[發(fā)明專(zhuān)利]一種水輪發(fā)電機(jī)組的故障特征提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611074976.9
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106772032B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈嶸;馬富齊;武樺;黨建;趙佳佳;謝永濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/34
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/34
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

本發(fā)明公開(kāi)了一種水輪發(fā)電機(jī)組的故障特征提取方法，該方法基于二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和全矢譜分析，綜合考慮經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)情況，解決了傳統(tǒng)方法難以獲取全面、準(zhǔn)確的提取結(jié)果的問(wèn)題。本發(fā)明方法能全面、準(zhǔn)確地從水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)測(cè)的復(fù)雜振動(dòng)信號(hào)中檢測(cè)出故障早期信號(hào)的特征頻率。且診斷結(jié)果的可靠性較高，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)對(duì)此故障進(jìn)行處理，避免事故的發(fā)生，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水輪發(fā)電機(jī)組的故障特征提取方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)水力行業(yè)的發(fā)展，水輪機(jī)組逐漸向著單機(jī)容量大、工況復(fù)雜的方向發(fā)展，其運(yùn)行過(guò)程中故障的產(chǎn)生和發(fā)展包含大量的不確定性因素，且水輪機(jī)的振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)為非線(xiàn)性、非平穩(wěn)性的特點(diǎn)。水輪機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)能夠反映水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，因此分析和研究水輪機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)意義重大。

但是由于水電機(jī)組故障的復(fù)雜性、多樣性、耦聯(lián)性和不確定性，一種故障可能存在多方面特征和征兆，多種故障因素之間相互影響和制約，致使機(jī)組故障振動(dòng)信號(hào)內(nèi)蘊(yùn)含著相互混疊的故障特征信息，因此采用單一通道進(jìn)行信號(hào)分析和特征提取往往達(dá)不到滿(mǎn)意的效果，這是必須解決的問(wèn)題。

在進(jìn)行水輪機(jī)的故障診斷過(guò)程中，一般采用時(shí)頻分析方法，如短時(shí)傅里葉變換、Wigner-Ville分布、小波變換和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等方法。FFT、 Wigner-Ville分布方法都是比較適用于線(xiàn)性信號(hào)，對(duì)處理這種非平穩(wěn)信號(hào)而言就顯得非常困難，不太適合處理水輪機(jī)組這種非線(xiàn)性信號(hào)。近幾年，小波分析的提出以后，便得到廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，但它也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如小波基選擇困難，參數(shù)敏感和平穩(wěn)性假設(shè)等，對(duì)非線(xiàn)性信號(hào)的處理結(jié)果不是十分理想。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解是一種新的時(shí)頻分析方法，由于它可以根據(jù)設(shè)定的尺度不同而進(jìn)行自適應(yīng)的分解，因而具有非常強(qiáng)的自適應(yīng)性，特別適合對(duì)水輪機(jī)組這種非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析和特征提取。但是經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解只能處理一維信號(hào)，且存在端點(diǎn)效應(yīng)、模態(tài)混疊等問(wèn)題，因而提取效果往往不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水輪發(fā)電機(jī)組的故障特征提取方法，該方法基于二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和全矢譜分析，綜合考慮經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)情況，解決了傳統(tǒng)方法難以獲取全面、準(zhǔn)確的提取結(jié)果的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種水輪發(fā)電機(jī)組的故障特征提取方法，包括以下步驟：

步驟1：利用水輪發(fā)電機(jī)組安裝的振動(dòng)傳感器獲得水平和垂直的原始信號(hào) x(t)，y(t)，從而得到一個(gè)復(fù)信號(hào)z(t)＝x(t)+iy(t)；

步驟2：確定投影方向

步驟3：將復(fù)信號(hào)z(t)投影到上，得到

步驟4：提取的局部最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻然后對(duì)集合進(jìn)行插值，得到在方向上的極大值包絡(luò)；

步驟5：計(jì)算各個(gè)方向上極大值包絡(luò)線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的質(zhì)心m(t)；

步驟6：計(jì)算S(t)＝z(t)-m(t)，并判斷S(t)是否滿(mǎn)足IMF的條件，如果滿(mǎn)足，則令S_i(t)＝S(t)，轉(zhuǎn)入步驟7；若不滿(mǎn)足，則令z(t)＝S(t)，然后重復(fù)步驟3-6，直至滿(mǎn)足條件；

步驟7：從信號(hào)中分離出第i個(gè)IMF分量；

m_i(t)＝z(t)-S_i(t)

判斷m_i(t)是否為單調(diào)函數(shù)，如果是，則循環(huán)結(jié)束，得到n個(gè)滿(mǎn)足條件的IMF分量；如果不是，則令z(t)＝m_i(t)，轉(zhuǎn)到步驟3；