对油田电站电气系统故障诊断系统的探讨及研究

张玉

(延长油田股份有限公司青化砭采油厂动力装备科,陕西 延安 716003)

对于设备运行来说，是否处于正常工作的状态，主要是看它的功能有没有出现问题，出现的这个问题对于工作效率及工作要求影响的程度高低。如果发生了运行异常的话，这个问题就达到了必须要处理和解决的程度，即使能继续工作并运行，也不再属于安全及效率工作的范围。

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：自动控制功能，高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制；保护功能，电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度；监视功能，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视；测量功能，灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

下面要论述的就是有关油田电站电气系统的运行及工作模式，对于运行过程的故障进行了分析，以便能找到合理有效的油田电气系统故障诊断预警和开发模式，进行优化管理。

一、电气系统故障诊断系统的发展现状

现如今，故障诊断的理论研究进入了深入发展的阶段，并逐渐朝着将故障诊断分为两大内容的趋势发展，包括了测前模拟诊断方式以及测后模拟诊断方式。前者对于电路的模拟仿真在现场测试之前，后者对于电路的模拟仿真在现场测试之后。很明显测前模拟诊断对于实时诊断来说更为有效。

故障字典诊断法是一项较为普遍而广泛的故障诊断方法，对于电路硬故障的诊断较为简单且有效，硬故障占据了电路故障的一多半情况，其中由一般是电阻开路，电容短路和晶体管开路或者短路。为此，故障字典发分为两步进行。一开始为编制故障字典进行测前分析，也就是用计算机程序或人们的经验对电路正常状态和所有硬故障状态进行模拟分析，加入适当的激励源，算出系统在各种故障状态下一组选定节点上的电压，从而建立故障字典，再对端口进行分析以识别故障。根据油田电气系统运行的特点，这种故障诊断方法并不能完全适用于油田电站电气系统，由于油田电气系统设备复杂，每一种设备都存在着多种故障模式，所以无法用简单的故障字典法进行诊断和排解，需要有新型的故障诊断技术。

二、油田电气系统故障分析

（一 ）变压器故障。

电气系统较为复杂，现如今的研究成果表明，最容易发生故障的是电力变压器。由于油田所处的特殊环境，油田建设一般采用油浸式变压器，这种变压器的故障一般包括了内部和外部两种。从现场电力变压器的运行状况来看，常出现一下几个问题：出口短路，即电力变压器正常运行中由于受短路故障的影响，遭受损害的情况较为严重，变压器出口短路时，高、低压绕组可能同时通过额定电流数十倍的短路电流，使变压器发热严重，降低变压器绝缘水平；绝缘故障；绕组故障，主要是指运行过程中绕组由于某些原因受到了损伤、老化、劣化，以至于造成绕组的短路、断路、变形等故障，引发了变压器过热、局部放电、电弧放电。

（二 ）铁芯故障

变压铁芯故障主要集中在铁芯接地。正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。如果没有接地，则铁芯对地的悬浮电压会造成铁芯对地断断续续击穿放电，一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能。但当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位会在接地点之间形成环流，造成多点接地发热故障。

三、故障诊断中信号的提取

（一 ）状态信号的收集。

状态信号也成为机电一体化系统运行中的二次效应，是故障信息特征的载体，因此在故障诊断中及时、准确地获得状态信号是十分必要的。目前状态信号获取的最直观、最有效的方法就是依靠相关传感器及其辅助测试仪器在系统运行过程中进行拾取，其整个工作过程包括以下几个方面：根据工程需要选择传感器类型、有关测试参数及测试位置等，保证获取信号的有效性；对传感器拾取的信号进行预处理及向上传输；采集数据，把连续信号离散化；存储数据，根据分析软件的要求把获得离散数据按一定格式保存为文件，以备以后的调用和分析研究。

（二 ）研究并发展新的电气系统故障诊断方法

模糊故障诊断是通过研究故障与征兆之间的关系来判断设备的状态，由于实际因素十分的复杂，故障与征兆之间的关系很难用精确的数学模型来表示，随着某些故障状态模糊性的出现，就不能用是否有故障的简易诊断结果来表示，而要求给出故障产生的可能性及故障位置和程度如何。此类问题用模糊逻辑能较好地解决，这就产生了模糊故障诊断方法，其典型方法是模糊故障向量识别法。模糊故障诊断方法是利用模糊集合理论中的隶属函数和模糊关系矩阵的概念来解决故障与征兆之间的不确定关系，进而实现故障的检测与诊断。这种方法计算简单，应用方便，结论明确直观。在模糊故障诊断中，构造隶属函数是实现模糊故障诊断的前提，但由于隶属函数是人为构造的，含有一定的主管因素，另外，对特征元素的选择也有一定的要求，如选择的不合理，诊断结果的准确性就会下降，甚至造成诊断的失败。

总的来说，油田电站电气系统包含的设备繁多，结构相当复杂，各个零部件以及外部相关联设备数量众多且持续工作时间长。因此，故障的类型也非常多，可见，传统的故障诊断方法已经不能适应油田电气系统，因此，要在现有成果的基础上，进行电气主要电力设备的研究及更新，进一步发展电气故障诊断系统的核心技术，提高油田气系统的工作效率及故障诊断系统的科学性。

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