一種FPSO液壓潛液泵系統健康評估方法與流程

本發明涉及一種fpso液泵系統評估方法，屬于fpso液泵系統評估領域，尤其涉及一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法。

背景技術：

1、fpso是海上浮式存儲生產裝置，用于將油田各個油井生產的原油進行集中處理，將處理后的原油儲存在原油艙，并通過液壓潛液泵將原油艙的原油輸送至提油輪，再運輸至岸上碼頭。因此，對整個fpso液壓潛液泵系統而言，針對該設備進行健康狀態評估具有十分重要的意義。

2、申請號為202110914545.3，申請日是2021年08月10日的中國專利公開了一種fpso智能裝載監控系統，其特征在于，包括智能監測系統、智能裝載決策系統和自主操控系統，本發明可實現在統一平臺上對fpso運營過程中的液貨狀態進行實時動態監測，并利用平臺數據實現系統對多個不同監測設備數據的可視操作，保證fpso在裝卸全過程符合浮態、穩性、強度等各項安全指標要求，雖然該設計能實現對于fpso的健康監測，但仍具有以下缺陷：

3、該設計對各項監測數據進行數值判斷，但在fpso液壓潛液泵系統運行過程中，在不同的工況條件下，各項監測數據的重要性是不同的，該設計不能對重要的監測數據進行重點判斷，故該設計對于不同工況下的系統健康狀態評估不準確。

4、公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本技術的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現思路

1、本發明的目的是克服現有技術中存在的對不能對監測數據的重要性進行判斷的缺陷與問題，提供一種能對監測數據的重要性進行判斷的fpso液壓潛液泵系統健康評估方法。

2、為實現以上目的，本發明的技術解決方案是：

3、一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法，所述方法包括以下步驟：

4、第一步：先在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統、液壓系統、電氣系統中選擇監測點，再對每一個監測點的自變量數據a、因變量數據b進行采集，以獲得多組自變量數據a、因變量數據b，然后將多組自變量數據a、因變量數據b傳輸至服務器；

5、第二步：先由服務器對fpso液壓潛液泵系統的實際工況進行判斷以確定當前工況，再由服務器根據當前工況對上述多組自變量數據a、因變量數據b進行挑選，以得到與當前工況匹配的自變量數據a1、因變量數據b1，然后由服務器設定自變量數據a1的加權向量的初始值，再由服務器將該初始值與對應的自變量數據a1相乘以得到自變量加權向量；

6、第三步：先由服務器將前述自變量加權向量與對應的自變量數據a1相乘，以得到含有最大有效信息的得分向量，然后由服務器對得分向量進行標準化處理以得到標準得分向量；

7、第四步：先由服務器將前述的所有標準得分向量合并為得分矩陣，再由服務器將前述得分矩陣與對應的加權向量相乘，以得到當前工況下的自變量數據a1綜合后的fpso液壓潛液泵系統級的系統級加權向量；

8、第五步：先由服務器將前述系統級加權向量與對應的得分矩陣相乘，以得到反映fpso液壓潛液泵系統級最大有效信息的系統級得分向量；

9、第六步：先由服務器將系統級得分向量與對應的因變量數據b1相乘以得到自變量數據a1、因變量數據b1綜合后的反映fpso液壓潛液泵系統級的負載向量，再由服務器將負載向量與對應的因變量數據b1相乘得到迭代向量，然后由服務器使用迭代向量對加權向量進行更新，以使對應的加權向量的初始值準確；

10、第七步：先進行第一步至第五步，再由服務器將系統級得分向量、系統級得分向量的轉置向量、對應的自變量數據a1三者相乘以得到建模值，然后由服務器使用對應的自變量數據a1減去建模值，以得到自變量數據a1的殘差，用于反映自變量數據a1與建模值的差異，即建模對自變量數據a1的擬合程度；

11、第八步：先由服務器將采集得到的自變量數據a進行挑選，以得到與當前工況匹配的自變量數據a1，再由服務器將自變量數據a1帶入第三步中，以得到標準得分變量；然后由服務器將新的得分變量帶入第四步中，以得到系統級加權向量，然后由服務器將新的系統級加權向量帶入第七步中，以得到自變量數據a1的殘差；

12、第九步：先由服務器使用自變量數據a1的殘差減去建模值的殘差，然后將得到的結果進行平方，以得到平方誤差；再由服務器將檢驗水平設置為指定數值，然后選擇各個工況下的數據特征評估權重值，再由服務器求取控制上限值，控制上限值為：先將數據特征評估權重值乘以平方誤差的均值，再將得到的結果除以平方誤差的方差的兩倍；

13、第十步：先由服務器根據控制上限值、平方誤差進行判斷，包括以下三種情況：

14、第一種：在一定時間內，平方誤差大于控制上限值的次數為零，則fpso液壓潛液泵系統為健康狀態；

15、第二種：在一定時間內，平方誤差大于控制上限值的次數大于零且小于指定次數，則fpso液壓潛液泵系統為亞健康狀態，需要關注，待具備停機條件時再對fpso液壓潛液泵系統進行維修保養；

16、第三種：在一定時間內，平方誤差大于控制上限值的次數大于指定次數，或平方誤差大于控制上限值的累計時間大于指定時間，則fpso液壓潛液泵系統為故障狀態，需要維修。

17、所述第六步中，所述由服務器使用迭代向量對加權向量進行更新為由服務器循環多次第一步至第六步以對加權向量進行多次更新。

18、所述第一步中，所述在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統、液壓系統、電氣系統中選擇監測點為在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統中選擇主泵殼體溫度、主泵振動、主泵磨損、潛液泵控制壓力、潛液泵出口壓力、潛液泵出口閥開度、潛液泵貨艙溫度、潛液泵出口流量為監測點，在液壓系統中選擇液壓系統壓力、液壓系統回油壓力、液壓系統油溫、液壓系統油液清潔度、液壓系統油液含水量為監測點，在電氣系統中選擇電機前軸承溫度、電機后軸承溫度、電機繞組溫度、電機電流、電機軸承振動為監測點。

19、所述第一步中，所述對監測點的自變量數據a、因變量數據b進行采集為通過一定采樣頻率的采集卡對監測點的自變量數據a、因變量數據b進行采集；

20、所述第一步中，所述將多組自變量數據a、因變量數據b傳輸至服務器為將多組自變量數據、因變量數據打包后以opc?ua通信方式傳輸至服務器。

21、所述第二步中，所述由服務器根據當前工況對上述多組自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓系統運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或由服務器根據液壓潛液泵系統工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或由服務器根據液壓主泵電機運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或由服務器根據液壓潛液泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或由服務器根據液壓主泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選的其中一種或組合。

22、所述第二步中，所述由服務器根據液壓系統運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓系統運行工況數據對多個主泵運行狀態、液壓系統壓力、液壓系統回油壓力、液壓系統加載運行時間挑選為自變量數據a1，對液壓系統油溫、油液清潔度、油液含水量挑選為因變量數據b1。

23、所述第二步中，所述由服務器根據液壓潛液泵系統工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓潛液泵系統工況數據對潛液泵控制壓力、潛液泵貨艙液位、潛液泵系統壓力、潛液泵出口壓力挑選為自變量數據a1，對液壓系統總流量、潛液泵出口流量挑選為因變量數據b1。

24、所述第二步中，所述由服務器根據液壓主泵電機運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓主泵電機運行工況數據對電機負載電流、電機前軸承振動速度、電機后軸承振動速度挑選為自變量數據a1，對多個電機繞組溫度、電機前軸承溫度、電機后軸承溫度挑選為因變量數據b1。

25、所述第二步中，所述由服務器根據液壓潛液泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓潛液泵運行工況數據對潛液泵設定壓力、潛液泵貨艙液位、潛液泵貨艙溫度、主泵電機運行數量、潛液泵系統壓力挑選為自變量數據a1，對潛液泵控制壓力、潛液泵出口壓力、潛液泵出口流量挑選為因變量數據b1。

26、所述第二步中，所述由服務器根據液壓主泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為由服務器根據液壓主泵運行工況數據對主泵流量、液壓主泵系統壓力挑選為自變量數據a1，對主泵電機電流、主泵磨損監測挑選為因變量數據b1。

27、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

28、1、本發明一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法中，所述方法包括以下步驟：第一步：先在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統、液壓系統、電氣系統中選擇監測點，再采集監測點的多組自變量數據a、因變量數據b，然后傳輸至服務器；第二步：先由服務器根據fpso液壓潛液泵系統的當前工況對自變量數據a、因變量數據b進行挑選以得到匹配當前工況的自變量數據a1、因變量數據b1，再設定加權向量的初始值，然后將初始值與自變量數據a1相乘得到自變量加權向量；第三步：先由服務器將自變量加權向量與自變量數據相乘，得到包含最大有用信息的得分向量；第四步：先由服務器將所有的得分向量合并為得分矩陣，再由服務器將得分矩陣與加權向量相乘，以得到所有工況下的自變量數據綜合后的系統級加權向量；第五步：再由服務器將系統級加權向量與得分矩陣相乘，以得到反映fpso液壓潛液泵系統的系統級得分向量；第六步：再由服務器將系統級得分向量與所有的因變量數據的矩陣相乘，以得到自變量數據、因變量數據綜合后的反映fpso液壓潛液泵系統級的負載向量，再由服務器將負載向量與因變量數據b1相乘以得到迭代向量，以對加權向量進行更新；第七步：先由服務器將系統級得分向量、系統級得分向量的轉置向量、自變量數據三者相乘以得到建模值，然后使用自變量數據a1減去建模值以得到自變量數據a1的殘差，即反映建模對自變量數據的擬合程度；第九步：先由服務器將新采集的自變量數據a帶入第三步至第五步中，然后得到新的系統級得分向量，再由服務器將系統級得分向量帶入第八步中，以得到自變量數據a1的殘差；第十步：先由服務器使自變量數據a1的殘差減去第八步中建模值的殘差，平方后得到平方誤差，再設定檢驗水平、數據特征評估權重、控制上限值；第十一步：先由服務器根據平方誤差、控制上限值進行判斷，包括以下三種情況：第一種：在一天內，平方誤差大于控制上限值的次數為零，則fpso液壓潛液泵系統為健康狀態；第二種：在一天內，平方誤差大于控制上限值的次數大于零且小于指定次數，則fpso液壓潛液泵系統為亞健康狀態；第三種，在一天內，平方誤差大于控制上限值的次數大于指定次數，或平方誤差大于控制上限值的累計時間大于指定時間，則fpso液壓潛液泵系統為故障狀態，本發明的優點還包括：

29、第一點：每個工況的特點、特性均不相同，比如潛液泵系統工況數據有液壓系統壓力、潛液泵控制壓力、出口壓力、貨艙液位，但重要數據為潛液泵控制壓力和出口壓力，液壓系統壓力和貨艙液位為次重要數據；而在液壓系統運行工況數據中有主泵運行狀態、液壓系統壓力、系統回油壓力和系統加載運行時間等數據，但工況中重要數據為液壓系統壓力和系統回油壓力，其它為次重要數據；故采用加權向量對不同的自變量數據a1進行重要性調整，重點判斷較為重要的自變量數據a1，本發明能對監測數據的重要性進行判斷，以使不同工況或不同組合工況下的系統健康狀態評估準確；

30、第二點：根據工況對多組自變量數據a、因變量數據b都進行挑選，即選擇了與當前工況相關的自變量數據a1、因變量數據b1，故減少了不必要的數據的參與，提高了運行效率；

31、第三點：第一步至第八步中，基于工況特性進行虛擬仿真建模，以獲得設備在各工況下正常運行的數據，再根據正常運行數據判斷實際運行數據是否健康；使用建模可以獲得較多的正常運行數據，而無需根據經驗對實際運行數據進行判斷，故提升判斷的準確性；

32、第四點：在第六步中，負載向量攜帶fpso液壓潛液泵系統的最大信息量，故根據負載向量能得到較為準確的迭代向量，再使用迭代向量對加權向量進行更新，以使加權向量更加準確，提升了建模時的準確性；

33、因此，本發明對不同工況下的系統健康狀態評估準確，且運行效率高。

34、2、本發明一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法中，所述第六步中，所述由服務器使用迭代向量對加權向量進行更新為由服務器循環多次第一步至第六步以對加權向量進行多次更新，應用時，對加權向量進行多次更新，以使加權向量逐漸更加準確，故逐漸提升建模的準確性。因此，本發明的準確性較高。

35、3、本發明一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法中，所述第一步中，所述在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統、液壓系統、電氣系統中確定多個監測點為在fpso液壓潛液泵系統中的潛液泵系統中確定主泵殼體溫度、主泵振動、主泵磨損、潛液泵控制壓力、潛液泵出口壓力、潛液泵出口閥開度、潛液泵貨艙溫度、潛液泵出口流量為監測點，在液壓系統中確定液壓系統壓力、液壓系統回油壓力、液壓系統油溫、液壓系統油液清潔度、液壓系統油液含水量為監測點，在電氣系統中確定電機前軸承溫度、電機后軸承溫度、電機繞組溫度、電機電流、電機軸承振動為監測點，應用時，對于嚴酷級別較高的故障進行分析，得到前述監測點，再通過監測點的實際運行數據即可針對嚴酷級別較高的故障進行判斷。因此，本發明的針對性強。

36、4、本發明一種fpso液壓潛液泵系統健康評估方法中，所述第二步中，所述根據當前工況對自變量數據a、因變量數據b進行挑選為根據液壓系統運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或根據液壓潛液泵系統工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或根據液壓主泵電機運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或根據液壓潛液泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，或根據液壓主泵運行工況數據對自變量數據a、因變量數據b進行挑選，應用時，通過挑選，減少了自變量數據a1、因變量數據b1的數量，且能攜帶各種工況下系統故障的最大信息，故減輕了服務器的計算負擔，加快了判斷速度。因此，本發明的判斷速度較快。