基于换流阀冷却系统的故障诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，涉及设备诊断技术领域，该故障诊断系统包括采集硬件、数据采集服务子系统、数据处理服务子系统、数据诊断服务子系统、Web服务子系统、数据库系统，通过该系统可以在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种技术手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态，大大提高了用户对阀冷系统关键动设备的管理和维护效率，是防止事故和计划外停机的有效手段。是防止事故和计划外停机的有效手段。是防止事故和计划外停机的有效手段。

【技术实现步骤摘要】
基于换流阀冷却系统的故障诊断系统


[0001]本专利技术涉及故障诊断系统
，具体是基于换流阀冷却系统的故障诊断系统。

技术介绍

[0002]目前，全国的直流输电工程愈建愈多，直流输电容量在整个电网中所占的比重也越来越大，换流阀作为直流工程的核心设备，发挥着至关重要的作用，而换流阀冷却系统(以下简称“阀冷系统”)作为换流阀的核心辅助设备，稳定可靠运行是换流阀正常运行的必要条件。动设备(包括主循环泵、补水泵、喷淋泵、空冷器风机、冷却塔风机、高压泵、旁滤泵、排污泵等)作为阀冷系统的动力来源，它的故障又是引发阀冷系统故障的首要原因。
[0003]目前针对阀冷系统动设备的故障诊断仅仅停留在状态监测层面，即通过在动设备轴承位置安装振动速度传感器获取测点振动数据，然后通过设置振动阈值来判断动设备有无故障，以及根据动设备振动值的大小来判断故障严重程度。此种方法在设备发生故障时需要在停机状态下拆卸设备依靠人工分析设备故障的具体部位，并且依靠人为经验给出故障原因，提出维修建议，存在解决故障效率低，造成计划外停机时间长等问题，从而造成更大的损失。因此针对目前的状况，需要对其故障诊断方法进行优化改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，以解决
技术介绍
中的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]基于换流阀冷却系统的故障诊断系统；包括采集硬件、数据采集服务子系统、数据处理服务子系统、数据诊断服务子系统、Web服务子系统、数据库系统；
[0007]其特征在于，所述采集硬件：用于安装在工作部件位置用于获取相应的工作状态信息；
[0008]数据采集服务子系统：用于获取采集硬件采集的信息，并且通过通信软总线向数据采集服务子系统、数据处理服务子系统、数据诊断服务子系统、Web服务子系统传输信息；
[0009]数据处理服务子系统：依据数据库中的配置，读取特征量计算要求，对采集数据进行特征提取与计算，并通过与数据诊断服务子系统中的诊断模型组合，实现阀冷系统动设备的故障诊断，这里的特征参数主要包括：时域特征参数、频域特征参数、包络信号频谱参数；
[0010]数据诊断服务子系统：依据数据库中配置，读取故障模型诊断规则，并代入数据处理子系统处理后得到的各种特征参数，判断故障模型是否生效，从而生成对应的阀冷动设备故障诊断结果，该故障诊断结果绑定有具体的故障部件、故障原因、故障处理建议与措施，同时该诊断模型中包含特征预测模型，通过特征预测模型可以预测各种特征量在未来一段时间内的变化趋势；
[0011]Web服务子系统：人机交互接口，用于对外展示系统的各项功能与对各项子系统进行参数配置；
[0012]数据库系统：用来存储故障诊断系统的测点原始数据、数据处理后的各种特征量数据、诊断模型、诊断结果、报警信息，以及各个系统的配置数据。
[0013]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0014]在可选方案中：时域特征参数为无量纲指标参数，从对故障波形敏感性与稳定性考虑主要选取：波形指标W、脉冲指标I、裕度指标L、峭度指标K进行特征提取，通过对相应指标进行阈值设置，可以从更深层次对阀冷动设备关键部位进行状态监测。
[0015]在可选方案中：时域特征提取过程主要为：首先根据采集到的振动信号{x1,x2,
…
,x
N
}，(N为采样点数)，获取数据长度N，然后根据获取的数据与数据长度计算均值方差σ、均方值方根值峰值X
p
＝max|x
i
|,，再根据X
rms
、X
mean
、X
P
、X
r
分别计算出波形指标脉冲指标裕度指标峭度指标通过指标合理性检查后，输出时域特征参数；其中阈值的设置采用高斯分布数据统计计算获得。
[0016]在可选方案中：频域特征参数主要为阀冷动设备故障通过频率，提取过程如下：
[0017]步骤一：精确FFT的获得，精确FFT计算模块完成对信号的FFT计算以及频谱校正，其中窗函数和频谱计算时使用相同的窗函数汉宁窗；
[0018]步骤二：故障通过频率获取，当阀冷动设备的工作表面出现剥落、压痕或局部腐蚀时，监测信号中会出现周期性脉冲，该脉冲的频率称为对应故障的通过频率。设阀冷动设备旋转频率为f，考虑到电机、滚动轴承和泵三类，各元件故障通过频率主要表现为：转频分量f、倍频分量2f、高次谐波3f、叶片通过频率Zf(Z为叶片数)、叶片通过频率谐波kzf(k＝2，3)、轴承内圈故障BPFI＝(N/2)f
r
[1
‑
b
d
cos(β)/d
p
]、轴承外圈故障BPFO＝(N/2)f
r
[1
‑
b
d
cos(β)/d
p
]。上述公式中f
r
为电机的转速，N是滚动体数目，bd和dp是滚动体直径和轴承节径。β是滚动体的接触角。设阀冷动设备旋转频率为f，考虑到电机、滚动轴承和泵三类，各元件故障通过频率如下：
[0019]通过上表中的通过频率计算公式，能够计算出理论的频率值，但是实际运行时阀冷设备会产生一定的转速波动，因此需要在一定频率误差内搜索通过频率，假设搜索时的频率误差范围为
±
Δf，则进行通过频率搜索时在频率范围为f0±
Δf内寻找幅值最大对应的频率，即为实际对应的通过频率。主要实施过程为：首先根据精确FFT获得校正后的频谱信号，然后根据计算公式计算理论故障通过频率和频带能量，搜索实际工频频率并校正工频频率，计算故障通过频率搜索范围，搜索故障通过频率，得到频带能量与幅值和故障通过频率。
[0020]在可选方案中：包络信号频谱参数，包络解调模块通过对信号的希尔伯特变换完成对轴承故障信号的包络，从而获取原始信号的包络信号，以便后续的频谱分析。
[0021]在可选方案中：包络信号获取过程为：获取振动信号和采样频率以及分析点数，将获取的数据进行希尔伯特变换获得包络信号，对该信号进行快速傅里叶变换获，计算汉宁
窗窗长归一化的频谱模函数，然后搜索频谱峰值及次峰值并判断位置，构造比值函数υ，求解比值函数的反函数的频率误差，计算真实频率，再计算真实幅值，校正后的包络信号频谱。
[0022]在可选方案中：所述精确FFT的获得过程如下：获取振动信号和采样频率以及分析点数，对该信号进行快速傅里叶变换获，计算汉宁窗窗长归一化的频谱模函数，然后搜索频谱峰值及次峰值并判断位置，构造比值函数υ，求解比值函数的反函数的频率误差，计算真实频率，再计算真实幅值，校正后的包络信号频谱。
[0023]在可选方案中：还包括故障诊断模型建立方法：电机不平衡故障模型的建立方法、角不对中故障模型的建立方法、平行不对中故障模型的建立方法、泵叶片故障模型的建立方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，包括采集硬件、数据采集服务子系统、数据处理服务子系统、数据诊断服务子系统、Web服务子系统、数据库系统；其特征在于，所述采集硬件：用于安装在工作部件位置用于获取相应的工作状态信息；数据采集服务子系统：用于获取采集硬件采集的信息，并且通过通信软总线向数据采集服务子系统、数据处理服务子系统、数据诊断服务子系统、Web服务子系统传输信息；数据处理服务子系统：依据数据库中的配置，读取特征量计算要求，对采集数据进行特征提取与计算，并通过与数据诊断服务子系统中的诊断模型组合，实现阀冷系统动设备的故障诊断，这里的特征参数主要包括：时域特征参数、频域特征参数、包络信号频谱参数；数据诊断服务子系统：依据数据库中配置，读取故障模型诊断规则，并代入数据处理子系统处理后得到的各种特征参数，判断故障模型是否生效，从而生成对应的阀冷动设备故障诊断结果，该故障诊断结果绑定有具体的故障部件、故障原因、故障处理建议与措施，同时该诊断模型中包含特征预测模型，通过特征预测模型可以预测各种特征量在未来一段时间内的变化趋势；Web服务子系统：人机交互接口，用于对外展示系统的各项功能与对各项子系统进行参数配置；数据库系统：用来存储故障诊断系统的测点原始数据、数据处理后的各种特征量数据、诊断模型、诊断结果、报警信息，以及各个系统的配置数据。2.根据权利要求1所述的基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，其特征在于，时域特征参数为无量纲指标参数，从对故障波形敏感性与稳定性考虑主要选取：波形指标W、脉冲指标I、裕度指标L、峭度指标K进行特征提取，通过对相应指标进行阈值设置，可以从更深层次对阀冷动设备关键部位进行状态监测。3.根据权利要求2所述的基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，其特征在于，时域特征提取过程主要为：首先根据采集到的振动信号{x1,x2,
…
,x
N
}，(N为采样点数)，获取数据长度N，然后根据获取的数据与数据长度计算均值方差σ、均方值方根值峰值X
p
＝max|x
i
|,，再根据X
rms
、X
mean
、X
P
、X
r
分别计算出波形指标脉冲指标裕度指标峭度指标通过指标合理性检查后，输出时域特征参数；其中阈值的设置采用高斯分布数据统计计算获得。4.根据权利要求1所述的基于换流阀冷却系统的故障诊断系统，其特征在于，频域特征参数主要为阀冷动设备故障通过频率，提取过程如下：步骤一：精确FFT的获得，精确FFT计算模块完成对信号的FFT计算以及频谱校正，其中窗函数和频谱计算时使用相同的窗函数汉宁窗；步骤二：故障通过频率获取，当阀冷动设备的工作表面出现剥落、压痕或局部腐蚀时，监测信号中会出现周期性脉冲，该脉冲的频率称为对应故障的通过频率；设阀冷动设备旋转频率为f，考虑到电机、滚动轴承和泵三类，各元件故障通过频率主要表现为：转频分量f、倍频分量2f、高次谐波3f、叶片通过频率Zf(Z为叶片数)、叶片通过频率谐波kzf(k＝2，3)、
轴承内圈故障BPFI＝(N/2)f
r
[1
‑
b
d
cos(β)/d
p
]、轴承外圈故障BPFO＝(N/2)f...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，付兵非，张新伟，罗浩，胡永恒，蔡天乐，
申请(专利权)人：河南晶锐冷却技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：