一种高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台的制作方法

本发明涉及换流站设备技术领域，具体涉及一种高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台。

背景技术：

换流阀是换流站的核心设备，目前在运的换流站中，换流阀额定电流最高已达5000a。正常运行时，大电流通过换流阀产生大量热量，为防止换流阀因温度过高而损坏，需配置阀冷却系统对其进行冷却。因此，换流阀冷却系统的安全性和可靠性将会直接影响到直流输电系统的安全性和稳定性。

根据国家电网公司直流换流站单双极闭锁统计数据，在2003年至2010年之间，下属的12座换流站共发生80起直流闭锁事件，其中换流阀冷却系统故障原因导致单双极闭锁的有11起，占全部故障总数的14%。截止2011年11月，南方电网四条直流输电系统因换流阀冷系统故障发生直流闭锁事件22次，其中单极闭锁21次，双极闭锁1次。换流阀冷却系统的运行工况与直流输电交换功率的变化密切相关，同时与周围环境密切相关，特别是采用内水冷+外风冷技术路线的换流阀冷却系统，在周围散热环境发生变化时，其运行工况将受到巨大影响。但是，目前为止在高压直流换流阀冷却系统方面还没有相对精确的模型，而高压直流输电系统的广泛应用迫切需要为阀冷却系统提供一种具有分析指导、运行研究、培训教育功能的工具和手段。另外，目前运维人员对阀冷却系统相关技术的了解还不够全面和深入，对换流阀冷却系统的控制原理、工艺流程、信号采集、实时通讯、系统报警、故障判断等技术尚未全面熟练掌握。随着高压直流输电的快速发展，需要更多新的人员加入到换流站运维队伍中，对换流阀冷却装置的运维人员进行培训以提高他们的技术水平是必不可少的。

在授权公告号为cn102903291b中公开了一种高压直流输电换流阀冷却系统的仿真平台，软件支撑模块为高压直流输电换流阀冷却系统仿真平台提供现实基础，为其他模块提供程序语言和人机界面的功能支持；基础功能模块为仿真平台提供基础元件,由其元件所搭建的阀冷却系统的实时状态将会分别反馈至控制保护程序模块、设备风险评估分析模块、设备故障处理决策模块，并且相应模块会根据设备元件状态进行控制保护、风险评估计算与发布、设备故障处理方案发布。作为实用化的工程仿真软件，工作界面友好，可实现与现场操作方法相同仿真操作，实时反映高压直流输电换流阀冷却系统的工作状态，并根据工作状态进行设备风险评估分析及设备故障处理决策；但是其并未涉及换流阀冷却系统技术规范、检修规范、运行规范的可操行性模块，比如工作票模块、操作票模块、巡视检查模块、运行维护模块、缺陷记录、设备状态评估等，相互结合在一起来进行集约化培训操作的训练平台。

在cn203882138u中公开了一种高压直流输电换流阀的vbe系统模拟运行及培训平台,包括：换流阀仿真电路,用于模拟换流阀的实际工作情况；最小vbe系统,用于控制和监控所述换流阀发证电路中换流阀阀片的工作状态；监控系统,用于模拟最小vbe系统与极控系统之间的关键信号数据流,并读取最小vbe系统所反馈的信号；本发明通过模拟vbe系统的运行,并分析和总结vbe系统的各种状态表征,使新加入本领域的工作人员能够快速了解和全面掌握vbe系统；但是其涉及为一种高压直流输电换流阀的vbe系统模拟运行及培训平台，并非本查新项目所述的高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台。

因此,本平台旨在建立一个模型或者平台应用于换流阀冷却系统，满足换流站运维人员现场仿真培训、离线或者实时运行数据分析，为换流阀冷却系统各种工况下故障诊断、设备状态评估研究创造一种应用环境。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供一种高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台，能够满足换流站运维人员现场仿真培训、离线或者实时运行数据分析，为换流阀冷却系统各种工况下故障诊断、设备状态评估研究创造一种应用环境。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台，包括数据处理模块，与所述数据处理模块信号互联的数据交换模块，所述数据交换模块还连接有用于教学的教员工作模块、用于学习的学员培训模块、用于打印结果的打印模块，以及用于模拟数据的模拟机构。

所述模拟机构包括仿真机构和工况机构；

所述仿真机构包括第一参数设定模块、第一事件信息模块、运维模块、模拟传动模块和第一图形界面模块；

所述工况机构包括第二参数设定模块、第二事件信息模块、第二图形界面模块、数据建库模块、工况预测模块和设备评估模块。

所述第一参数设定模块具有第一系统设置单元、第一预警设置单元、故障设置单元和数据状态设置单元；

所述第一事件信息模块包括第一事件记录单元和故障报文单元；

所述运维模块包括巡检单元、运行维护单元、缺陷单元和两票单元；

所述模拟传动模块包括主泵保护单元、流量压力保护单元、温度控制保护单元和液位泄露单元。

所述第一图形界面模块包括第一工艺流程图单元和运行曲线单元。

所述工况预测模块包括第二参数设定模块、第二事件信息模块、第二图形界面模块、数据建库模块、工况预测模块和设备评估模块。

所述第二参数设定模块包括第二系统设置单元和第二预警设置单元；

所述第二事件信息模块包括第二事件记录单元；

所述第二图形界面模块包括第二工艺流程图单元；

所述数据建库模块包括基准数据库单元和泵特性曲线单元；

所述工况预测模块包括电导率温度预测单元、系统运行预测模块和进出阀温度偏差模块。

所述设备评估模块包括设备评估单元和设备状态报告单元。

所述第一预警设置单元和所述第二预警设置单元能够动态制定温度、压力、导电率、湿度、液位、流量的报警限值，以此来仿真不同的工作环境。

所述故障设置单元能够通过设置正常或故障模拟组件在系统中的状态变化。

所述第一工艺流程图单元能够通过学员培训模块的显示器进行显示，用于显示管道水的流动性，阀门打开/关闭的状态，主泵的旋转方向，膨胀罐水位动态显示，风机动态显示。

所述设备评估单元能够设置设备的寿命期限，通过计算日期和使用损耗的修正指数自动计算设备的运行寿命与整体状态，提醒用于定期维护和管理。

本发明通过工况机构对换流阀的历史数据进行汇集，并进行记录评估，将其作为仿真机构的模拟数据进行输入与评判仿真机构数据是否准确的标准；而采用试其包括数据处理模块，而本发明采用的数据处理模块为集中处理数据的云计算或能够储存并大量运算的服务器，而采用的数据通过数据交换模块，对数据信号进行分散或集中，解码或加密，确保数据能够准确稳定的传递至不同的教员工作模块、学员学习模块、打印模块和模拟机构，确保本装置的正常运行，而采用的教员工作模块为个人计算机，且其能够控制一定数量的学员培训模块或指定控制单一的学员培训模块，而采用的学员培训模块能够接收到教员工作模块发出的数据信号，从而确保学员培训模块能够准确且稳定的接收数据，且避免学员不学习的现象发生；而打印模块为打印机，其能够将数据打印出来。

采用的模拟机构包括仿真机构和工况机构，仿真机构能够对工况机构的数据进行解析，并虚拟出一个故障状况，来让学员进行解决，并且会将全程数据传递给教员工作模块，通过教员直接观测到学员的操作，而且能够将全过程的进行记录并可以打印出来，能够直观的看到学员的操作过程。

采用的仿真机构包括第一参数设定模块、第一事件信息模块、运维模块、模拟传动模块和第一图形界面模块；采用的参数设定模块可以设定用于配置仿真系统中系统设、预警、故障还有数据状态，包括切换仿真模拟或导入的数据库、数据导入、手动设置故障与手动设置数据状态，从而对系统进行多方面因素模拟；其中系统设置可以配置数据源，数据源采集间隔设置，且能够将外部文件数据导入到数据源设置内，确保数据的交换性；而采用的数据源分别是，自定义输入库、plc模拟库、现场运行库，三种不同的数据源用于模拟不同环境下的数据导入和回放；而数据的采集设置用于控制采集的周期频率，可以选择系统预设采集周期，或者自定义采集周期，最小精确到秒。

采用的运维模块对学员进行倒闸操作培训是换流阀冷却系统仿真培训平台的一项重要功能。在仿真培训系统对学员进行倒闸操作培训时,可以通过调用操作票模块进行开票操作,生成标准操作票并返回到仿真培训系统中,作为对学员操作是否正确做出判断或提供帮助的依据。操作票专家系统是换流阀冷却系统使用的倒闸操作票智能处理系统,它按照电力系统对防误操作要求和设备的状态,根据冷却系统运行规程和"五防''闭锁规则等进行判断,利用自动开票的功能提供准确的操作序列,开出完全实用的倒闸操作票。系统除了可以在正常情况下开票,还应在异常情况下也具备开票功能,所以学员不仅能在正常情况下进行培训,异常情况下也能进行相关的操作指导。运维模块由巡检单元、运行维护单元、缺陷单元、两票单元组成；对于巡检单元选择需要加载的巡检类型模板，比如测温记录和示值核对；对于两票单元来说，分别为工作票和操作票两个类型选项。

对于第一图形界面单元和第二图形单元来说其能够在显示器上展示，全面的显示现场设备概貌，细化到管路的方向、阀门的启闭等操作标示，而其可转化为工艺流程图单元和运行曲线单元两部分，当切换到故障设置单元时，能够快速地从显示屏上获得故障的位置和信息；而采用的运行曲线能够查看当前/历史的数据曲线状态；而对于模拟传动模块根据厂家换流阀冷却系统组成及电气控制图纸，编制模拟传动模块，使培训学员知道每一个信号产生的机理及意义，分为水冷系统泵保护、水冷系统流量保护、水冷系统压力保护、水冷系统温度保护、水冷系统水质保护、水冷系统液位保护、水冷系统泄漏保护、水冷系统电加热器保护、水冷系统电动阀控制。

对于工况机构中的工况预测模块包括电导率温度预测单元、系统运行预测模块和进出阀温度偏差模块；能够通过当前和历史数据进行预测，从而预判到一个规律值，为实际工况的下一步工作作出一个预判，减少隐患的发生。

本发明可以根据历史运行数据和缺陷情况，结合实际运行数据进行分析，进行工况预测与故障预警研究，为定期检修提供参考；同时，通过建立一个与实际换流阀冷却系统类似的仿真培训平台，不仅仅能够实现模拟正常运行操作、模拟故障处理等培训功能，也可实现实现工作票、操作票、巡视检查、运行维护、缺陷记录、设备状态评估等“运维一体化”业务；真实的模拟了客户的培训需要，而且能够对各个构件进行全生命周期管理，减少了故障的发生，加快了故障的处理速度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明模拟机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种高压直流输电阀冷却系统工况预测与故障预警平台，包括数据处理模块1，与所述数据处理模块1信号互联的数据交换模块3，所述数据交换模块3还连接有用于教学的教员工作模块2、用于学习的学员培训模块4、用于打印结果的打印模块5，以及用于模拟数据的模拟机构6。

该实施例中通过工况机构对换流阀的历史数据进行汇集，并进行记录评估，将其作为仿真机构的模拟数据进行输入与评判仿真机构数据是否准确的标准；而采用试其包括数据处理模块，而本发明采用的数据处理模块为集中处理数据的云计算或能够储存并大量运算的服务器，而采用的数据通过数据交换模块，对数据信号进行分散或集中，解码或加密，确保数据能够准确稳定的传递至不同的教员工作模块、学员学习模块、打印模块和模拟机构，确保本装置的正常运行，而采用的教员工作模块为个人计算机，且其能够控制一定数量的学员培训模块或指定控制单一的学员培训模块，而采用的学员培训模块能够接收到教员工作模块发出的数据信号，从而确保学员培训模块能够准确且稳定的接收数据，且避免学员不学习的现象发生；而打印模块为打印机，其能够将数据打印出来。

实施例二

其与实施例一的区别在于：所述模拟机构包括仿真机构和工况机构；

所述仿真机构包括第一参数设定模块、第一事件信息模块、运维模块、模拟传动模块和第一图形界面模块；

所述工况机构包括第二参数设定模块、第二事件信息模块、第二图形界面模块、数据建库模块、工况预测模块和设备评估模块。

该实施例中采用的模拟机构包括仿真机构和工况机构，仿真机构能够对工况机构的数据进行解析，并虚拟出一个故障状况，来让学员进行解决，并且会将全程数据传递给教员工作模块，通过教员直接观测到学员的操作，而且能够将全过程的进行记录并可以打印出来，能够直观的看到学员的操作过程。

采用的仿真机构包括第一参数设定模块、第一事件信息模块、运维模块、模拟传动模块和第一图形界面模块；采用的参数设定模块可以设定用于配置仿真系统中系统设、预警、故障还有数据状态，包括切换仿真模拟或导入的数据库、数据导入、手动设置故障与手动设置数据状态，从而对系统进行多方面因素模拟；其中系统设置可以配置数据源，数据源采集间隔设置，且能够将外部文件数据导入到数据源设置内，确保数据的交换性；而采用的数据源分别是，自定义输入库、plc模拟库、现场运行库，三种不同的数据源用于模拟不同环境下的数据导入和回放；而数据的采集设置用于控制采集的周期频率，可以选择系统预设采集周期，或者自定义采集周期，最小精确到秒。

实施例三

其与实施例二的区别在于：所述第一参数设定模块具有第一系统设置单元、第一预警设置单元、故障设置单元和数据状态设置单元；

所述第一事件信息模块包括第一事件记录单元和故障报文单元；

所述运维模块包括巡检单元、运行维护单元、缺陷单元和两票单元；

所述模拟传动模块包括主泵保护单元、流量压力保护单元、温度控制保护单元和液位泄露单元。

所述第一图形界面模块包括第一工艺流程图单元和运行曲线单元。

该实施例中采用的运维模块对学员进行倒闸操作培训是换流阀冷却系统仿真培训平台的一项重要功能。在仿真培训系统对学员进行倒闸操作培训时,可以通过调用操作票模块进行开票操作,生成标准操作票并返回到仿真培训系统中,作为对学员操作是否正确做出判断或提供帮助的依据。操作票专家系统是换流阀冷却系统使用的倒闸操作票智能处理系统,它按照电力系统对防误操作要求和设备的状态,根据冷却系统运行规程和"五防''闭锁规则等进行判断,利用自动开票的功能提供准确的操作序列,开出完全实用的倒闸操作票。系统除了可以在正常情况下开票,还应在异常情况下也具备开票功能,所以学员不仅能在正常情况下进行培训,异常情况下也能进行相关的操作指导。运维模块由巡检单元、运行维护单元、缺陷单元、两票单元组成；对于巡检单元选择需要加载的巡检类型模板，比如测温记录和示值核对；对于两票单元来说，分别为工作票和操作票两个类型选项。

实施例四

其与实施例三的区别在于：所述工况预测模块包括第二参数设定模块、第二事件信息模块、第二图形界面模块、数据建库模块、工况预测模块和设备评估模块。

所述第二参数设定模块包括第二系统设置单元和第二预警设置单元；

所述第二事件信息模块包括第二事件记录单元；

所述第二图形界面模块包括第二工艺流程图单元；

所述数据建库模块包括基准数据库单元和泵特性曲线单元；

所述工况预测模块包括电导率温度预测单元、系统运行预测模块和进出阀温度偏差模块。

所述设备评估模块包括设备评估单元和设备状态报告单元。

所述第一预警设置单元和所述第二预警设置单元能够动态制定温度、压力、导电率、湿度、液位、流量的报警限值，以此来仿真不同的工作环境。

所述故障设置单元能够通过设置正常或故障模拟组件在系统中的状态变化。

所述第一工艺流程图单元能够通过学员培训模块的显示器进行显示，用于显示管道水的流动性，阀门打开/关闭的状态，主泵的旋转方向，膨胀罐水位动态显示，风机动态显示。

所述设备评估单元能够设置设备的寿命期限，通过计算日期和使用损耗的修正指数自动计算设备的运行寿命与整体状态，提醒用于定期维护和管理。

该实施例中对于第一图形界面单元和第二图形单元来说其能够在显示器上展示，全面的显示现场设备概貌，细化到管路的方向、阀门的启闭等操作标示，而其可转化为工艺流程图单元和运行曲线单元两部分，当切换到故障设置单元时，能够快速地从显示屏上获得故障的位置和信息；而采用的运行曲线能够查看当前/历史的数据曲线状态；而对于模拟传动模块根据厂家换流阀冷却系统组成及电气控制图纸，编制模拟传动模块，使培训学员知道每一个信号产生的机理及意义，分为水冷系统泵保护、水冷系统流量保护、水冷系统压力保护、水冷系统温度保护、水冷系统水质保护、水冷系统液位保护、水冷系统泄漏保护、水冷系统电加热器保护、水冷系统电动阀控制。

对于工况机构中的工况预测模块包括电导率温度预测单元、系统运行预测模块和进出阀温度偏差模块；能够通过当前和历史数据进行预测，从而预判到一个规律值，为实际工况的下一步工作作出一个预判，减少隐患的发生。

本发明可以根据历史运行数据和缺陷情况，结合实际运行数据进行分析，进行工况预测与故障预警研究，为定期检修提供参考；同时，通过建立一个与实际换流阀冷却系统类似的仿真培训平台，不仅仅能够实现模拟正常运行操作、模拟故障处理等培训功能，也可实现实现工作票、操作票、巡视检查、运行维护、缺陷记录、设备状态评估等“运维一体化”业务；真实的模拟了客户的培训需要，而且能够对各个构件进行全生命周期管理，减少了故障的发生，加快了故障的处理速度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。