前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的智能化無人平臺故障診斷方案探究，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：海上無人井口平臺在設(shè)備發(fā)生報警或故障時，如何檢查及排除故障，是無人平臺設(shè)計的重要內(nèi)容。為此，提出了一種智能化無人平臺電氣系統(tǒng)與故障診斷方案，可提高海上油氣田電力操作的速動性、靈敏性、可靠性，減輕或避免設(shè)備損壞以及對其他設(shè)備供電的影響，避免電氣設(shè)備故障造成的停產(chǎn)損失，減少電氣操作人員登陸平臺的次數(shù)，對于保證油氣田穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能化；無人平臺；電氣系統(tǒng)；故障診斷

1無人平臺電氣系統(tǒng)與常規(guī)平臺電氣系統(tǒng)的差異性分析

根據(jù)海上無人駐守井口平臺設(shè)計規(guī)定，對海上無人平臺電氣系統(tǒng)有明確要求，下面將對無人平臺電氣系統(tǒng)與常規(guī)平臺電氣系統(tǒng)的差別進行描述。（1）設(shè)置能量管理系統(tǒng)（EMS）子站或電氣監(jiān)控柜，與遠程控制中心通信。此項要求與常規(guī)井口平臺基本一致，可設(shè)置EMS子站，狀態(tài)或指令通過海纜光纖傳至有人駐守平臺EMS總站進行監(jiān)控。（2）中高壓開關(guān)柜斷路器、低壓開關(guān)柜空氣斷路器應(yīng)配置電動操作機構(gòu)。在有人駐守平臺時，電氣操作人員可在中控室進行ESD關(guān)斷，在開關(guān)間進行開關(guān)的復(fù)位、合閘、分閘等操作。由于平時無人駐守，無人平臺的盤柜應(yīng)配置電動操作機構(gòu)，此項要求為無人平臺特有。（3）繼電保護設(shè)備、故障錄波啟動等信號具備遠程遙控復(fù)位功能。此項要求為無人平臺特有，復(fù)位可通過遠程遙控完成。（4）繼電保護和安全自動裝置應(yīng)具備記錄遠程操作功能。遠程操作應(yīng)至少通過兩個指示同時發(fā)生對應(yīng)變化來確定設(shè)備已操作到位，即滿足“雙確認”要求。此項要求為無人平臺特有。（5）交流不間斷電源（UPS）宜配置在線監(jiān)測裝置，對蓄電池內(nèi)阻和電壓狀態(tài)等進行遠程監(jiān)測。常規(guī)平臺一般無此配置，此項不是強制性要求，可根據(jù)業(yè)主是否有此需求確定。

2無人平臺電氣系統(tǒng)設(shè)計原則

在分析了無人平臺與常規(guī)平臺電氣系統(tǒng)的區(qū)別后，需要著重關(guān)注電氣設(shè)計原則，根據(jù)海上井口平臺無人化頂層設(shè)計報告，電氣設(shè)計原則主要歸納為以下幾點：（1）無人井口平臺電氣系統(tǒng)應(yīng)具備向油田中心平臺（或FPSO）控制中心及電站管理系統(tǒng)（EMS）上傳電氣設(shè)備及運行情況的狀態(tài)、實時測量數(shù)據(jù)和必要的視頻信息的功能，同時可接受遠程控制中心的遙控、遙調(diào)。電氣人員或授權(quán)控制人員負責(zé)完成運行、監(jiān)視和控制工作。（2）無人井口平臺電氣技術(shù)和設(shè)備選擇應(yīng)遵循“安全、可靠、高效、環(huán)保”原則，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、成熟、自動化程度高、維護少的高可靠性產(chǎn)品。（3）無人井口平臺電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置有人/無人切換模式，避免在有人檢修和維護時外部誤操作造成的人員傷害，確保有人操作和檢修時的安全。（4）繼電保護配置宜滿足雙重化配置的要求，應(yīng)具備信息遠傳、遠動功能。遠動操作宜滿足“雙確認”要求。（5）無人井口平臺電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)采用功能完善的實時監(jiān)控系統(tǒng)，滿足遠方監(jiān)視、控制的運行要求。（6）UPS電源作為無人平臺遠程操作的基礎(chǔ)條件，應(yīng)適當提高配置質(zhì)量，滿足高可靠性要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠方監(jiān)視和控制目的。

3電氣系統(tǒng)故障診斷方案

3.1系統(tǒng)組成。電氣故障診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)和評估分析診斷系統(tǒng)。3.1.1數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度監(jiān)測系統(tǒng)、機械特性監(jiān)測系統(tǒng)、二次回路監(jiān)測系統(tǒng)3個主要部分。（1）溫度監(jiān)測主要利用傳感器來進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，將傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)相應(yīng)位置進行監(jiān)測，實現(xiàn)電氣參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。溫度監(jiān)測借助了無線射頻技術(shù)，利用射頻傳送采集到的溫度值，多采用自供電技術(shù)，直接測量開關(guān)柜與斷路器之間動靜觸頭的連接溫度。傳感器結(jié)構(gòu)簡單、小巧，采用內(nèi)嵌式安裝。智能組件與觸臂為一體化設(shè)計，不影響溫升，不破壞絕緣，最高工作溫度可達125℃，同時測量精準度更高，檢修維護十分方便。（2）機械特性監(jiān)測是通過內(nèi)置多個智能傳感器，獲取斷路器狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型對采集的數(shù)據(jù)進行分析計算，進而實現(xiàn)對斷路器的監(jiān)測及診斷。機械特性傳感器集成于斷路器內(nèi)部，可實時獲取斷路器機械狀態(tài)數(shù)據(jù)，實時進行特性測試，覆蓋周期性年檢測試的機械參數(shù)，包括斷路器的合分閘時間、合分閘速度、斷路器運動行程、觸頭開距等。（3）二次回路的電壓、電流、功率不穩(wěn)定，容易造成斷路器拒動和操作不穩(wěn)定。因此，二次回路監(jiān)測也十分重要。搭載霍爾傳感器，其是一種非介入式電壓電流測量傳感器，不影響原有的開關(guān)柜回路設(shè)計，且可全面監(jiān)測開關(guān)柜的各個線圈和儲能馬達。傳感器可以監(jiān)測及診斷儲能電機的儲能時間、儲能電機的儲能電流（平均值）、合閘線圈的動作電流（平均值）、分閘線圈的動作電流（平均值）。3.1.2評估分析診斷系統(tǒng)。廠家專業(yè)、全范圍的溫升模型，可以實現(xiàn)基于實際負載變化的實時診斷，預(yù)判設(shè)備的健康狀態(tài)，針對性地解決潛在故障，降低停電概率。另外，可支持狀態(tài)檢修，并預(yù)估設(shè)備的損耗以建立無人平臺的全生命周期管理體系。其主要特點：提前獲悉設(shè)備溫升風(fēng)險狀態(tài)，實現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的檢修，用計劃性檢修替代緊急維修，減小非計劃停電比例。在線的實時設(shè)備工作機械特性檢測主要特點：實時獲悉設(shè)備機械特性曲線，達到機械特性風(fēng)險分析與預(yù)警的目的；實現(xiàn)預(yù)防性檢修，減少非計劃維修電流增加等一系列問題，以免影響發(fā)電機的安全和整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2電氣故障診斷系統(tǒng)優(yōu)點。電氣人員通過溫度監(jiān)測和機械特性監(jiān)測的雙重分析評估，可以更加直觀地了解電氣設(shè)備的健康指標，可實時追溯查詢各項指標記錄，還可以制定可執(zhí)行的運行維護策略，從而實現(xiàn)無人平臺的電氣系統(tǒng)故障診斷，避免不必要的停產(chǎn)損失，大大提高生產(chǎn)效率。

4軌道式巡檢機器人應(yīng)用方案

無人平臺無人駐守，巡檢人員登陸一次耗時耗力，建議在投入電氣系統(tǒng)故障診斷方案后，為進一步保障無人平臺的安全運行，可選用軌道式巡檢機器人進行無人平臺的24h不間斷巡檢。墾利3-2平臺已將智能巡檢機器人應(yīng)用到平臺電氣巡檢中，下面具體介紹智能巡檢機器人的應(yīng)用方案。

4.1智能巡檢新模式。在人工智能發(fā)展的時代，智能機器人逐漸走進人類生活。用“智能機器人”代替“人工巡檢”已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，隨著智能機器人的引入，人力成本得以節(jié)省，人工風(fēng)險得以降低，工作質(zhì)量和效率得以提升。將智能機器人投入無人平臺，可以將人工智能代替人工的優(yōu)勢發(fā)揮得恰到好處。

4.2智能機器人介紹。智能機器人機身可按需求掛載不同探測器，如有害氣體傳感器、局放檢測儀、SF6傳感器、紅外熱成像儀等，運行軌道按現(xiàn)場需求任意敷設(shè)，通過軌道運行，可實現(xiàn)在MCC間、變頻器間、變壓器間等重要電氣場所的大范圍、不間斷巡檢，以便及時發(fā)現(xiàn)電氣故障。由于開關(guān)柜內(nèi)是密閉空間，智能巡檢機器人掛載的常規(guī)紅外熱成像儀，有些部位不能直接抵達，可通過在開關(guān)柜內(nèi)安裝微型熱成像儀的方式，將開關(guān)柜重點部位的熱成像信號傳輸出來，集合到巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)對開關(guān)柜的全面測溫。無人平臺在設(shè)置智能巡檢機器人的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，搭建網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)無人平臺電氣參數(shù)的及時外傳，便于電氣人員及時掌握平臺各個電氣設(shè)備的運行狀況，有效提高工作效率。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造如圖1所示。

4.3巡檢機器人方案特點。無人平臺設(shè)置智能巡檢機器人后，可實現(xiàn)對無人平臺的環(huán)境監(jiān)測、局放監(jiān)測、智能抄表、智能巡檢以及對無人平臺的遠程管理。其主要特點如下：（1）機器人配置有局放監(jiān)測儀、煙霧探測器、溫濕度傳感器，可實時監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境狀況，有效聯(lián)動環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。（2）SF6紅外氣體檢測儀，可對室內(nèi)SF6氣體泄漏情況進行監(jiān)測。（3）可移動定點局放監(jiān)測。（4）可升降云臺，攜帶監(jiān)視設(shè)備，可對環(huán)境與機柜設(shè)備進行無死角監(jiān)控，智能診斷分析環(huán)境和設(shè)備異常情況。（5）紅外熱成像精確測溫技術(shù)，監(jiān)測診斷機柜和柜內(nèi)設(shè)備溫度，對異常溫度進行報警和有效分析報告。（6）工作人員可通過機器人，遠程查看現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)；收到異常報警后，第一時間派遣機器人前往指定設(shè)備進行核實。（7）減少人員誤操作概率，大大提高操作的安全、可靠性。平臺首次應(yīng)用智能巡檢機器人，實現(xiàn)聲音與圖像的遠程共享，構(gòu)建無人平臺透明化電網(wǎng)，給予電氣工程師遠程支持，此項設(shè)計可擴展為無人平臺的標準設(shè)計。

5結(jié)語

智能化無人平臺電氣系統(tǒng)將電氣系統(tǒng)故障診斷方案與智能巡檢機器人相結(jié)合，可實現(xiàn)海上無人井口平臺的遙信、遙控、遙調(diào)，完成智能自動巡檢任務(wù)，可減少電氣人員登陸平臺次數(shù)，為平臺運行提供良好的保障。

[參考文獻]

[1]魏春先.海上石油平臺無人化、智能化設(shè)計[J].機電信息，2020（9）：98-99.

作者:唐怡 杜銀昌 王海云 吳昊 蔣志鵬 單位:海洋石油工程股份有限公司