船舶電氣自動化系統的故障檢測與恢復研究

李磊峰 張炯 余士有

摘要：傳統化故障檢測辦法存在效率低、精度低的缺陷，為提升故障檢測效果，縮短故障恢復時間，可利用自動化系統編寫故障檢測程序?；诖?，本文首先闡述了船舶電氣自動化設備傳統化故障排除方法，基于船舶電氣自動化系統，展開故障檢測、故障恢復分析，旨在借助自動化技術對船舶故障實現快速檢測與定位，有針對性地進行故障恢復，降低故障對船舶的干擾。

Abstract： Traditional fault detection methods have defects with low efficiency and low accuracy. In order to improve the fault detection effect and shorten the fault recovery time， fault detection procedures can be written using the automatic system.Based on this， this paper first expounds the conventional troubleshooting method of ship electrical automation equipment， based on the ship electrical automation system， launch fault detection and fault recovery analysis， aiming to achieve rapid detection and positioning of ship faults with the help of automation technology， targeted fault recovery， and reduce the fault interference to the ship.

關鍵詞：船舶;電氣自動化系統;故障檢測;故障恢復

Key words： ship;electrical automation system;fault detection;fault recovery

中圖分類號：U66? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0146-02

0? 引言

船舶行業在新時代背景下發展迅速，船舶各系統均趨向自動化發展，為保障船舶穩定運行，需各系統相互協作，若某系統發生故障，船舶則無法穩定航行，而電氣自動化系統關乎船舶電力供應情況，其故障影響程度更大，且可對船舶其他系統造成干擾，因此為降低故障問題的不利影響，需進一步縮短電氣自動化系統故障檢測與恢復時間。

1? 船舶電氣自動化設備傳統化故障排除方法

1.1 直觀分析法

直觀分析法為最傳統的船舶電氣自動化系統故障檢測排除辦法，通過觸感、嗅覺、聽覺、觀感四種直觀化手段判斷故障位置，該技術需故障檢測人員具有豐富經驗，因此采用該方法存在不穩定性。直觀分析法的應用方式如下：

①通過觸摸電氣自動化設備，檢查該設備是否存在高溫情況;

②通過嗅覺，判斷船舶電氣自動化設備是否存在異味;

③運行待檢測設備，通過觀察設備運行聲音，判斷該設備是否運行正常;

④通過觀察船舶電氣自動化設備是否存在異常顏色變化或松動情況進行故障判斷。

1.2 對比分析法

相較于直觀分析法，對比分析法的故障處理更為快速，要求故障檢測人員初步判斷故障源大致所在部位，將存在故障隱患的構件均進行替換，完成構件更換后運行設備，若此時船舶電氣自動化設備并未顯示出故障問題，則證明已替換的構件為故障源，若已全部替換存在故障隱患的構件仍未解決故障問題，則需由專業技術人員進行詳細判定。

1.3 短路分析法

非專業技術人員可通過直觀分析法與對比分析法進行故障診斷與恢復，但卻無法通過短路分析法完成故障處理。短路分析法需由專業技術人員判斷船舶電氣自動化設備內可疑觸電位置，對該觸電位置進行專項檢測，根據檢測結果判斷是否存在故障問題。

2? 船舶電氣自動化系統故障檢測

結合以往經驗來看，短路故障、電路接觸故障為船舶電氣自動化系統內最常見的問題，因此本次故障檢測與恢復分析，均以船舶電氣自動化系統電路故障為研究對象。

2.1 獲取數據源

船舶電氣自動化系統功能的實現依托于電路銜接與耦合，使不同電氣設備連接為整體，并在電氣自動化系統數據傳輸功能下深化各電氣設備間的聯系，確保數據接收傳輸效果，以此完成電氣系統的自動化控制[1]。圖1為船舶電氣自動化系統故障檢測與定位流程圖，為保障故障檢測與定位準確，為故障恢復提供依據，需獲得真實故障源信息。故障數據源信息是否真實完整關乎故障檢測質量與恢復效率，本次提出仿真驗算方式，獲得船舶電氣自動化系統內故障原始數據，將所得數據存儲為差分網格剖分算法（CSDF）文件，將CSDF文件內有效數據整合提取，將原始數據進行參數化處理，以此得出故障源數據特征，將故障源數據特征運用方式展開線性轉化，線性轉化公式如式（1）所示：

■（1）

式（1）中，Xnorm、X、Xmax、Xmin分別為標準化故障數據、原數據、原數據最大值、原數據最小值。完成數據轉化后，將獲得故障標準特征數據集，此時可運用“二分K均值聚類”方式合并標準特征數據集，獲得類數據集[2]。

2.2 編寫檢測程序

通過“二分K均值聚類”方式獲得類數據集后，以類數據集為依據編寫船舶電氣自動化系統故障檢測程序。在本次故障檢測研究中，運用“聚類-重建”方式編寫故障檢測程序[3]。將故障檢測程序內目標類、非目標類分別設為O0、O1，同時將標準值設為F。采用故障檢測程序進行船舶電氣自動化系統故障檢測的步驟如下：

①從目標類O0中提取樣本，樣本數量為M1，從非目標類O1中提取樣本，樣本數量為M2，其中有M1≥M2的關系;

②將M1、M2組成數據樣本集，樣本N維向量為■;

③對數據樣本集進行分為A、B、C三類，其中A樣本集僅可覆蓋目標類O0，B、C樣本集需同時覆蓋目標類O0及非目標類O1;

④將A樣本集聚類處理，此時有：

■（2）

其中D、m分別為故障類分布、類數目，將上述關系式再次聚類處理，得出：

■（3）

其中Dc代表故障分布中心，在此基礎上可計算出各樣本數據與故障分布中心間的距離，記作類距離d，計算公式如下：

■（4）

當類距離d小于標準值F，則可判定，該樣本位置存在故障問題，若類距離d大于或等于標準值F，則說明該樣本位置無故障問題，可正確穩定運行。通過上述故障檢測程序及計算機算法運行，可準確高效地完成船舶電氣自動化系統故障檢測，可為故障處理與恢復提供依據。

2.3 故障精準定位

通過式（4）計算后得出了各樣本點位到故障分布中心的距離，此時可進一步根據式（4）計算結果，對船舶電氣自動化系統故障位置進行準確定位，使故障恢復更為準確，極大縮短故障恢復時間。故障定位為故障高效處理恢復的基礎，因此需在現有故障數據基礎上，對故障問題進行準確定位，確保故障問題可在較短時間內恢復，使船舶電氣自動化系統正常運行。在故障精準定位期間，需采用以下公式進行故障位置的詳細計算：

■（5）

式（5）中，Xx為故障所在位置的橫坐標;Xy為故障所在位置的縱坐標;Dcx為故障分布中心的橫坐標，Dcy為故障分布中心的縱坐標;dx為類距離橫坐標;dy為類距離縱坐標。通過式（5）運算即可準確得出船舶電氣自動化系統故障位置的準確坐標，此時相關技術人員可通過建立的坐標系完成故障定位，可為故障處理恢復提供依據，使故障恢復更具針對性。

3? 船舶電氣自動化系統故障恢復

通過上述步驟可完成船舶電氣自動化系統故障的快速檢測與定位工作，可極大縮短故障恢復時間，通過該方式進行的故障處理更為科學合理。船舶電氣自動化系統內存在諸多電氣設備及子系統，具有復雜化特征，因此，船舶電氣自動化系統故障恢復同樣復雜，且故障恢復過程存在較多約束，系統內各電路位置均與其他子系統或電路存在連接關系，同時各電路位置上分段開關、聯絡開關的數量較多，若電氣自動化系統在船舶航行期間出現故障，故障求解空間將呈現出寬泛巨大的特征，為保障電氣自動化系統故障處理效果，需在故障恢復期間注意電荷調控，由此不難看出，船舶電氣自動化系統的故障恢復難度較高。

對本次船舶電氣自動化系統故障檢測與恢復過程進行總結，具體如下：

①當船舶電氣自動化系統出現故障隱患后，所編寫的故障檢測程序將及時獲取故障源信息，并對故障問題展開全面檢測，獲得相關樣本數據集后，借助算法公式進一步進行樣本處理，在此基礎上計算故障源具體位置，以此完成故障定位。②獲得船舶電氣自動化系統故障信息后，該故障信息將自動傳輸至基礎配置電氣配置器，完成信息數據接收后即可組織故障修復工作。③基礎配置電氣配置器下發故障修復指令，關閉故障周圍的分段開關及聯絡開關，起到隔絕故障源的效果。

4? 結束語

綜上所述，直觀分析法、對比分析法、短路分析法為傳統化故障排除辦法，在船舶運行及故障處理中應用廣泛。在當前背景下，為提升故障檢測精度與效率，快速解決故障問題，可采用智能程序與算法精準獲取故障源信息，并編寫故障檢測程序，在智能化程序幫助下進行故障快速檢測與定位，以此為依據替換故障源，繼而實現快速恢復電氣自動化系統的效果，降低故障問題的不利影響。

參考文獻：

[1]王君君.船舶電氣自動化的發展與故障排除分析[J].數字通信世界，2021（06）：141-142.

[2]張愛麗.船舶電氣自動化的發展及其設備故障的排除研究[J].科技創新導報，2020，17（14）：97，99.

[3]王金.船舶電氣自動化的發展及其設備故障的排除探討[J].科技風，2020（01）：148-149.