的維修工具型號、拆除和安裝方法、工藝要求、工藝輔料、維修后的檢測要求和方法等。⑥應急使用指導，提供應急措施或應急使用方法，確保電站應急供電。

3.3 功能的測試與更新

移動電站的故障種類較多，自動檢測故障庫設定的故障案例和故障診斷流程均為典型、常見的故障類型。在工程設計結束后需經用戶和行業專家的評審，在樣機生產完成后，需對故障庫的故障案例逐條測試，確保準確、有效、可行。同時，在使用過程中發現有需要案例調整，經評審通過的，管理員可對故障庫的案例、診斷流程和維修方法等進行更新。

4 結束語

交流移動電站的維修工作仍然要建立以人為本、預防為主的設計和維修理念，生產單位嚴抓設計質量和生產質量，使用單位注重運行管理，不斷提高使用維護人員的技術水平和預防性維修意識，嚴格按要求進行定期檢查和維護保養，確保電站在執行任務過程狀態完好。