基于振動信號的單導葉接力器故障診斷技術的研究

王宜峰 邱業嶺 宋慶軍 劉紀新 鄭義

摘 要：本文針對泰山抽水蓄能電站水輪機22套接力器由于液壓油泄漏造成無法同步的故障機理，在振動傳感器檢測的基礎上，對接力器的泄漏故障診斷技術進行了研究，設計了基于振動信號的接力器的泄漏故障診斷系統，并對獲取的振動信號進行了希爾伯特黃變換等信號特征提取，得出泄漏接力器的內稟模態函數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。

關鍵詞：單導葉接力器;故障診斷;泄漏檢測;希爾伯特黃;振動信號

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

1 概述

泰山抽水蓄能電站裝設4套單機容量為250MW的單級立軸混流可逆式水泵水輪機和發電電動機組，單導葉控制系統由22套各自獨立的控制機構組成。電站以二回220kV出線接入山東省電網，供電范圍為山東電網，擔負著調峰、填谷作用，并兼有調頻調相和緊急事故備用等各種功能。自2006年首臺機組投產以來，電站為山東電網的安全、穩定運行做出了應有的、突出的貢獻，在電網中起著極其重要的作用。

機組運行過程中，由于接力器液壓油泄漏，容易造成水輪機組22個接力器無法同步工作，導致發電機組故障停機。接力器在泄漏打壓密封試驗時，檢驗人員發現，存在泄漏故障的接力器在打壓行程中存在一定的振動特性，當泄漏量越大時，振動信號的內在特征就越明顯。因此，利用對接力器在打壓過程的振動信號進行特征分析，可以揭露出信號和泄漏故障的特征信息。

2信號采集

在對接力器打壓控制中，考慮到系統采集信號的實時性要求高，為了保證采集的振動信號可靠性，采用PLC對加壓液壓站進行控制，采用PCI數據采集卡的處理方式實現信號的實時采集與處理，通過一定采樣頻率實現對打壓過程接力器振動信號的動態實時檢測，信號采集的原理圖如圖1所示。

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

3 振動信號希爾伯特-黃變換

獲取的振動信號經過預處理，需要獲取信號的頻譜特性，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的經驗模態分解（EMD），計算其內并模態函數（IMF）的分量，獲取其每個分量能量熵，進而實現故障特征的識別。對振動信號分析，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-黃變換實現故障樣本的診斷。

對接力器振動信號的希爾伯特-黃變換就是對振動信號參數曲線的經驗模態分離，EMD的分解過程，其實就是一個篩分過程，可以把EMD方法看成是一組高通濾波器，它從時間的角度出發，把信號中特征時間尺度最小的模態分離出來，然后把較大的模態函數的時間尺度分離，最后分離最大的分量，重復循環n次，得到信號的n個滿足IFM條件的分量，計算每次分解的IMF能量熵，分析其頻率譜特性，獲取其故障特征信息。經過上述分離計算，我們發現，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，表明該信號為故障信號，接力器發生泄漏。其頻率譜特性如圖3所示。

4 結束語

論文針對泰山抽水蓄能電站水輪機22套接力器的泄漏故障機理，采用振動傳感器進行了故障樣本的信號采集，對獲取的振動信號進行了希爾伯特黃變換等信號特征提取，發現第4次IFM能量熵的頻率譜特性譜值異常，揭示了接力器發生泄漏的振動信號頻率譜特性，實現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，山東濟寧人，本科，從事水電站機組運維，水輪機檢修，調速器系統運維檢修及其技術管理工作。