【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水轮发电机组，具体涉及基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法及系统。
技术介绍
1、水轮发电机组的振幅监测是确保水电站安全稳定运行的关键技术之一，具体是通过对水轮发电机组的振幅情况进行实时监测和分析，以及时发现潜在的故障或异常情况，从而采取有效的预防措施，减少非计划停机时间，延长设备寿命，保证电力生产的连续性和可靠性。水轮发电机组的振幅主要由机械不平衡、轴承磨损、叶片空蚀等因素引起，这些因素不仅会导致机组效率下降，还可能引发更严重的设备损坏。因此，振幅监测技术对于预测性维护至关重要，它能够帮助运维人员在早期阶段识别出这些问题，从而避免更大的经济损失和安全风险。
2、目前，传统的水轮发电机通常配备有实时振幅监测系统，包括传感器、数据采集单元以及数据分析软件，振幅监测系统能够持续收集振幅数据并进行初步分析，进而获得监测结果；然而，传统的振幅监测系统在监测过程中会出现振幅幅值跳变和测量失稳的现象，导致最终输出的信息并非是可靠的，尤其是水轮发电机顶盖部位在受到尾水涡带低频振动(100r/min的机组约为0.5hz左右)的冲击时，易导致传感器输出的振动幅值出现跳变和测量失稳现象，造成在线振动监测系统给出的机组故障信息不可信。为此，我们提出一种水轮机组振幅监测方法。
技术实现思路
1、为了提升水轮发电机振幅监测的精度，解决水轮发电机顶盖部位低频振动冲击导致传统振动传感器测量失稳的问题，实现对水轮发电机顶盖振幅的稳定测量，本专利技术提供一种基于低频振动传感器的水轮机组
2、本专利技术第一方面的技术方案提供了基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，所述方法包括：
3、利用三轴加速度传感器获取水轮机组顶盖不同感应方向的振动信号；
4、基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征；
5、基于自适应补偿算法对目标频率特征进行低频补偿，提取低频段特征信号；
6、基于辛普森规则对补偿后的信号进行数字积分，提取振幅监测结果；
7、构建水轮机组顶盖模型，对振幅监测结果进行实时分析，输出故障结果。
8、进一步地，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，包括：
9、根据水轮机组顶盖的不同感应方向的振动特性，提取目标频率范围；
10、基于目标频率范围初始化二阶滤波器系数及系统函数；
11、利用二阶系统级联对不同感应方向的振动信号进行数字滤波，提取滤波后的加速度向量；
12、基于加速度向量计算不同感应方向上的功率谱密度，提取不同感应方向的能量分布。
13、进一步地，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，还包括：
14、利用递归最小二乘算法动态调整不同感应方向上滤波器二阶节的滤波系数。
15、进一步地，基于自适应补偿算法对目标频率特征进行低频补偿，提取低频段特征信号，包括：
16、根据预设低频补偿频率阈值，采用数字串联校正方法对不同感应方向的能量分布进行低频补偿，提取低频段特征信号。
17、进一步地，低频补偿传递函数的表达式为：
18、
19、式中，c(z)表示低频补偿传递函数；ξ0表示低频补偿前二阶系统的阻尼比；ω0表示低频补偿前二阶系统的自然频率；ξ1表示低频补偿后二阶系统的阻尼比；ω1表示低频补偿后二阶系统的自然频率；z表示二阶系统的频率响应特性；t表示采样周期。
20、进一步地，基于辛普森规则对补偿后的信号进行数字积分，提取振幅监测结果，包括：
21、对补偿后的信号进行区间划分，每个区间内包括三个相邻采样点；
22、对每个子区间应用辛普森规则计算该区间的积分值，并累加所有子区间的积分结果，得到总积分值；
23、通过逐点积分分别提取速度信号和位置信号。
24、进一步地，辛普森规则的表达式为：
25、
26、式中，a表示积分起点；b表示积分终点；[a,b]表示积分区间；h表示每个区间的宽度，f(x)表示被积函数；f0、f1、f2分别表示被积函数在三个相邻采样点处的值。
27、进一步地，构建水轮机组顶盖模型，对振幅监测结果进行实时分析，输出故障结果，包括：
28、根据水轮机组顶盖相关参数构建多自由度振动模型；
29、获取水轮机组顶盖不同感应方向的基准正常运行基准数据，根据速度信号和位移信号输出故障结果。
30、进一步地，多自由度振动模型的表达式为：
31、
32、式中，m表示质量矩阵；c表示阻尼矩阵；k表示刚度矩阵；x表示位移向量；表示速度向量；表示加速度向量；f(t)表示外力向量，包括外部激励和内部不平衡力。
33、本专利技术第二方面的技术方案提供了基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测系统，所述系统包括：
34、数据采集模块，配置为利用三轴加速度传感器获取水轮机组顶盖不同感应方向的振动信号；
35、数字滤波模块，配置为基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征；
36、低频补偿模块，配置为基于自适应补偿算法对目标频率特征进行低频补偿，提取低频段特征信号；
37、数字积分模块，配置为基于辛普森规则对补偿后的信号进行数字积分，提取振幅监测结果；
38、故障检测模块，配置为构建水轮机组顶盖模型，对振幅监测结果进行实时分析，输出故障结果。
39、本专利技术具有如下有益效果：
40、本专利技术提供的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法及系统，通过三轴加速度传感器在复杂运行工况下有效监测水轮机组顶盖不同感应方向的低频振动，解决了传统磁电式速度型传感器在低频段易受冲击导致的测量失稳问题；通过嵌入数字滤波和低频补偿算法，能够精确提取目标频率特征并进行有效的低频补偿，确保了信号的稳定性和准确性。此外，辛普森规则的数字积分技术灵活地实现了从加速度到速度再到位移的转换，进一步增强了数据处理的灵活性和精度，提高了振幅监测过程中的抗干扰能力，提升了水轮机组顶盖振动监测的可靠性和故障诊断的准确性。
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1.基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，包括：
3.如权利要求2所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，还包括：
4.如权利要求1所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于自适应补偿算法对目标频率特征进行低频补偿，提取低频段特征信号，包括：
5.如权利要求4所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，低频补偿传递函数的表达式为：
6.如权利要求1至5任一项所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于辛普森规则对补偿后的信号进行数字积分，提取振幅监测结果，包括：
7.如权利要求6所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，辛普森规则的表达式为：
8.如权利要求6
9.如权利要求8所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，多自由度振动模型的表达式为：
10.基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，包括：
3.如权利要求2所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于滤波器对不同感应方向的振动信号分别进行数字滤波，提取目标频率特征，还包括：
4.如权利要求1所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，基于自适应补偿算法对目标频率特征进行低频补偿，提取低频段特征信号，包括：
5.如权利要求4所述的基于低频振动传感器的水轮机组振幅监测方法，其特征在于，低频补偿...
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，石金继，蹇万祥，刘细辉，曹艳明，周浩杰，孟小霞，王义鑫，陈泽，蔚嘉伟，
申请(专利权)人：雅砻江流域水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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