基于振动信号的单导叶接力器故障诊断技术的研究

王宜峰 邱业岭 宋庆军 刘纪新 郑义

摘 要：本文針对泰山抽水蓄能电站水轮机22套接力器由于液压油泄漏造成无法同步的故障机理，在振动传感器检测的基础上，对接力器的泄漏故障诊断技术进行了研究，设计了基于振动信号的接力器的泄漏故障诊断系统，并对获取的振动信号进行了希尔伯特黄变换等信号特征提取，得出泄漏接力器的内禀模态函数的频率特性能揭示接力器的泄漏故障，从而解决了接力器泄漏在线故障诊断的问题。

关键词：单导叶接力器;故障诊断;泄漏检测;希尔伯特黄;振动信号

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

1 概述

泰山抽水蓄能电站装设4套单机容量为250MW的单级立轴混流可逆式水泵水轮机和发电电动机组，单导叶控制系统由22套各自独立的控制机构组成。电站以二回220kV出线接入山东省电网，供电范围为山东电网，担负着调峰、填谷作用，并兼有调频调相和紧急事故备用等各种功能。自2006年首台机组投产以来，电站为山东电网的安全、稳定运行做出了应有的、突出的贡献，在电网中起着极其重要的作用。

机组运行过程中，由于接力器液压油泄漏，容易造成水轮机组22个接力器无法同步工作，导致发电机组故障停机。接力器在泄漏打压密封试验时，检验人员发现，存在泄漏故障的接力器在打压行程中存在一定的振动特性，当泄漏量越大时，振动信号的内在特征就越明显。因此，利用对接力器在打压过程的振动信号进行特征分析，可以揭露出信号和泄漏故障的特征信息。

2信号采集

在对接力器打压控制中，考虑到系统采集信号的实时性要求高，为了保证采集的振动信号可靠性，采用PLC对加压液压站进行控制，采用PCI数据采集卡的处理方式实现信号的实时采集与处理，通过一定采样频率实现对打压过程接力器振动信号的动态实时检测，信号采集的原理图如图1所示。

对每一类信号的采样频率为8000Hz，每一帧的大小为100点，共取50帧，采样点数5000。图2为采集到的泄漏故障的传感器振动参数曲线。

3 振动信号希尔伯特-黄变换

获取的振动信号经过预处理，需要获取信号的频谱特性，以期获得深层次的故障信息。在故障诊断中，希尔伯特黄变换通过对信号的经验模态分解（EMD），计算其内并模态函数（IMF）的分量，获取其每个分量能量熵，进而实现故障特征的识别。对振动信号分析，希尔伯特-黄变换是非常有效的故障诊断算法，因此本论文采用希尔伯特-黄变换实现故障样本的诊断。

对接力器振动信号的希尔伯特-黄变换就是对振动信号参数曲线的经验模态分离，EMD的分解过程，其实就是一个筛分过程，可以把EMD方法看成是一组高通滤波器，它从时间的角度出发，把信号中特征时间尺度最小的模态分离出来，然后把较大的模态函数的时间尺度分离，最后分离最大的分量，重复循环n次，得到信号的n个满足IFM条件的分量，计算每次分解的IMF能量熵，分析其频率谱特性，获取其故障特征信息。经过上述分离计算，我们发现，泄漏故障接力器的第4次IFM能量熵的频率谱特性谱值异常，表明该信号为故障信号，接力器发生泄漏。其频率谱特性如图3所示。

4 结束语

论文针对泰山抽水蓄能电站水轮机22套接力器的泄漏故障机理，采用振动传感器进行了故障样本的信号采集，对获取的振动信号进行了希尔伯特黄变换等信号特征提取，发现第4次IFM能量熵的频率谱特性谱值异常，揭示了接力器发生泄漏的振动信号频率谱特性，实现了接力器的故障诊断，从而解决了接力器泄漏在线故障诊断的问题。

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作者简介：王宜峰（1991-），男，山东济宁人，本科，从事水电站机组运维，水轮机检修，调速器系统运维检修及其技术管理工作。