基于振動(dòng)信號(hào)的單導(dǎo)葉接力器故障診斷技術(shù)的研究

王宜峰 邱業(yè)嶺 宋慶軍 劉紀(jì)新 鄭義

摘 要：本文針對泰山抽水蓄能電站水輪機(jī)22套接力器由于液壓油泄漏造成無法同步的故障機(jī)理，在振動(dòng)傳感器檢測的基礎(chǔ)上，對接力器的泄漏故障診斷技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了基于振動(dòng)信號(hào)的接力器的泄漏故障診斷系統(tǒng)，并對獲取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了希爾伯特黃變換等信號(hào)特征提取，得出泄漏接力器的內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)的頻率特性能揭示接力器的泄漏故障，從而解決了接力器泄漏在線故障診斷的問題。

關(guān)鍵詞：單導(dǎo)葉接力器;故障診斷;泄漏檢測;希爾伯特黃;振動(dòng)信號(hào)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.197

1 概述

泰山抽水蓄能電站裝設(shè)4套單機(jī)容量為250MW的單級立軸混流可逆式水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，單導(dǎo)葉控制系統(tǒng)由22套各自獨(dú)立的控制機(jī)構(gòu)組成。電站以二回220kV出線接入山東省電網(wǎng)，供電范圍為山東電網(wǎng)，擔(dān)負(fù)著調(diào)峰、填谷作用，并兼有調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等各種功能。自2006年首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)以來，電站為山東電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行做出了應(yīng)有的、突出的貢獻(xiàn)，在電網(wǎng)中起著極其重要的作用。

機(jī)組運(yùn)行過程中，由于接力器液壓油泄漏，容易造成水輪機(jī)組22個(gè)接力器無法同步工作，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)。接力器在泄漏打壓密封試驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，存在泄漏故障的接力器在打壓行程中存在一定的振動(dòng)特性，當(dāng)泄漏量越大時(shí)，振動(dòng)信號(hào)的內(nèi)在特征就越明顯。因此，利用對接力器在打壓過程的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征分析，可以揭露出信號(hào)和泄漏故障的特征信息。

2信號(hào)采集

在對接力器打壓控制中，考慮到系統(tǒng)采集信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求高，為了保證采集的振動(dòng)信號(hào)可靠性，采用PLC對加壓液壓站進(jìn)行控制，采用PCI數(shù)據(jù)采集卡的處理方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與處理，通過一定采樣頻率實(shí)現(xiàn)對打壓過程接力器振動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測，信號(hào)采集的原理圖如圖1所示。

對每一類信號(hào)的采樣頻率為8000Hz，每一幀的大小為100點(diǎn)，共取50幀，采樣點(diǎn)數(shù)5000。圖2為采集到的泄漏故障的傳感器振動(dòng)參數(shù)曲線。

3 振動(dòng)信號(hào)希爾伯特-黃變換

獲取的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理，需要獲取信號(hào)的頻譜特性，以期獲得深層次的故障信息。在故障診斷中，希爾伯特黃變換通過對信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD），計(jì)算其內(nèi)并模態(tài)函數(shù)（IMF）的分量，獲取其每個(gè)分量能量熵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障特征的識(shí)別。對振動(dòng)信號(hào)分析，希爾伯特-黃變換是非常有效的故障診斷算法，因此本論文采用希爾伯特-黃變換實(shí)現(xiàn)故障樣本的診斷。

對接力器振動(dòng)信號(hào)的希爾伯特-黃變換就是對振動(dòng)信號(hào)參數(shù)曲線的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分離，EMD的分解過程，其實(shí)就是一個(gè)篩分過程，可以把EMD方法看成是一組高通濾波器，它從時(shí)間的角度出發(fā)，把信號(hào)中特征時(shí)間尺度最小的模態(tài)分離出來，然后把較大的模態(tài)函數(shù)的時(shí)間尺度分離，最后分離最大的分量，重復(fù)循環(huán)n次，得到信號(hào)的n個(gè)滿足IFM條件的分量，計(jì)算每次分解的IMF能量熵，分析其頻率譜特性，獲取其故障特征信息。經(jīng)過上述分離計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)，泄漏故障接力器的第4次IFM能量熵的頻率譜特性譜值異常，表明該信號(hào)為故障信號(hào)，接力器發(fā)生泄漏。其頻率譜特性如圖3所示。

4 結(jié)束語

論文針對泰山抽水蓄能電站水輪機(jī)22套接力器的泄漏故障機(jī)理，采用振動(dòng)傳感器進(jìn)行了故障樣本的信號(hào)采集，對獲取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了希爾伯特黃變換等信號(hào)特征提取，發(fā)現(xiàn)第4次IFM能量熵的頻率譜特性譜值異常，揭示了接力器發(fā)生泄漏的振動(dòng)信號(hào)頻率譜特性，實(shí)現(xiàn)了接力器的故障診斷，從而解決了接力器泄漏在線故障診斷的問題。

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作者簡介：王宜峰（1991-），男，山東濟(jì)寧人，本科，從事水電站機(jī)組運(yùn)維，水輪機(jī)檢修，調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)維檢修及其技術(shù)管理工作。