融合多源振动信号的发电机组轴承预测性维护方法及系统与流程

本发明涉及发电机组设备维护与轴承状态监测，尤其涉及融合多源振动信号的发电机组轴承预测性维护方法及系统。

背景技术：

1、在发电机组设备维护与轴承状态监测技术领域内，发电机轴承、齿轮箱轴承和主轴承等目标轴承的现有方案通常在轴承座或相邻结构处设置振动传感器、加速度振动传感器或振动测点探头，采集振动信号、转速、载荷等运行数据，并通过降噪处理、频谱分析、特征参数提取、阈值比较或健康模型比对，输出轴承状态、预警信号或维修建议。此类方案在常规运行场景下能够完成轴承振动监测和分级预警，但在多源振动信号通道质量不一致和运行工况变化的场景下，容易出现传感器通道状态未被区分、不同工况下振动特征难以直接比较、维修记录与状态监测信息衔接不足等限制。

2、现有方案多依赖固定测点采集、统一特征阈值、整机健康模型或人工设定的维护流程进行处理。当传感器通道存在丢包、饱和、零值持续、异常尖峰或噪声水平异常，或者目标轴承处于不同转速区间、载荷区间和运行阶段时，振动监测信号特征参数与后续分级判定环节之间缺少稳定衔接，容易造成低质量振动信号参与状态判定、不同传感器通道的正常基线混用以及剩余使用寿命预测触发依据不连续。

3、针对目标轴承多个传感器通道的振动信号、运行数据、正常基线和实际轴承状态反馈的联合处理，现有技术仍存在通道质量状态、工况匹配、偏离度判定和检修反馈记录之间衔接不足的共性短板。因此，需要围绕发电机组目标轴承的预测性维护场景，解决在多源振动信号通道质量不一致和运行工况变化下，如何基于通道质量状态、正常基线和实际轴承状态反馈，形成综合偏离度及预测偏差记录的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种融合多源振动信号的发电机组轴承预测性维护方法，包括：

2、s100、接收目标轴承多个传感器通道的振动信号、运行数据、设备标识和轴承标识，按采样窗口绑定所述振动信号、运行数据、设备标识、轴承标识和传感器通道，确定目标工况区间，生成待检测数据样本；

3、s200、基于所述待检测数据样本确定通道质量状态，生成低可信通道状态，并提取振动监测信号特征参数，生成通道特征记录；

4、s300、基于所述通道特征记录，按所述设备标识、所述轴承标识、所述传感器通道和所述目标工况区间匹配正常基线，计算通道级特征偏离度；低可信通道状态对应的通道级特征偏离度不参与综合判断，生成综合偏离度；

5、s400、基于所述综合偏离度和多级阈值输出分级判定结果，在所述分级判定结果为警告状态且所述综合偏离度满足持续处于阈值区间或性能衰退趋势条件时，预测剩余使用寿命并生成维修计划；

6、s500、接收所述维修计划对应的实际轴承状态反馈，生成预测偏差记录，并按所述预测偏差记录更新健康档案、正常基线、历史退化数据或传感器通道权重。

7、进一步地，所述多个传感器通道包括设置在所述目标轴承的轴向方向、径向方向、水平位置和垂直位置中的两个或多个振动传感器通道；所述传感器通道与传感器通道标识、采样窗口和轴承座位置绑定。

8、进一步地，所述运行数据包括转速、载荷和运行阶段；所述确定目标工况区间包括：按照转速区间、载荷区间和运行阶段对所述采样窗口进行分类；当所述运行阶段为启停阶段或工况不稳定状态时，生成数据不足状态，所述数据不足状态对应的待检测数据样本不进入正常基线匹配。

9、进一步地，所述通道质量状态由丢包率、饱和点比例、零值持续时间、异常尖峰比例和噪声水平中的一个或多个生成；当所述通道质量状态不满足通道质量条件时，生成所述低可信通道状态。

10、进一步地，所述振动监测信号特征参数包括峰值、均方根值、峭度、峰值因子、频带能量、主频峰值和振动特征变化率中的一个或多个；所述提取振动监测信号特征参数包括对所述振动信号进行降噪处理和频谱分析。

11、进一步地，所述正常基线由所述目标轴承在稳定运行期间或历史健康运行期间的健康样本数据建立，并按所述设备标识、所述轴承标识、所述传感器通道和所述目标工况区间分别存储；所述正常基线包括正常基线版本、均值、标准差和预设分位数范围。

12、进一步地，所述生成综合偏离度包括：对未生成低可信通道状态的传感器通道，按照传感器通道权重对对应的通道级特征偏离度进行综合判断，生成所述综合偏离度；所述传感器通道权重与所述通道质量状态和轴承座位置绑定。

13、进一步地，所述多级阈值包括预警阈值、检修阈值和部件更换阈值；所述性能衰退趋势条件包括连续多个采样窗口的综合偏离度处于所述预警阈值与所述检修阈值之间，或连续多个采样窗口的综合偏离度形成性能退化趋势线；所述预测剩余使用寿命包括基于历史退化数据对所述部件更换阈值对应时间进行预测。

14、进一步地，所述实际轴承状态反馈包括是否更换、磨损等级、润滑状态和滚道损伤状态中的一个或多个；所述生成预测偏差记录包括将所述实际轴承状态反馈与所述分级判定结果、所述综合偏离度、所述剩余使用寿命、正常基线版本和阈值版本进行比较；当所述预测偏差记录满足更新条件时，更新所述健康档案、所述正常基线、所述历史退化数据或所述传感器通道权重；当所述实际轴承状态反馈包含轴承更换结果时，基于更换后的健康样本数据重建所述正常基线。

15、进一步地，一种融合多源振动信号的发电机组轴承预测性维护系统，包括：数据采集模块、数据分析模块、健康评估模块、故障预警模块、寿命预测模块、维修计划生成模块、维修信息存储模块、健康管理模块；所述系统用于实现上述任一项所述的方法。

16、本发明的关键创新点包括：

17、（1）围绕目标轴承的多个传感器通道，将振动信号、运行数据、设备标识、轴承标识和传感器通道按采样窗口绑定，确定目标工况区间，并基于待检测数据样本生成通道质量状态和低可信通道状态，形成包含通道质量状态和振动监测信号特征参数的通道特征记录。

18、（2）基于所述通道特征记录，按照设备标识、轴承标识、传感器通道和目标工况区间匹配正常基线，计算通道级特征偏离度，并使低可信通道状态对应的通道级特征偏离度不参与综合判断，生成综合偏离度。

19、（3）基于综合偏离度和多级阈值输出分级判定结果，在警告状态且综合偏离度满足持续处于阈值区间或性能衰退趋势条件时预测剩余使用寿命并生成维修计划；接收维修计划对应的实际轴承状态反馈，生成预测偏差记录，并按预测偏差记录更新健康档案、正常基线、历史退化数据或传感器通道权重。

20、以下为其主要的有益效果：

21、（1）针对多源振动信号中不同传感器通道质量状态未被区分的问题，通过在采样窗口内绑定振动信号、运行数据、设备标识、轴承标识和传感器通道，并生成通道质量状态和低可信通道状态，使后续状态监测过程能够区分可参与处理的传感器通道和低可信传感器通道。

22、（2）针对不同工况和不同传感器通道下振动监测信号特征参数难以直接比较的问题，通过按设备标识、轴承标识、传感器通道和目标工况区间匹配正常基线，并排除低可信通道状态对应的通道级特征偏离度，使综合偏离度基于通道化正常基线和有效通道特征形成。

23、（3）针对维修记录与状态监测信息衔接不足的问题，通过将分级判定结果、综合偏离度和剩余使用寿命引入维修计划，并在接收实际轴承状态反馈后生成预测偏差记录，使健康档案、正常基线、历史退化数据或传感器通道权重能够依据实际轴承状态反馈进行更新。