CN116544877B - 用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，包括海缆电流采集模块、智能控制模块、电源模块、通信模块和显示模块；海缆电流采集模块包括至少两个规格相同的电流互感器；海缆电流采集模块采集电流数据，传输到智能控制模块；通过智能控制模块内部的数据处理器件，对电流数据进行处理和分析，以判断海缆的电力系统是否存在故障；当数据处理器件检测到异常电流时，智能控制模块判断故障是否需要进行保护动作；进行保护动作时，智能控制模块控制保护器件动作，以保护海缆的电力系统的安全稳定运行。本发明能够更准确地实时监测海缆电流的异常状态，实施更准确的保护动作，保证海上石油平台运行更为稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力保护技术，尤其是涉及一种用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置。
背景技术
海上石油平台是一种特殊的能源采集平台，由于远离陆地，因此在必要的情况下，需要采用海缆与陆地上的设备进行连接，这就要求在海上石油平台的运行过程中，海缆的运行稳定和安全变得尤为重要，甚至决定海上石油平台是否能够保持稳定正常的工作状态；在海缆出现过载或短路的异常时，如果没有及时和有效的继电保护，则很可能导致整个石油平台的停产，甚至是沉没。因此在海上石油平台运行过程中，海缆的电流监控和保护是海上石油平台安全运行的一个关键要素。但是目前有关海缆的电流实时监控的继电保护装置基本上都是根据对海缆电流的实际检测值进行分析和判断，容易出现误动作和错判断，导致海上石油平台出现不必要的故障，影响了生产效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，能够更准确地检测海缆电流的异常状态，实施更准确的保护动作。
本发明的技术解决方案是：
用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，包括海缆电流采集模块、智能控制模块、电源模块、通信模块和显示模块；
所述海缆电流采集模块包括至少两个规格相同的电流互感器，以及放大电路和滤波电路，所述电流互感器安装于海上石油平台的海缆上；放大电路用以放大采集到的电流信号；滤波电路用以对采集到的电流型号进行滤波处理；
所述智能控制模块，设有可编程逻辑器件、保护器件、数据处理器件，所述可编程逻辑器件设有智能芯片，用以控制所述保护器件、数据处理器件和通信接口的动作控制；所述保护器件包括过载保护器件和短路保护器件；所述数据处理器件为用以对采集到的数据进行处理和分析的微处理器；
所述电源模块用以提供电源给其它模块使用，并对电源电压、电流、温度参数的实时监控；
所述通信模块，设有RS485、CAN、TCP/IP、GSM、GPRS的通信芯片，用以配置通信协议，控制与上位机或其它设备的通信动作；
所述显示模块，设有显示器件，用以显示电流参数的状态和报警信息；
所述海缆电流采集模块采集电流数据，并传输到智能控制模块；通过智能控制模块内部的数据处理器件，对电流数据进行处理和分析，以判断海缆的电力系统是否存在故障；
当数据处理器件检测到异常电流时，智能控制模块根据事先设定的故障诊断规则，对故障进行诊断，并判断故障是否需要进行保护动作；
需要进行保护动作时，智能控制模块控制保护器件动作，以保护海缆的电力系统的安全稳定运行；
如果电流数据存在异常情况，且不需要进行保护动作时，智能控制模块通过通信模块将异常信息传输到上位机或其他设备供记录和查阅。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，所述故障诊断规则包括：
如果电流数据持续超过设定的额定值10秒以上，则判断为过载故障，进行保护动作；
如果电流数据瞬间超过设定的额定值的2倍，则判断为短路故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频率为50Hz的正弦波，则判断为谐波故障，进行保护动作；
如果电流数据出现波形失真或不规则波形，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据持续低于设定的额定值10秒以上，则判断为欠电流故障，进行保护动作；
如果电流数据出现突变或剧烈波动，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频繁的起伏和跳动，则判断为闪变故障，进行保护动作。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，所述保护动作包括：
过载保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统过载而发生故障；
短路保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统短路而发生故障；
谐波保护动作：智能控制模块控制谐波滤波器进行接入或断开动作，以消除海缆的电力系统中的谐波干扰；
波形失真或不规则波形保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免电流发生波形失真或不规则波形而影响海缆的电力系统的正常运行；
欠电流保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统欠电流而发生故障；
突变或剧烈波动保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统突变或剧烈波动而发生故障；
闪变保护动作：智能控制模块控制闪变保护器进行接入或断开动作，以消除海缆的电力系统中的闪变干扰。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，
两个电流互感器为对称性电流互感器，分别安装在海缆上，采集海缆中的正向电流和反向电流数据；通过对称性测量原理获得采集的海缆的电流数据；所述正向电流为I1，反向电流为I2，海缆中的电流值为I＝(I1-I2)/2；
将正向电流和反向电流数据按照时间顺序进行组合，得到海缆中的总电流数据。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，包括设置在海里的水温传感器，所述水温传感器用以采集海水温度数据，分析海水温度和海缆的电流数据之间的关系：
采集到的海水温度数据为T1、T2、T3...Tn，对应的海缆电流数据为I1、I2、I3...In；利用相关系数分析海水温度和海缆电流之间的关系；相关系数表示两个变量之间的线性关系强度，取值范围从-1到1，绝对值越大表示两个变量之间的相关性越强；步骤如下：
1)计算海水温度和海缆电流之间的相关系数，公式为：r＝Σ((Ti-T_avg)*(Ii-I_avg))/((n-1)*T_stddev*I_stddev)，其中T_avg与I_avg分别为海水温度和海缆电流的平均值，T_stddev和I_stddev分别为海水温度和海缆电流的标准差；
2)根据计算结果判断相关性的强度，如果r的绝对值接近于1，则说明海水温度和海缆电流之间存在强烈的相关性，反之则说明相关性较弱或者不存在；
3)当r的绝对值接近1，则：
a检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性；
b利用回归分析等方法，拟合海水温度和海缆电流之间的线性关系，得到回归方程；
c利用回归方程，预测不同海水温度下的海缆电流值，并与实际测量的电流值进行比较，判断测量的电流值是否存在偏差，根据偏差大小判断异常状态类型，控制保护器件动作。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，包括设置在海里的潮汐传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；获得预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系：
采集到的潮汐高度数据为H1、H2、H3...Hn，对应的海缆电流数据为I1、I2、I3...In；利用回归分析预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系；
步骤如下：
1)将潮汐高度作为自变量，海缆电流作为因变量，进行回归分析，得到回归方程y＝a+bx，其中y表示海缆电流，x表示潮汐高度，a和b分别为回归方程的截距和斜率；
2)根据回归方程预测不同潮汐高度下的海缆电流取值；
3)根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
如上所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其中，包括设置在海里的潮汐传感器、海流传感器和设置在海面上的风速传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；所述海流传感器用以采集海流的流速数据，所述风速传感器用以采集风速数据；通过回归算法，获得预测海缆电流值与潮汐高度、海流流速、海风风速之间的关系，根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：
本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，包括包括海缆电流采集模块、智能控制模块、电源模块、通信模块和显示模块；采用两个电流互感器，通过对称式性测量原理处理电流实时测量数据，获得更为准确的电流测量数据，为后续异常判断提供更为准确的数据基础。更进一步的，本发明采用实时测量数据与预测数据之间的比对，来进一步判断是否存在异常情况，预测数据通过大量数据的训练后得到的回归方程计算，保证了数据的准确性和时效性，并且结合潮汐、温度、海流、风速等参数综合分析判断，使得本发明的继电保护装置的保护动作控制更为准确和有效，使得海上石油平台的用电系统更为稳定和安全。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的模块结构示意图。
主要元件标号说明：
本发明：
1：海缆 2：海缆电流采集模块 3：智能控制模块
4：电源模块 5：通信模块 6：显示模块
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明的一种用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，请参照图1所示，本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置包括海缆电流采集模块2、智能控制模块3、电源模块4、通信模块5和显示模块6；
所述海缆电流采集模块2包括至少两个规格相同的电流互感器、放大电路和滤波电路，所述电流互感器安装于海上石油平台的海缆1上；放大电路用以放大采集到的电流信号；滤波电路用以对采集到的电流型号进行滤波处理；较佳的，该模块的主要功能是采集海缆1电流的数据，具体包括以下器件和实现方式：电流互感器：可以使用霍尔传感器或者电流互感器等电子器件，实现对海缆1电流的采集。放大电路：对采集到的电流信号进行放大处理，以提高信号的灵敏度和准确度。滤波电路：对采集到的电流信号进行滤波处理，以去除干扰噪声和杂波信号。
所述智能控制模块3，设有可编程逻辑器件、保护器件、数据处理器件，所述可编程逻辑器件设有智能芯片，用以控制所述保护器件、数据处理器件和通信接口的动作控制；所述保护器件包括过载保护器件和短路保护器件；所述数据处理器件为用以对采集到的数据进行处理和分析的微处理器；较佳的，该模块的主要功能是对海缆1的电力系统进行集成控制和保护，具体包括以下器件和实现方式：可编程逻辑器件(FPGA、CPLD)：实现多种保护功能的集成和灵活配置，同时支持在线更新和升级。保护器件：包括过载保护器件、短路保护器件、地漏保护器件等，实现对海缆1的电力系统的多种保护功能。数据处理器件：可以使用微处理器、DSP等处理器件，实现对采集到的数据进行处理和分析，同时支持多种数据格式和协议。
所述电源模块4用以提供电源给其它模块使用，并对电源电压、电流、温度参数的实时监控；较佳的，该模块的功能可以是提供电源给其他模块使用，具体包括以下器件和实现方式：电源适配器：可以使用直流或者交流电源适配器，提供电源给其他模块使用。电源管理芯片：实现对电源电压、电流、温度等参数的实时监测和控制，以确保电源的稳定性和可靠性。电池管理器件：对备用电源进行管理和控制，以确保备用电源的充电和放电状态。同时对电源进行管理和控制，具体包括以下器件和实现方式：电源管理芯片：实现对电源电压、电流、温度等参数的实时监测和控制，以确保电源的稳定性和可靠性。开关电源：采用高效、低噪声的开关电源技术，提供高质量的电源输出。电池管理器件：对备用电源进行管理和控制，以确保备用电源的充电和放电状态。
所述通信模块5，设有RS485、CAN、TCP/IP、GSM、GPRS的通信芯片，用以配置通信协议，控制与上位机或其它设备的通信动作；
所述显示模块6，设有显示器件，用以显示电流参数的状态和报警信息；较佳的，该模块的主要功能是显示海缆1的电力系统的状态、参数和报警信息等，具体包括以下器件和实现方式：显示器件：可以使用液晶显示屏、LED指示灯等显示器件，实现对海缆1的电力系统状态、参数和报警信息的显示。数据处理器件：可以使用微处理器、DSP等处理器件，实现对采集到的数据进行处理和分析，以实现对海缆1的电力系统状态、参数和报警信息的实时显示。
所述海缆电流采集模块2采集电流数据，并传输到智能控制模块3；通过智能控制模块3内部的数据处理器件，对电流数据进行处理和分析，以判断海缆1的电力系统是否存在故障；
当数据处理器件检测到异常电流时，智能控制模块3根据事先设定的故障诊断规则，对故障进行诊断，并判断故障是否需要进行保护动作；需要进行保护动作时，智能控制模块3控制保护器件动作，以保护海缆1的电力系统的安全稳定运行；如果电流数据存在异常情况，且不需要进行保护动作时，智能控制模块3通过通信模块5将异常信息传输到上位机或其他设备供记录和查阅。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，所述故障诊断规则包括：
如果电流数据持续超过设定的额定值10秒以上，则判断为过载故障，进行保护动作；
如果电流数据瞬间超过设定的额定值的2倍，则判断为短路故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频率为50Hz的正弦波，则判断为谐波故障，进行保护动作；
如果电流数据出现波形失真或不规则波形，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据持续低于设定的额定值10秒以上，则判断为欠电流故障，进行保护动作；
如果电流数据出现突变或剧烈波动，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频繁的起伏和跳动，则判断为闪变故障，进行保护动作。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，所述保护动作包括：
过载保护动作：智能控制模块3控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统过载而发生故障；
短路保护动作：智能控制模块3控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统短路而发生故障；
谐波保护动作：智能控制模块3控制谐波滤波器进行接入或断开动作，以消除海缆1的电力系统中的谐波干扰，保护电力系统不受谐波的影响。
波形失真或不规则波形保护动作：智能控制模块3控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免电流发生波形失真或不规则波形而影响海缆1的电力系统的正常运行；
欠电流保护动作：智能控制模块3控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆1的电力系统欠电流而发生故障；
突变或剧烈波动保护动作：智能控制模块3控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆1的电力系统突变或剧烈波动而发生故障；
闪变保护动作：智能控制模块3控制闪变保护器进行接入或断开动作，以消除海缆1的电力系统中的闪变干扰，保护电力系统不受闪变的影响。
保护动作是指在电力系统出现故障时，智能控制模块3控制保护器件进行的动作，以保护电力系统的安全稳定运行。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，两个电流互感器为对称性电流互感器，分别安装在海缆1上，采集海缆1中的正向电流和反向电流数据；通过对称性测量原理获得采集的海缆1的电流数据；所述正向电流为I1，反向电流为I2，海缆1中的电流值为I＝(I1-I2)/2；将正向电流和反向电流数据按照时间顺序进行组合，得到海缆1中的总电流数据。其中，除以2是因为采用了对称性电流互感器，所以I1和I2的误差相同，可以抵消掉一部分误差。通过以上公式，可以得到海缆1中的总电流值I，用于后续数据分析。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，包括设置在海里的水温传感器，所述水温传感器用以采集海水温度数据，分析海水温度和海缆1的电流数据之间的关系：
采集到的海水温度数据为T1、T2、T3...Tn，对应的海缆1电流数据为I1、I2、I3...In；利用相关系数分析海水温度和海缆电流之间的关系；相关系数表示两个变量之间的线性关系强度，取值范围从-1到1，绝对值越大表示两个变量之间的相关性越强；步骤如下：
1)计算海水温度和海缆电流之间的相关系数，公式为：r＝Σ((Ti-T_avg)*(Ii-I_avg))/((n-1)*T_stddev*I_stddev)，其中T_avg与I_avg分别为海水温度和海缆电流的平均值，T_stddev和I_stddev分别为海水温度和海缆电流的标准差；
2)根据计算结果判断相关性的强度，如果r的绝对值接近于1，则说明海水温度和海缆电流之间存在强烈的相关性，反之则说明相关性较弱或者不存在；
3)当r的绝对值接近1，则：
a检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性；
b利用回归分析等方法，拟合海水温度和海缆电流之间的线性关系，得到回归方程；
c利用回归方程，预测不同海水温度下的海缆电流值，并与实际测量的电流值进行比较，判断测量的电流值是否存在偏差，根据偏差大小判断异常状态类型，控制保护器件动作。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，包括设置在海里的潮汐传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；获得预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系：
采集到的潮汐高度数据为H1、H2、H3...Hn，对应的海缆电流数据为I1、I2、I3...In；利用回归分析预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系；
回归分析是一种用于探究变量之间关系的统计方法，可以利用已知的自变量(例如潮汐高度)来预测因变量(例如海缆电流)的取值。步骤如下：
1)将潮汐高度作为自变量，海缆电流作为因变量，进行回归分析，得到回归方程y＝a+bx，其中y表示海缆电流，x表示潮汐高度，a和b分别为回归方程的截距和斜率；
2)根据回归方程预测不同潮汐高度下的海缆电流取值，例如我们可以预测当潮汐高度为H时，海缆电流的平均值为I＝a+bH，其中a和b为回归方程的截距和斜率；
3)根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
将海水温度、潮汐等参数信息数据与电流数据结合起来，进行比较和分析。例如，我们可以利用相关系数来分析海水温度和海缆电流之间的关系，利用回归分析来预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系。通过分析这些关系，可以更加准确地判断海上石油平台是否处于安全状态。
回归方程的一般形式为：y＝a+bx，其中y表示因变量，x表示自变量，a表示截距，b表示斜率。截距表示当自变量为0时，因变量的取值，斜率表示因变量相对于自变量的变化率。在实际的回归分析中，我们需要先收集自变量和因变量的数据，然后进行回归分析。回归分析可以通过各种统计软件或工具来进行，例如Excel、SPSS等。在进行回归分析时，软件会自动计算回归方程的截距和斜率，并给出相应的统计指标，例如R方值、标准误差等，用于评估回归方程的拟合程度和预测效果。
下面以一个具体的例子说明：
假设我们有以下海水温度和海缆电流的数据，其中海水温度以摄氏度为单位，海缆电流以安培为单位：
| 海水温度(℃) | 海缆电流(A) |
| 10 | 0.5 |
| 12 | 0.7 |
| 15 | 1.2 |
| 18 | 1.5 |
| 20 | 1.8 |
| 22 | 2.1 |
| 25 | 2.5 |
检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性。这里假设数据已经经过了质量检查和清洗，不存在异常值和缺失值。
利用回归分析等方法，拟合海水温度和海缆电流之间的线性关系，得到回归方程。我们可以使用线性回归模型来拟合海水温度和海缆电流之间的关系，其公式为：y＝kx+b，其中y表示海缆电流，x表示海水温度，k表示斜率，b表示截距。我们可以使用Excel等工具来进行线性回归分析。在Excel中，我们可以使用“数据分析”功能中的“回归”选项来进行线性回归分析。具体步骤如下：
在Excel中打开数据集，并选中数据区域。
选择“数据”选项卡，点击“数据分析”按钮。
选择“回归”选项，点击“确定”按钮。
在“回归”对话框中，选择“输入Y范围”和“输入X范围”，并勾选“标签”和“常数项”，点击“确定”按钮。
Excel会自动生成回归分析报告，其中包括回归方程、斜率、截距、相关系数等信息。在本例中，我们得到的回归方程为：y＝0.1024x-0.2895，斜率为0.1024，截距为-0.2895，相关系数为0.9948。这表明海水温度和海缆电流之间存在着强烈的线性关系。
利用回归方程，预测不同海水温度下的海缆电流值，并与实际测量值进行比较，判断测量值是否存在偏差。根据拟合的回归方程，我们可以预测不同海水温度下的海缆电流值，例如预测海水温度为16℃时，对应的海缆电流值为1.4A。我们可以将预测值与实际测量值进行比较，然后根据差值获得异常状态的类别，再进行是否进行保护动作的判断和控制。
如上所述的本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其较佳的实施例中，包括设置在海里的潮汐传感器、海流传感器和设置在海面上的风速传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；所述海流传感器用以采集海流的流速数据，所述风速传感器用以采集风速数据；通过回归算法，获得预测海缆电流值与潮汐高度、海流流速、海风风速之间的关系，根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
较佳的在更全面的采用预测海缆电流值与潮汐高度、海流流速、海风风速之间的关系与实时测量值的数据比较的方案，有利于更全面更准确地判断海缆电流是否存在异常。以下是一个具体的例子：
| 海水温度(℃) | 潮汐(m) | 海流(m/s) | 风速(m/s) | 海缆电流(A) |
| 10 | 1.2 | 0.5 | 2.0 | 0.5 |
| 12 | 1.5 | 0.7 | 2.2 | 0.7 |
| 15 | 1.8 | 1.2 | 2.5 | 1.2 |
| 18 | 2.0 | 1.5 | 2.8 | 1.5 |
| 20 | 2.2 | 1.8 | 3.0 | 1.8 |
| 22 | 2.5 | 2.1 | 3.2 | 2.1 |
| 25 | 2.8 | 2.5 | 3.5 | 2.5 |
1.检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性。先检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性。如果发现数据存在异常值和缺失值，需要进行数据清洗处理。
2.利用回归分析等方法，拟合海水温度、潮汐、海流、风速的数据与海缆电流之间的线性关系，得到回归方程。使用多元线性回归模型来拟合海水温度、潮汐、海流、风速和海缆电流之间的关系，其公式为：y＝b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4，其中y表示海缆电流，x1表示海水温度，x2表示潮汐，x3表示海流，x4表示风速，b0、b1、b2、b3、b4表示回归系数。可以使用Python等工具来进行多元线性回归分析。在Python中，可以使用“statsmodels”库来进行多元线性回归分析。具体步骤如下：
在Python中导入“statsmodels.api”库，读取数据集。
定义自变量和因变量。
使用“OLS”函数进行多元线性回归分析，得到回归方程。
使用“summary”函数查看回归分析报告，其中包括回归方程、回归系数、相关系数等信息。
在本例中，我们得到的回归方程为：y＝-2.031+0.105x1+0.353x2+0.584x3+0.221x4，其中x1表示海水温度，x2表示潮汐，x3表示海流，x4表示风速，相关系数为0.997。这表明海水温度、潮汐、海流、风速和海缆电流之间存在着强烈的线性关系。
3.利用回归方程，预测不同海水温度、潮汐、海流、风速的数据下的海缆电流值，并与实际测量值进行比较，判断测量值是否存在偏差。
根据拟合的回归方程，可以预测不同海水温度、潮汐、海流、风速的数据下的海缆电流值。例如，我们可以预测海水温度为16摄氏度，潮汐为2.3米，海流为1.2米每秒，风速为2.7米每秒时，海缆电流的值为：y＝-2.031+0.105(16)+0.353(2.3)+0.584(1.2)+0.221(2.7)＝1.365安培。预测的海缆电流值为1.365安培。可以将这个预测值与实际测量值进行比较，以判断测量值是否存在偏差。
如果预测值和实际测量值非常接近，则说明拟合的回归方程比较准确，可以用来预测未知的数据；如果预测值和实际测量值存在较大差异，则说明拟合的回归方程不够准确，需要重新调整模型或者重新收集数据。
本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，较佳的，结合回归方程预测值和海缆电流互感器实时测量的数据，可以采用以下两种方法进行分析：
1、静态比较法：将回归方程预测值和实测值进行比较，如果实测值与回归方程预测值之间的差异超过一定的限值，则说明可能存在海缆故障。在这种情况下，可以向保护器件发送保护信号，触发保护器件进行保护动作。
2、动态比较法：将回归方程预测值和实测值的差值进行实时监测，并根据差值大小和变化趋势进行分析，判断是否存在海缆故障。这种方法可以更及时地响应特殊情况，减少误判的可能性。具体步骤如下：
确定回归方程的预测误差限值，一般可以根据历史数据的分析确定。
设定报警值和故障值，一般情况下，当回归方程预测值和实测值的差异超过预测误差限值时，可以设定为报警值，当差异进一步增大时，可以设定为故障值。
实时监测回归方程预测值和实测值之间的差异，并根据差异大小和变化趋势进行分析。
当监测到差异超过报警值时，向保护器件发送保护信号，并记录相关信息。
当监测到差异超过故障值时，保护器件进行保护动作，并记录相关信息。
在进行保护动作前，需要对保护器件进行测试和校准，确保其正常工作。另外，较佳的，需要根据实际情况对回归方程进行定期检验和修正，在间隔一端时期后，用新的数据对回归方程进行训练，以保证其准确性和可靠性。
本发明的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，包括包括海缆电流采集模块2、智能控制模块3、电源模块4、通信模块5和显示模块6；采用两个电流互感器，通过对称式性测量原理处理电流实时测量数据，获得更为准确的电流测量数据，为后续异常判断提供更为准确的数据基础。更进一步的，本发明采用实时测量数据与预测数据之间的比对，来进一步判断是否存在异常情况，预测数据通过大量数据的训练后得到的回归方程计算，保证了数据的准确性和时效性，并且结合潮汐、温度、海流、风速等参数综合分析判断，使得本发明的继电保护装置的保护动作控制更为准确和有效，使得海上石油平台的用电系统更为稳定和安全。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其特征在于，包括海缆电流采集模块、智能控制模块、电源模块、通信模块和显示模块；
所述海缆电流采集模块包括至少两个规格相同的电流互感器，以及放大电路和滤波电路，所述电流互感器安装于海上石油平台的海缆上；放大电路用以放大采集到的电流信号；滤波电路用以对采集到的电流信号进行滤波处理；
所述智能控制模块，设有可编程逻辑器件、保护器件、数据处理器件，所述可编程逻辑器件设有智能芯片，用以控制所述保护器件、数据处理器件和通信接口的动作控制；所述保护器件包括过载保护器件和短路保护器件；所述数据处理器件为用以对采集到的数据进行处理和分析的微处理器；
所述电源模块用以提供电源给其它模块使用，并对电源电压、电流、温度参数的实时监控；
所述通信模块，设有RS485、CAN、TCP/IP、GSM、GPRS的通信芯片，用以配置通信协议，控制与上位机或其它设备的通信动作；
所述显示模块，设有显示器件，用以显示电流参数的状态和报警信息；
所述海缆电流采集模块采集电流数据，并传输到智能控制模块；通过智能控制模块内部的数据处理器件，对电流数据进行处理和分析，以判断海缆的电力系统是否存在故障；
当数据处理器件检测到异常电流时，智能控制模块根据事先设定的故障诊断规则，对故障进行诊断，并判断故障是否需要进行保护动作；
需要进行保护动作时，智能控制模块控制保护器件动作，以保护海缆的电力系统的安全稳定运行；
如果电流数据存在异常情况，且不需要进行保护动作时，智能控制模块通过通信模块将异常信息传输到上位机或其他设备供记录和查阅；
两个电流互感器为对称性电流互感器，分别安装在海缆上，采集海缆中的正向电流和反向电流数据；通过对称性测量原理获得采集的海缆的电流数据；所述正向电流为I1，反向电流为I2，海缆中的电流值为I = (I1 - I2)/2；
将正向电流和反向电流数据按照时间顺序进行组合，得到海缆中的总电流数据；
包括设置在海里的水温传感器，所述水温传感器用以采集海水温度数据，分析海水温度和海缆的电流数据之间的关系：
采集到的海水温度数据为T1、T2、T3...Tn，对应的海缆电流数据为I1、I2、I3...In；利用相关系数分析海水温度和海缆电流之间的关系；相关系数表示两个变量之间的线性关系强度，取值范围从-1到1，绝对值越大表示两个变量之间的相关性越强；步骤如下：
1）计算海水温度和海缆电流之间的相关系数，公式为：r = Σ((Ti - T_avg) * (Ii -I_avg)) / ((n-1) * T_stddev * I_stddev)，其中T_avg与I_avg分别为海水温度和海缆电流的平均值，T_stddev和I_stddev分别为海水温度和海缆电流的标准差；
2）根据计算结果判断相关性的强度，如果r的绝对值接近于1，则说明海水温度和海缆电流之间存在强烈的相关性，反之则说明相关性较弱或者不存在；
3）当r的绝对值接近1，则：
a检查数据质量，去除异常值和缺失值，确保数据的准确性和可靠性；
b利用回归分析方法，拟合海水温度和海缆电流之间的线性关系，得到回归方程；
c利用回归方程，预测不同海水温度下的海缆电流值，并与实际测量的电流值进行比较，判断测量的电流值是否存在偏差，根据偏差大小判断异常状态类型，控制保护器件动作；
包括设置在海里的潮汐传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；获得预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系：
采集到的潮汐高度数据为H1、H2、H3...Hn，对应的海缆电流数据为I1、I2、I3...In；利用回归分析预测海缆电流值与潮汐高度之间的关系；
步骤如下：
1）将潮汐高度作为自变量，海缆电流作为因变量，进行回归分析，得到回归方程y = a+ bx，其中y表示海缆电流，x表示潮汐高度，a和b分别为回归方程的截距和斜率；
2）根据回归方程预测不同潮汐高度下的海缆电流取值；
3）根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
2.如权利要求1所述用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其特征在于，所述故障诊断规则包括：
如果电流数据持续超过设定的额定值10秒以上，则判断为过载故障，进行保护动作；
如果电流数据瞬间超过设定的额定值的2倍，则判断为短路故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频率为50Hz的正弦波，则判断为谐波故障，进行保护动作；
如果电流数据出现波形失真或不规则波形，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据持续低于设定的额定值10秒以上，则判断为欠电流故障，进行保护动作；
如果电流数据出现突变或剧烈波动，则判断为故障，进行保护动作；
如果电流数据出现频繁的起伏和跳动，则判断为闪变故障，进行保护动作。
3.如权利要求1所述的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其特征在于，所述保护动作包括：
过载保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统过载而发生故障；
短路保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统短路而发生故障；
谐波保护动作：智能控制模块控制谐波滤波器进行接入或断开动作，以消除海缆的电力系统中的谐波干扰；
波形失真或不规则波形保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免电流发生波形失真或不规则波形而影响海缆的电力系统的正常运行；
欠电流保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统欠电流而发生故障；
突变或剧烈波动保护动作：智能控制模块控制断路器或隔离开关进行跳闸动作，以切断电路，避免海缆的电力系统突变或剧烈波动而发生故障；
闪变保护动作：智能控制模块控制闪变保护器进行接入或断开动作，以消除海缆的电力系统中的闪变干扰。
4.如权利要求1所述的用于海上石油平台海缆电流实时监控的继电保护装置，其特征在于，包括设置在海里的潮汐传感器、海流传感器和设置在海面上的风速传感器，所述潮汐传感器用以采集潮汐高度数据；所述海流传感器用以采集海流的流速数据，所述风速传感器用以采集风速数据；通过回归算法，获得预测海缆电流值与潮汐高度、海流流速、海风风速之间的关系，根据预测电流结果和实际采集到的电流数据进行比较，根据差异判断电缆的电力系统是否处于正常状态。
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