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反应堆冷却剂泵多源异类故障表征方法研究

徐仁义 王岩 匡成骁 伍柯霖 苏舒 谭鑫

徐仁义, 王岩, 匡成骁, 伍柯霖, 苏舒, 谭鑫. 反应堆冷却剂泵多源异类故障表征方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 66-74. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0066
引用本文: 徐仁义, 王岩, 匡成骁, 伍柯霖, 苏舒, 谭鑫. 反应堆冷却剂泵多源异类故障表征方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 66-74. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0066
Xu Renyi, Wang Yan, Kuang Chengxiao, Wu Kelin, Su Shu, Tan Xin. Research on Multi-source Heterogeneous Fault Characterization Method for Reactor Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 66-74. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0066
Citation: Xu Renyi, Wang Yan, Kuang Chengxiao, Wu Kelin, Su Shu, Tan Xin. Research on Multi-source Heterogeneous Fault Characterization Method for Reactor Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 66-74. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0066

反应堆冷却剂泵多源异类故障表征方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0066
详细信息
    作者简介:

    徐仁义(1993—),男,博士研究生,现主要从事核动力装置健康管理与故障预测工作,E-mail: 2684943100@qq.com

    通讯作者:

    王 岩,E-mail: wyxst@163.com

  • 中图分类号: TL363;TH165+.3

Research on Multi-source Heterogeneous Fault Characterization Method for Reactor Coolant Pump

  • 摘要: 针对核电厂反应堆冷却剂泵(简称主泵)振动等高频传感信号调制、噪声干扰以及单传感器对故障诊断识别率低、证据缺乏的问题,本研究提出了一种基于循环平稳分析和D-S证据理论的主泵设备多源异类故障表征方法。通过使用时域分析和循环平稳分析对采集的高频传感数据进行处理,实现信号的解调和去噪,并计算特征参数,构建特征向量。在此基础上,基于D-S证据理论实现多源传感数据的融合,进而根据融合结果实现主泵设备典型故障的决策级诊断。试验验证结果表明,通过融合多源传感信息能够显著提高主泵设备典型故障的诊断识别率,并提高诊断结果的可解释性,相关研究成果能够为主泵设备的预测性维护提供参考依据,进而提升核电厂主泵设备的运行可靠性和智能化运维水平。

     

  • 图  1  多源异类故障表征方法总体技术流程图

    Figure  1.  Technical Flow Chart of Multi-source Heterogeneous Fault Characterization Method

    图  2  试验平台

    Figure  2.  Test Platform

    图  3  振动加速度传感器布置位置图

    Figure  3.  Layout of Vibration Acceleration Sensors

    图  4  转子碰摩故障的声振信号的时域图和频域图

    Figure  4.  Time-domain Waveform and Amplitude Spectrum of Vibration and Noise Signal under Rotor Collision Fault

    图  5  转子碰摩故障的声振信号增强包络谱

    Figure  5.  Enhanced Envelope Spectrum of Vibration and Noise Signal under Rotor Rubbing Fault

    图  6  轴承损伤故障的声振信号时域图和频域图

    Figure  6.  Time-domain Waveform and Amplitude Spectrum of Vibration and Noise Signal under Bearing Damage Fault

    图  7  轴承损伤故障的声振信号增强包络谱

    Figure  7.  Enhanced Envelope Spectrum of Vibration and Noise Signal under Bearing Damage Fault

    图  8  故障类型判断准确率

    Figure  8.  Accuracy of Fault Type Determination

    图  9  异常鉴别正确率

    Figure  9.  Accuracy of Anomaly Identification

    表  1  试验数据集合

    Table  1.   Test Data Set

    工况 样本数量
    转子碰摩F1 轴承损伤F2 密封泄漏F3 无故障M 总体
    工况1 800 800 800 800 3200
    工况2 800 800 800 800 3200
    工况3 800 800 800 800 3200
    总和 2400 2400 2400 2400 9600
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    表  2  故障频率幅值与轴频幅值的比值

    Table  2.   Ratio of Fault Frequency Amplitude to Shaft Frequency Amplitude

    类型频谱增强包络谱
    轴频幅值故障频率幅值幅值比值轴频幅值故障频率幅值幅值比值
    振动信号0.14860.00090.00610.36560.44151.2076
    声信号0.03890.00040.01030.16540.20121.2164
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    表  3  传感器1的参考向量

    Table  3.   Reference Vector for Sensor 1

    故障类型 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
    F1 1.525 71.42 0.2098 56.32 241.9 282.4 145.5
    F2 1.894 53.87 0.2943 31.99 252.8 291.8 145.9
    F3 1.259 11.20 0.0542 3.124 247.3 287.5 146.5
    M 1.262 11.84 0.1769 3.096 247.1 287.4 146.6
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    表  4  转子碰摩故障下的测试向量

    Table  4.   Test Vector under Rotor Rubbing Fault

    传感器编号 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
    1号 1.512 57.22 0.1750 40.15 243.0 283.4 145.8
    2号 1.548 76.41 −0.3312 54.59 244.6 284.8 146.0
    3号 1.481 49.24 −0.4147 31.82 239.8 281.2 147.0
    4号 1.318 24.14 0.1672 6.518 236.9 278.9 147.1
    5号 1.397 19.41 −0.1572 7.227 238.1 279.7 146.7
    6号 1.378 32.79 −0.2377 11.71 240.3 281.6 146.9
    7号 1.259 7.487 0.3033 3.331 240.3 283.3 149.9
    8号 1.254 6.313 0.3844 3.103 240.3 283.3 149.9
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    表  5  转子碰摩故障下所有传感器的BPA

    Table  5.   BPA for All Sensors under Rotor Rubbing Fault

    证据F1F2F3M
    m10.81350.01360.07880.0939
    m20.76440.03160.09300.1107
    m30.88010.03480.04010.0448
    m40.87670.03840.03660.0481
    m50.84220.04500.04450.0681
    m60.83210.05330.05170.0628
    m70.64910.10910.15210.0895
    m80.61790.10140.18850.0920
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    表  6  转子碰摩故障下的证据融合结果

    Table  6.   Evidence Fusion Results under Rotor Rubbing Fault

    融合证据F1F2F3M
    m120.98140.00480.00640.0072
    m1230.99840.00030.00050.0006
    m12340.9998000
    m123450.9999000
    m1234560.9999000
    m12345670.9999000
    m123456780.9999000
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-30
  • 修回日期:  2025-03-10
  • 刊出日期:  2025-07-09

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