舰船远程维护系统设计探索范文

汽轮机远程保护系统设计

远程保护系统原理新增的汽轮机远程保护主要内容包括超速保护和滑油压力低保护。超速保护一般是当汽轮机转速超过设计最高转速的7%～10%时，汽轮机转子可能会发生松动，严重时发生汽轮机飞车的重大事故，因此机组应紧急停机;滑油压力低保护是当机组滑油系统的压力降至低极限时，轴承滑油温度升高，为防止机组轴承被烧毁或发生故障，应使机组紧急停机。汽轮机远程保护系统主要由测量传感器、保护装置和电磁阀及管路附件等组成。测量传感器分别检测安装在管路上的滑油压力和转速。为了提高安全可靠性，转速传感器和滑油压力传感器均冗余配置为3路，测量转速的探头为脉冲形式，为提高测量精度，应选择适当齿数的传感器;滑油压力传感器可以为压力变送器或者压力继电器。保护装置是保护系统的核心设备，当保护装置检测到转速信号和滑油压力信号任一参数超过规定值时，通过内部功能插件处理判断，输出保护信息驱使安装在管路上的电动执行机构动作，从而使机组停机。汽轮机保护电磁阀作为汽轮机保护系统的关键执行部件，其性能优劣及稳定可靠直接影响机组的安全运行，应对电磁阀的加工制造、装配工艺和定期传动等进行考核，以有效避免电磁阀的误动和拒动。装置组成保护装置内部主要部件包括三通道逻辑判断插件、三通道电源插件、仲裁电源插件、报警符合插件、继电器插件和滤波器等，其中逻辑判断插件包含参数采集功能。前面板上设有3个电源开关及电源指示灯、参数越限报警指示灯、蜂鸣器、显示数码管及速关操作按钮等;后面板为用于本机与机组等设备进行参数和信息传递的电连接器。装置原理在保护装置面板上设置数码管，显示装置采集的参数示值;面板上有电源开关及指示灯表明供电状况;面板另设报警指示灯，当有参数越限引起保护动作时，对应的指示灯闪烁;为了防止误操，面板上设置一对速关按钮，同时按下有效。保护装置具有汽轮机转速高或滑油压力低的灯光及蜂鸣器报警提示功能、保护动作输出功能，具有汽轮机远程遥操和自动控制功能，与其他设备的信息通信功能。其原理为:将测量的转速信号、滑油压力信号经过隔离分别送至保护装置内部A，B，C三个完全独立的功能相同的逻辑判断插件，逻辑判断插件采集信号与保护定值比较，若转速高于规定值或油压低于规定值，该插件同时与另外2个插件输出至本插件的信息进行三取二的仲裁，综合运算后送至继电器插件，硬件三取二仲裁后输出驱动电磁阀的信号，自动打开电磁阀，联通泄油回路，从而实现远程自动速关操作;同时输出本通道的报警信息至报警仲裁插件，该信息与另外2个逻辑判断插件输出的报警信息在进行硬件三取二的逻辑仲裁后，输出最终的报警信号。该报警信号在装置面板通过指示灯和蜂鸣器进行声光报警，以提示操作人员在自动保护功能失灵时，同时按下保护装置上的一对速关按钮，使管路上的电磁阀打开泄油，从而实现远程速关操作;保护装置利用故障诊断技术可检测输出信息是否与输入信息吻合，并由通信功能将检测的参数以及保护动作信息传输至上一级的管理系统显示或储存，作为日后的事故分析之用。保护装置设计措施保护装置设计采取了如下技术措施:1)设计中采用技术成熟，经过实船考验的可靠性高的元器件或为工业级的器件;元器件品种尽量统一化、标准化;采用降额设计方法，降低元器件及零部件的故障率;采用热设计方法，从元器件筛选、电路设计、结构设计等多方面采取措施，减少温度对装置的影响。2)主要元器件选择①继电器在保护系统动作信号与执行机构之间起着联接和传送作用，在整个保护系统中至关重要。没有动作信号，保护动作就是误动;有了动作信号，保护不动就是拒动。因此，保护动作继电器必须应选择性能可靠、安装方便，接触优良，接点距离合适的军用继电器。②微处理器选用32位ARM处理器LPC2294，其性能强大，功耗低，而且工作温度范围可达120℃。③数字逻辑器件采用抗干扰能力较强的军用级54LS系列器件。④电阻器采用噪声水平低的精密线绕电阻和高质量的金属膜电阻。⑤根据电路功能的需要，选用不同类型的电容器;大容量的电解电容用于直流稳压电源和低频滤波;温度效应低、漏电流小、寿命长的钽电容用于电路中电源输入端的去耦;对于数字集成电路芯片，电源和地线之间的去耦电容采用串联电阻小、有一定电感、稳定性好的金属化聚酯膜电容，以抑制噪声。3)软件设有自检功能，采用了编解码技术和设置校验字节的方式对通讯信息进行加工，提高串口通信可靠性，保证接收信息的完整无误;采用数字滤波、软件看门狗等技术，提高保护软件抗干扰能力。4)印制板设计应使器件布局合理，走线整齐;印制板喷涂三防漆，防止因潮湿、盐雾及霉菌等引起电路绝缘性能降低和短路故障。

保护系统可靠性设计与分析

根据保护相关安全运行规定，为确保保护功能实施的正确性，降低保护系统误动率和拒动率，保护系统采取了以下设计方法。冗余设计保护系统的冗余性设计体现在以下几个方面:1)参数测量的冗余。转速信号和滑油压力均配置3个测量传感器。2)保护装置功能插件冗余设计。3个完全独立的逻辑判断插件，独立完成各自采集、综合分析判断功能。3)直流供电的冗余。3个完全相同的电源插件，分别给3个逻辑判断插件供电;报警逻辑仲裁电路采用2路5V并联供电，报警灯光声响指示输出电路也均采用2路电源并联供电，以确保电源可靠性。4)保护动作及报警输出的冗余:通过继电器组的三取二逻辑仲裁后，继电器插件板输出保护动作信号，最后作用到电磁阀上。同样的3个逻辑判断插件输出的报警信号分别送至仲裁插件上，进行三取二逻辑仲裁后送出报警信号。单一故障准则保护装置的每项保护参数从输入信号隔离、转换、逻辑处理到保护动作输出和电源均采用3路独立的通路，各通路相互隔离。因此，任一单路故障或单一事件引起的多故障均不会影响其他2路保护通道的保护动作。仲裁设计本保护系统采用了多级局部仲裁技术，即多次进行局部仲裁，以提高信号处理、定值比较的可靠性;3个逻辑判断插件对保护参数分别进行了局部仲裁后，其结果分别送至报警仲裁插件进行仲裁处理、送至继电器插件板进行三取二逻辑仲裁后最后输出为报警信号、电磁阀的保护动作信号，可大大减少保护动作的误动机率，从而提高保护系统的可靠性。隔离设计电气隔离要做到保护装置任何可能的故障(开路、短路、接地、出现最大可能的电压等)都不影响与其隔离设备的正常工作。各冗余通道的参数通道相互独立，各个逻辑判断插件在电气上相互隔离;输入的电源各自独立，输入信号采用隔离放大器，使输入/输出端之间无公共端，做到电气上相互隔离;在总体继电器仲裁插件上，采用继电器触点进行总体仲裁，输出端的任何故障不会影响输入端所连设备的正常工作。

作者：江炜骆立强单位：武汉第二船舶设计研究所中国舰船研究设计中心