水轮机非平稳振动信号的小波分析.pdf

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1、第43卷第2期人民长江Vo1．43．No．22012年1月YangtzeRiverJan．，2012文章编号：1001—4179(2012)02—0101—04水轮机非平稳振动信号的小波分析刘洋，尹崇清(重庆交通大学西南水运工程科学研究所，重庆400016)摘要：基于水电站机组振动的现场试验研究，利用小波分析方法在时域和频域上同时具有良好局部化性质的特点，对开停机这一典型非平稳过程信号进行小波分析。通过将信号分解到不同频带内，并对分解信号作振源分析和统计分析，以获取优势频率等有用信息。试验结果表明，水流脉动压力和尾水涡带摆动是引起开机过程中机组强烈振动的

2、主要原因，同时也证明了小波是处理非平稳信号的最有力的工具。关键词：非平稳信号；小波分析；振源分析；水轮机中图法分类号：TV734．7文献标志码：A传统意义上的频谱分析方法是基于系统信号的傅对于一个有限能量的函数(t)∈L(R)，如果满立叶变换(Frr)，它反映的是某一频率信号在整个时足：d∞<∞，其中，(∞)是(￡)的FFT间轴上的平均信息，但并不能看出这一频率信号在时间域上的变化特征。因此，对平稳随机信号分析十分变换，经过(t)的伸缩和平移，得到函数()(t)：有效的FFT信号分析方法，是对于整个过程而言的，)=()d∞(1)缺乏对信号局部特性的分析，

3、在处理非平稳信号时就显得有些力不从心。而小波分析法正是针对传统频谱式中，函数(。(t)为小波母函数，a，b分别为尺度参分析方法FFT的这一缺陷，利用其在时域和频域上同数和位置平移参数。任一函数t)的变换：(o，b)时具有的良好局部化性质，对工程信号，尤其是对非平=(二_垒)￡)d∞被称为厂(t)的小波变换稳信号进行分解和重构，在检测信号奇异性、特征提。√口Ⅱ取、信噪分离、状态检测和故障诊断等多方面具有不可小波变换的结果是反映t)在尺度(频率)a和位比拟的优势。置(时间)b的状态，是一种时频分析。若取尺度a=2，本文运用小波分析方法对水电站的开停机非平稳_

4、『∈Z，即成为二进小波变换，通常采用Mallat提出的过程信号进行分析，旨在说明该方法在处理非平稳过塔式算法，进行离散二进小波变换计算。设信号t)程信号中的巨大优越性，可为今后水电站机组及厂房的离散序列为，(n)，n=1，2，⋯，Ⅳ，其离散二进小波结构的振动信号处理等工作提供新的研究方法。变换为：1小波分析基本原理c⋯(n)=Y：h(k一2n)c，(k)(2)k——e—g小波分析法是一种新的变换分析方法，在应用领D川(n)：g(k一2n)()(3)域，特别是信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、式中，h(k)，g(k)是由小波函数()(t)确定的正交量

5、子物理、湍流及众多非线性科学等领域，它被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是一种共轭滤波器系数，且g(k)=(一1)卜h(I—k)；c，Di时一频分析方法，并同时具有时域和频域的良好局部分别称为信号在尺度_『上的近似部分和细节部分。化性质。若原信号的分析频率为厂，则D，对应的高频带分收稿日期：2011—07—16作者简介：刘洋，男，助理研究员，主要从事水工水力学研究。E—mail：liuyang029@163．cornl02人民长江别为(2一if一，(2—2f～2一，⋯，(2-if～2l厂)；cj低机组非平稳过程的研究，对保证设备运行的可靠性

6、和频带为(0～2，各频带互不重叠。很显然，二进小降低对这些设备的投资，均有十分重要的意义。波变换没有对高频部分再进行分解，因而高频段的频现场选择以开停机工况下厂房振动过程中的定子率分辨率较差。基础和下机架基础两处较为关键的点作为测试分析目标，因为这两处离机组最近，其频率变化与机组本身的2振源分析频率变化最为相似。其中，定子基础含顺河向、横河向水电站厂房结构的振动，除建于地震区要承受地和垂直向3个方向；下机架包括顺河向、垂直向2个方震荷载而引起的振动外，主要是来自水轮发电机组的向；振动传感器为速度型，通过INV一9模拟积分器转振动。机组振动的原因较复杂，影

7、响因素很多。引起换成振动位移。实验前，测试系统在中国计量院标准机组振动的原因主要有机械、水力和电磁3个方面，其振动试验台上进行了率定。采用INV多功能智能采中又多以水力影响因素为主，反映在振动信号中，又主集系统对数据进行采集整理。限于篇幅，具体的试验要为中低频信号。各振源的具体分析计算参见参考文和分析过程在此不作详细介绍。本文着重选取一组典型数据进行分析。献[3]。应指出的是，由于实验中受采样频率的限制，用db6小波对特征信号进行6层分解，由于试验表1中只列举了25Hz以下的振源频率及振动原因。表1某水电站厂房内振源频率中原始信号的采样频率为50Hz，则

8、信号的分析频率为25Hz，即只适合探究25Hz以下的低频和中频振动。原始信号采集