CN110188506B - 一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；2)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型；3)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置和泄漏点等效漏孔的大小，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本；4)据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，本发明可以广泛应用于脐带缆泄漏故障诊断领域中。

Description

一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法
技术领域
本发明是关于一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，属于脐带缆泄漏故障诊断领域。
背景技术
深水脐带缆作为海洋平台水下生产系统的关键设备，为水下油井提供液压、电力、信号控制及注射化学药剂等，脐带缆泄漏故障样本特征库的构建对于水下生产系统的安全运行具有重要意义。现有的建立管道泄漏的工作状态特征库的方法往往基于数理统计理论，需要统计分析大量故障数据样本，在此基础上提取特征和进行模式识别，该方法对于故障样本充足的情况效果明显。但是在实际中，由于试验条件有限，无法在脐带缆上进行泄漏故障物理试验来提取特征信号，且泄漏故障样本非常有限，采用真实脐带缆研究液压及化学药剂管线的泄漏几无可能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用真实脐带缆研究液压及化学药剂管线泄漏的深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；2)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型；3)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置和泄漏点等效漏孔的大小，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本；4)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库。
进一步，所述步骤1)中构建标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，具体过程为：1.1)建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；1.2)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据；1.3)根据脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型和打压试验的实测数据，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型。
进一步，所述打压试验的实测数据为脐带缆两端压力的变化数据。
进一步，所述步骤1.1)中的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型基于面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台的水下液压专用学科库构建。
进一步，所述步骤1.3)的具体过程为：将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型。
进一步，所述脐带缆的泄漏故障样本为由脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
进一步，所述步骤4)的具体过程为：4.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库；4.2)根据打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
进一步，所述泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明充分发挥仿真实验的优势，可以全面系统动态地考察脐带缆泄漏发生后各特征参数的变化，有利于泄漏故障样本特征库的完善，弥补泄漏故障样本的不足，工程实用性强，效率高。2、本发明采用经过试验数据校核的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型构建脐带缆泄漏仿真模型，提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，从而构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，故障诊断精度高且误报率低，可以广泛应用于脐带缆泄漏故障诊断领域中。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，包括以下步骤：
1)建立脐带缆打压试验规范，并根据脐带缆打压试验规范，制定打压试验工况实施方案，用于对脐带缆液压仿真模型进行参数标定，其中，脐带缆打压试验规范和试验工况实施方案均可以根据实际情况进行设定。
2)基于面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台(Modelica)的水下液压专用学科库，建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，其中，脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型可以完成对海洋平台水下生产系统中脐带缆液压系统重要物理特性的分析，脐带缆液压系统的重要物理特性包括管线管壁摩擦导致的液体压力损失，阀门、连接器、接头处流速的改变导致的液体压力损失，管线管壁弹性和流体弹性导致的时间滞后，脐带缆外部水深和温度的变化，脐带缆外部静水压力的变化，以及流体黏性和体积弹性模量随压力和温度的变化。面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台(Modelica)的水下液压专用学科库为现有技术公开的方法，具体过程在此不做赘述。
3)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据(即脐带缆两端压力的变化数据)。
4)将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，其中，仿真模型的参数包括脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中的管道流阻、阀口通流面积等。
5)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加可能发生泄漏的泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型。
6)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置(距脐带缆末端的距离)和等效漏孔的大小(等效漏孔是指在脐带缆泄漏仿真模型中泄漏点处通过添加缝隙或节流元件模拟的泄漏孔)，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本，其中，脐带缆的泄漏故障样本是指脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
7)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，具体为：
7.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库，其中，泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
7.2)根据本领域技术人员的经验，结合打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，具体过程为：
1.1)建立脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；
1.2)在正常工况下，根据制定的打压试验工况实施方案，对脐带缆进行打压试验，获取打压试验的实测数据；
1.3)根据脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型和打压试验的实测数据，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型，具体过程为：
将脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆两端压力变化的仿真结果与打压试验的实测数据进行对比，判断脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型的仿真误差是否满足预设的误差阈值，并根据该仿真误差，修正仿真模型的参数，得到标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型；
2)在标准工况下的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型中脐带缆的不同位置分别添加泄漏点，构建脐带缆泄漏仿真模型；
3)根据脐带缆泄漏仿真模型中脐带缆泄漏点的位置和泄漏点等效漏孔的大小，对脐带缆泄漏仿真模型进行参数化批量泄漏故障仿真试验，得到脐带缆的泄漏故障样本；
4)根据脐带缆泄漏仿真模型、打压试验的实测数据和脐带缆的泄漏故障样本，构建脐带缆的泄漏故障样本特征库，具体过程为：
4.1)提取泄漏故障样本的泄漏故障特征，得到脐带缆的初始泄漏故障样本特征库；
4.2)根据打压试验的实测数据，对脐带缆的初始泄漏故障样本特征库进行修正和改善，得到脐带缆的泄漏故障样本特征库。
2.如权利要求1所述的一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，所述打压试验的实测数据为脐带缆两端压力的变化数据。
3.如权利要求1所述的一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，所述步骤1.1)中的脐带缆液压及化学药剂管线仿真模型基于面向对象的多领域物理系统建模与仿真平台的水下液压专用学科库构建。
4.如权利要求1所述的一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，所述脐带缆的泄漏故障样本为由脐带缆泄漏点的不同位置和等效泄漏孔的大小引起的脐带缆两端压力的变化特征。
5.如权利要求1所述的一种深水脐带缆泄漏故障样本特征库的构建方法，其特征在于，所述泄漏故障特征包括压力、流量稳态值和变化率。
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