艦船遠程維護系統設計探索范文

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汽輪機遠程保護系統設計

遠程保護系統原理新增的汽輪機遠程保護主要內容包括超速保護和滑油壓力低保護。超速保護一般是當汽輪機轉速超過設計最高轉速的7%～10%時，汽輪機轉子可能會發生松動，嚴重時發生汽輪機飛車的重大事故，因此機組應緊急停機;滑油壓力低保護是當機組滑油系統的壓力降至低極限時，軸承滑油溫度升高，為防止機組軸承被燒毀或發生故障，應使機組緊急停機。汽輪機遠程保護系統主要由測量傳感器、保護裝置和電磁閥及管路附件等組成。測量傳感器分別檢測安裝在管路上的滑油壓力和轉速。為了提高安全可靠性，轉速傳感器和滑油壓力傳感器均冗余配置為3路，測量轉速的探頭為脈沖形式，為提高測量精度，應選擇適當齒數的傳感器;滑油壓力傳感器可以為壓力變送器或者壓力繼電器。保護裝置是保護系統的核心設備，當保護裝置檢測到轉速信號和滑油壓力信號任一參數超過規定值時，通過內部功能插件處理判斷，輸出保護信息驅使安裝在管路上的電動執行機構動作，從而使機組停機。汽輪機保護電磁閥作為汽輪機保護系統的關鍵執行部件，其性能優劣及穩定可靠直接影響機組的安全運行，應對電磁閥的加工制造、裝配工藝和定期傳動等進行考核，以有效避免電磁閥的誤動和拒動。裝置組成保護裝置內部主要部件包括三通道邏輯判斷插件、三通道電源插件、仲裁電源插件、報警符合插件、繼電器插件和濾波器等，其中邏輯判斷插件包含參數采集功能。前面板上設有3個電源開關及電源指示燈、參數越限報警指示燈、蜂鳴器、顯示數碼管及速關操作按鈕等;后面板為用于本機與機組等設備進行參數和信息傳遞的電連接器。裝置原理在保護裝置面板上設置數碼管，顯示裝置采集的參數示值;面板上有電源開關及指示燈表明供電狀況;面板另設報警指示燈，當有參數越限引起保護動作時，對應的指示燈閃爍;為了防止誤操，面板上設置一對速關按鈕，同時按下有效。保護裝置具有汽輪機轉速高或滑油壓力低的燈光及蜂鳴器報警提示功能、保護動作輸出功能，具有汽輪機遠程遙操和自動控制功能，與其他設備的信息通信功能。其原理為:將測量的轉速信號、滑油壓力信號經過隔離分別送至保護裝置內部A，B，C三個完全獨立的功能相同的邏輯判斷插件，邏輯判斷插件采集信號與保護定值比較，若轉速高于規定值或油壓低于規定值，該插件同時與另外2個插件輸出至本插件的信息進行三取二的仲裁，綜合運算后送至繼電器插件，硬件三取二仲裁后輸出驅動電磁閥的信號，自動打開電磁閥，聯通泄油回路，從而實現遠程自動速關操作;同時輸出本通道的報警信息至報警仲裁插件，該信息與另外2個邏輯判斷插件輸出的報警信息在進行硬件三取二的邏輯仲裁后，輸出最終的報警信號。該報警信號在裝置面板通過指示燈和蜂鳴器進行聲光報警，以提示操作人員在自動保護功能失靈時，同時按下保護裝置上的一對速關按鈕，使管路上的電磁閥打開泄油，從而實現遠程速關操作;保護裝置利用故障診斷技術可檢測輸出信息是否與輸入信息吻合，并由通信功能將檢測的參數以及保護動作信息傳輸至上一級的管理系統顯示或儲存，作為日后的事故分析之用。保護裝置設計措施保護裝置設計采取了如下技術措施:1)設計中采用技術成熟，經過實船考驗的可靠性高的元器件或為工業級的器件;元器件品種盡量統一化、標準化;采用降額設計方法，降低元器件及零部件的故障率;采用熱設計方法，從元器件篩選、電路設計、結構設計等多方面采取措施，減少溫度對裝置的影響。2)主要元器件選擇①繼電器在保護系統動作信號與執行機構之間起著聯接和傳送作用，在整個保護系統中至關重要。沒有動作信號，保護動作就是誤動;有了動作信號，保護不動就是拒動。因此，保護動作繼電器必須應選擇性能可靠、安裝方便，接觸優良，接點距離合適的軍用繼電器。②微處理器選用32位ARM處理器LPC2294，其性能強大，功耗低，而且工作溫度范圍可達120℃。③數字邏輯器件采用抗干擾能力較強的軍用級54LS系列器件。④電阻器采用噪聲水平低的精密線繞電阻和高質量的金屬膜電阻。⑤根據電路功能的需要，選用不同類型的電容器;大容量的電解電容用于直流穩壓電源和低頻濾波;溫度效應低、漏電流小、壽命長的鉭電容用于電路中電源輸入端的去耦;對于數字集成電路芯片，電源和地線之間的去耦電容采用串聯電阻小、有一定電感、穩定性好的金屬化聚酯膜電容，以抑制噪聲。3)軟件設有自檢功能，采用了編解碼技術和設置校驗字節的方式對通訊信息進行加工，提高串口通信可靠性，保證接收信息的完整無誤;采用數字濾波、軟件看門狗等技術，提高保護軟件抗干擾能力。4)印制板設計應使器件布局合理，走線整齊;印制板噴涂三防漆，防止因潮濕、鹽霧及霉菌等引起電路絕緣性能降低和短路故障。

保護系統可靠性設計與分析

根據保護相關安全運行規定，為確保保護功能實施的正確性，降低保護系統誤動率和拒動率，保護系統采取了以下設計方法。冗余設計保護系統的冗余性設計體現在以下幾個方面:1)參數測量的冗余。轉速信號和滑油壓力均配置3個測量傳感器。2)保護裝置功能插件冗余設計。3個完全獨立的邏輯判斷插件，獨立完成各自采集、綜合分析判斷功能。3)直流供電的冗余。3個完全相同的電源插件，分別給3個邏輯判斷插件供電;報警邏輯仲裁電路采用2路5V并聯供電，報警燈光聲響指示輸出電路也均采用2路電源并聯供電，以確保電源可靠性。4)保護動作及報警輸出的冗余:通過繼電器組的三取二邏輯仲裁后，繼電器插件板輸出保護動作信號，最后作用到電磁閥上。同樣的3個邏輯判斷插件輸出的報警信號分別送至仲裁插件上，進行三取二邏輯仲裁后送出報警信號。單一故障準則保護裝置的每項保護參數從輸入信號隔離、轉換、邏輯處理到保護動作輸出和電源均采用3路獨立的通路，各通路相互隔離。因此，任一單路故障或單一事件引起的多故障均不會影響其他2路保護通道的保護動作。仲裁設計本保護系統采用了多級局部仲裁技術，即多次進行局部仲裁，以提高信號處理、定值比較的可靠性;3個邏輯判斷插件對保護參數分別進行了局部仲裁后，其結果分別送至報警仲裁插件進行仲裁處理、送至繼電器插件板進行三取二邏輯仲裁后最后輸出為報警信號、電磁閥的保護動作信號，可大大減少保護動作的誤動機率，從而提高保護系統的可靠性。隔離設計電氣隔離要做到保護裝置任何可能的故障(開路、短路、接地、出現最大可能的電壓等)都不影響與其隔離設備的正常工作。各冗余通道的參數通道相互獨立，各個邏輯判斷插件在電氣上相互隔離;輸入的電源各自獨立，輸入信號采用隔離放大器，使輸入/輸出端之間無公共端，做到電氣上相互隔離;在總體繼電器仲裁插件上，采用繼電器觸點進行總體仲裁，輸出端的任何故障不會影響輸入端所連設備的正常工作。

作者：江煒駱立強單位：武漢第二船舶設計研究所中國艦船研究設計中心