CN102456419A - 核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统，该监测方法针对屏蔽泵的结构特点和工作环境条件，经信号采集、信号分析及特征量提取、异常鉴别和报警、建立特征量数据库和数据再分析，建立了屏蔽泵运行故障监测方法；本发明的监测系统采用基于PXI总线的标准化及模块化和基于FPGA的程控技术，提高了系统可靠性和维修方便性，并使监测对象组态图形化、界面可视化，操作简便，数据导出方便。本发明的监测方法和监测系统适用于核反应堆屏蔽泵的故障监测。

Description

核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统

技术领域

本发明涉及一种核反应堆设备运行故障监测方法及其监测系统，具体地说是一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统。

背景技术

核反应堆主泵是反应堆冷却剂强迫循环的唯一动力源，主泵的故障运行将直接危害核反应堆的安全。因而，国内外所有核电站均装备了主泵运行状态监测系统，以便及时发现主泵可能存在的故障，降低盲目拆装引入的维修故障，减少维修人员照射剂量，缩短停堆时间，有助于延长主泵的使用期限。核反应堆的主泵一般采用的是轴封泵，也有屏蔽泵。对于轴封泵，具有成熟的监测标准和判据，测量结果准确可靠。轴封泵的运行监测沿用了从法国法玛通引进的主泵振动监测系统。该系统主要功能是监测主泵的振动，每台主泵独立装有4个传感器，两个速度传感器测量主泵泵体振动，两个位移传感器测量主泵转子振动。但该监测系统有如下缺陷：

(1)除向主控制室给出轴承振动数值外，只能用便携式、离线数据采集器定期从机柜缓冲输出端子上采集振动信号，缺乏实时性和方便性；

(2)只有转子振幅测量，没有振动频谱分析，只能监测转子振动是否正常，无法对转子振动趋势进行分析；

(3)没有转子超振鉴相功能，只能在检修期间，在主泵上安装临时传感器，利用便携式数采器，通过现场测量、分析与计算，才能确定检修或动平衡试验方案，费时费力，人员受照剂量大，检修时间长；

(4)由于轴封泵可以通过在泵壳上安装速度传感器测量泵体振动烈度，而屏蔽泵泵壳温度很高，速度传感器在高温下不能正常工作；

(5)由于轴封泵的转子外露，可以采用位移传感器方便地对电机转速和转子位移进行测量，测量结果准确可靠；而屏蔽泵转子全部被泵壳屏蔽，只能采用电感应传感器，通过测量电感应传感器输出的交流电压信号进行有效值计算后转换为转速，导致转速测量结果迟后和测量误差大。

由于屏蔽泵转子全部被泵壳屏蔽，转子位移无法测量，不能直接判断转子是否偏心或弯曲甚至磨损，但屏蔽泵出现过口环研磨、导轴承磨损、屏蔽套磨穿、转子抱死等故障往往要造成部件损坏甚至不能运行了，才了解故障的存在。

经检索，目前还没有核反应堆屏蔽泵的监测技术，监测的相关标准和判据尚未建立，因而研究一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统，很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在线监测核反应堆屏蔽泵运行状态，提取屏蔽泵的故障特征量，并在屏蔽泵异常状态下可故障报警的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法及其监测系统。

本发明的技术方案如下：

一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述的监测方法按照如下步骤进行：

(1)信号采集

信号采集包括对屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号进行采集，对振动加速度信号按采样平均次数进行多次低速采样并平均，在对振动信号低速采样的同时，对电机电流和转速信号进行连续的多次采样，记录每次采样的平均值；振动加速度信号低速采样结束后，对振动信号进行高速采样；

(2)信号分析及特征量提取

对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行频谱分析和信号积分，提取频谱特征量和振动烈度；对高速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行分析，提取反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量；

(3)建立特征量数据库

将采集提取的屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号特征量数据进行编制，建立特征量数据库；

(4)异常鉴别及报警

根据特征量数据库提取的振动烈度、声噪声等特征量，设定报警阈值和危险阈值；报警阈值以下为可接受区；报警阈值与危险阈值之间为报警区，在危险阈值以上为危险区；

(5)数据再分析

当屏蔽泵运行出现异常报警或振动特征量有明显变化时，针对屏蔽泵监测特征量数据库进行趋势分析，并针对振动原始信号进行振动时域分析和频谱分析。

其附加特征在于：

所述监测方法的步骤(1)中对屏蔽泵振动加速度信号的采集分为低速采样和高速采样；振动加速度信号的低速采样数据的分析频率为1Hz～1kHz，频率分辨率至少为0.5Hz，采样平均次数至少4次；振动加速度信号的高速采样数据的分析频率为1Hz～10kHz，频率分辨率至少1Hz；电机电流和转速信号的采样频率与振动加速度信号低速采样的采样频率一致，每次采样时间不超过1秒。

所述监测方法的步骤(2)中对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行频谱分析的方法如下：

获取屏蔽泵的转速后，则可以得到屏蔽泵的振动基频f₀，再对低速采样的加速度信号进行功率谱分析，并以测量到的基频为基准，在功率谱中进行幅度极值搜索，频率与基频最接近所对应的功率谱幅度极大值对应的频率即为主泵转动的最终基频f₁，对应幅度即为基频振动加速度；同理搜索2倍频、3倍频、4倍频和12倍频、1/3倍频、1/2倍频的振动加速度值。

所述监测方法的步骤(2)中对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行振动烈度分析的方法如下：

将采集的加速度信号积分到速度信号，从振动加速度信号得到振动烈度，振动烈度定义为振动速度的均方根值，对振动加速度信号进行傅里叶(Fourier)变换后先进行频域滤波，其表达式为：

$y\left(r\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}H\left(k\right)A\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkr}/N}$

式中：A为加速度信号的离散傅里叶变换，H为滤波器的频率响应函数，由它来确定滤波器的方式和特点，为

式中：f_d为下限截止频率，Δf为频率分辨率，f_u为上限频率；滤波范围选择为振动烈度定义的频率范围10Hz～1000Hz；

滤波后再进行频域积分，先将需要积分的时域信号做傅里叶变换到频域内，则时域积分运算在频域就成为了傅里叶分量系数的正弦、余弦积分互换，其结果再经傅里叶逆变换，得到积分后的时域信号，速度和加速度的傅里叶分量系数的代换关系为：

$V=\frac{A}{\mathrm{i\ω}}$

式中：ω为傅里叶分量对应的频率，i为虚数单位，A和V分别为加速度和速度的傅里叶分量系数。频域积分再经过傅里叶逆变换后就得到振动速度信号，取速度信号的均方根值即得到振动烈度。

所述监测方法的步骤(2)中提取反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量的方法如下：

采用高频加速度传感器对信号进行检测，并把1kHz以下含有屏蔽泵旋转振动、泵壳振动和支撑结构振动频率成分滤掉，对高速采样加速度信号进行带通滤波保留1kHz～10kHz频率范围内的频率成分，再对滤波后高速采样加速度信号取有效值得到声噪声。

设振动加速度采样序列为a_i(i＝0，1，…n-1)，则声噪声的加速度级L_a(dB)由下式确定，其中a₀＝1um/s²为声学量的振动加速度级基准值。

$L_a=20\log \left(\frac{\sqrt{\frac{a_1^2+a_2^2+...+a_n^2}{n}}}{a_0}\right)$

所述监测方法的步骤(3)中由于屏蔽泵有高速和低速两种工作模式，所设定的相应的报警阈值和危险阈值为两套。

一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测系统，其特征在于：所述的监测系统由信号探测设备和电气柜设备通过信号线连接组成，具体如下：

信号探测设备内设有加速度传感器和电荷转换器；加速度传感器与电荷转换器通过信号传输电缆连接；电荷转换器通过信号线将信号探测设备与电气柜设备连接；电气柜设备内设有电源适配器、信号采集处理设备、显示器和键盘鼠标；信号采集处理设备内设有转速信号测量模块、报警输出模块、电流信号测量模块、加速度信号测量模块和控制器；各模块之间通过PXI总线连接。

其附加特征在于：

所述的加速度传感器和电荷转换器分别有6套；6套电荷转换器通过6根信号线将信号探测设备与电气柜设备连接。

本发明的效果在于：本发明的监测方法针对屏蔽泵的结构特点和工作环境条件，经信号采集、信号分析及特征量提取、异常鉴别和报警、数据再分析，建立了屏蔽泵运行故障监测方法；监测系统采用基于PXI总线的标准化及模块化和基于FPGA的程控技术，提高了系统可靠性和维修方便性；监测对象组态图形化、界面可视化，特别适用于核反应堆屏蔽泵的故障监测。

附图说明

图1是本发明的监测系统的结构示意图。

图2是图1的原理图。

图3是屏蔽泵振动加速度信号功率谱分析示意图。

图中：1.信号探测设备；2.电气柜设备；3.信号线；4.加速度传感器；5.电荷转换器；6.电源适配器；7.信号采集处理设备；8.显示器；9.键盘鼠标；10.转速信号测量模块；11.报警输出模块；12.电流信号测量模块；13.加速度信号测量模块；14.控制器

具体实施方式

本发明的监测方法针对屏蔽泵的结构特点和工作环境条件，经信号采集、信号分析及特征量提取、异常鉴别和报警、数据再分析，建立了屏蔽泵运行故障监测方法，具体步骤如下：

1.信号采集

信号采集包括对屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号进行采集，其中屏蔽泵振动加速度信号的采集又分为低速采样和高速采样，各信号采样参数如表1所示。其中采样频率和采样时间可调整，但需保证振动加速度信号的低速采样数据的分析频率到1Hz～1kHz，频率分辨率至少0.SHz，其采样平均次数至少保证4次；需保证振动加速度信号的高速采样数据的分析频率到1Hz～10kHz，频率分辨率至少1Hz；电机电流和转速信号的采样频率与振动加速度信号低速采样的采样频率一致，每次采样时间不超过1秒。

首先对振动加速度信号按采样平均次数进行多次低速采样并平均，在对振动信号低速采样的同时，对电机电流和转速信号进行连续的多次采样，记录每次采样的平均值。振动加速度信号低速采样结束后，对振动信号进行高速采样。

表1振动信号采样参数设置

2.信号分析及特征量提取

对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行频谱分析，提取频谱特征量；对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号积分，提取振动烈度；对高速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行分析，提取反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量。

a.屏蔽泵振动频谱特征分析

获取屏蔽泵的转速后，则可以得到屏蔽泵的振动基频f₀，再对低速采样的加速度信号进行功率谱分析，并以测量到的基频为基准，在功率谱中进行幅度极值搜索，频率与基频最接近所对应的功率谱幅度极大值对应的频率即为主泵转动的最终基频f₁，对应幅度即为基频振动加速度。同理搜索2倍频、3倍频、4倍频和12倍频、1/3倍频、1/2倍频的振动加速度值，见图3。

b.基于加速度信号积分的屏蔽泵振动烈度分析

振动烈度定义为振动速度的均方根值，要从振动加速度信号得到振动烈度，必须先由加速度信号积分到速度信号。积分方法通常有时域积分和频域积分两种，频域积分以频域内正弦、余弦的积分互换关系避开了时域积分对微小误差的累积放大作用。

对振动加速度信号Fourier变换后先进行频域滤波，其表达式为：

$y\left(r\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}H\left(k\right)A\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkr}/N}$

式中A为加速度信号的离散傅里叶变换，H为滤波器的频率响应函数，由它来确定滤波器的方式和特点，为

式中：f_d为下限截止频率，Δf为频率分辨率，f_u为上限频率。滤波范围通常选择为振动烈度定义的频率范围10Hz～1000Hz。

滤波后再进行频域积分，频域积分是时程数值积分的另一种方法，基本原理是先将需要积分的时域信号做Fourier变换到频域内，则时域积分运算在频域就成为了Fourier分量系数的正弦、余弦积分互换，其结果再经Fourier逆变换，得到积分后的时域信号。速度和加速度的Fourier分量系数的代换关系为：

$V=\frac{A}{\mathrm{i\ω}}$

式中：ω为Fourier分量对应的频率，i为虚数单位，A和V分别为加速度和速度的Fourier分量系数。频域积分再经过Fourier逆变换后就得到振动速度信号，取速度信号的均方根值即得到振动烈度。

c.反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量提取

屏蔽泵内部结构复杂，长期的运转过程中，可能会出现口环、导轴承、屏蔽套等的摩擦磨损，从而产生声噪声，声噪声信号的频率范围非常宽，从几赫兹到几十千赫兹，甚至几百千赫兹。采用高频加速度传感器来对信号进行检测，并把1kHz以下含有屏蔽泵旋转振动、泵壳振动和支撑结构振动频率成分滤掉，对高速采样加速度信号进行带通滤波保留1kHz～10kHz频率范围内的频率成分，再对滤波后高速采样加速度信号取有效值得到声噪声。

设振动加速度采样序列为a_i(i＝0，1，…n-1)，则声噪声的加速度级L_a(dB)由下式确定，其中a₀＝1um/s²为声学量的振动加速度级基准值。

$L_a=20\log \left(\frac{\sqrt{\frac{a_1^2+a_2^2+...+a_n^2}{n}}}{a_0}\right)$

3.建立特征量数据库

将采集提取的屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号特征量数据进行编制，建立特征量数据库；

4.异常鉴别及报警

异常鉴别依据设定的振动烈度、声噪声等振动特征量的的报警阈值和危险阈值，在报警阈值以下属于可接受区，在报警阈值和危险阈值之间属于报警区，在危险阈值以上属于危险区，当设备处在这些区域中的一个时，要求或建议的措施将取决于振动水平变化的速率。

屏蔽泵有高速和低速两种工作模式，相应的报警阈值和危险阈值也应该有两套。由于屏蔽泵在变工况过程中，会出现振动烈度和声噪声突然增大的情况，因此，当超阈值发生时，需要复核屏蔽泵的转速和电机电流信号，判断屏蔽泵是否处于变工况运转，再进行报警处理。

5.数据再分析

当屏蔽泵运行出现异常报警或振动特征量有明显变化时，有必要对监测数据进行再分析(趋势分析和故障分析)，以确定引起异常报警的原因和振动特征量变化趋势，制定相应的措施。针对屏蔽泵监测特征量数据库开展趋势分析，针对振动原始信号开展振动时域分析和频谱分析，并结合屏蔽泵自身结构特点进行故障分析。

当振动水平处在可接受区，如果振动水平没有增加，则无需任何措施；如果振动正在增加，需确认增加率，并跟踪振动水平及增加率的变化，在超过可接受区前进行故障分析；当振动水平处在报警区，如果振动水平没有增加，继续跟踪振动水平；如果振动正在增加，需确认增加率，并跟踪振动水平及增加率的变化和进行故障分析，如有要求，需重新安排维修计划。

本发明的监测系统由信号探测设备1和电气柜设备2两大部分通过信号线3连接组成，其结构如图1所示。

信号探测设备1内设有加速度传感器4和电荷转换器5；加速度传感器4和电荷转换器5分别有6个；电荷转换器5通过6根信号线3将信号探测设备1与电气柜设备2连接；电气柜设备2内设有电源适配器6、信号采集处理设备7、显示器8和键盘鼠标9；信号采集处理设备7内设有转速信号测量模块10、报警输出模块11、电流信号测量模块12、加速度信号测量模块13和控制器14。各模块之间通过信号传输电缆连接。

电源适配器6为6个加速度传感器4的电荷转换器5提供工作电流，同时将来自电荷转换器5的振动信号输出到信号采集处理设备7的加速度信号测量模块13。

信号采集处理设备7是一个9U的PXI总线机箱，其中的模块包括1个PXI总线控制器14、2个加速度信号测量模块13、1个电流信号测量模块12、1个转速信号测量模块10、1个报警输出模块11。PXI总线控制器14是一个标准设备，是信号采集处理设备7的控制单元，实现对所有测量模块的控制，完成信号的的采集和处理。

电气柜设备2是一个19”的标准机柜，内部配有电源开关及插座。机柜设前后门和侧板，前门为透明门，前后门均上锁，前后门密封采用密封胶条密封，侧板采用卡扣安装方式。机柜底部后侧开有一个长方形孔，机柜的电源线、电缆通过此孔进出机柜。机柜顶部开出风孔，安装有带过滤器的风扇。

本发明监测系统的工作原理如下：

监测系统获取的信号分为三类：屏蔽泵的振动加速度信号、屏蔽泵的电机电流信号、屏蔽泵的转速信号。

将信号探测设备1安装在屏蔽泵上，并与电气柜设备连接可靠后，打开系统电源启动设备，启动监测软件，系统即进入工作状态。

由于屏蔽泵自带电机电流测量传感器，电流信号可从屏蔽泵测控系统电机电流输出端取出，再输入到信号采集处理设备7中的电流信号测量模块12进行电流信号测量；用电缆将屏蔽泵测控系统的电流输出端与系统电气柜的电流测量接口相连接即可。

由于屏蔽泵自带电感应转速传感器，转速信号可从屏蔽泵测控系统转速输出端取出，再输入到信号采集处理设备7中的转速信号测量模块10进行转速信号测量；用电缆将屏蔽泵测控系统的转速输出端与系统电气柜的转速测量接口相连接即可。

加速度传感器4获取屏蔽泵上、下轴承处泵壳的三个垂直方向的振动信号，经电荷转换器5输入电源适配器6，再输入到信号采集处理设备7中的加速度信号测量模块13进行振动加速度信号测量；

当系统监测到屏蔽泵有故障报警时，由信号采集处理设备7中的报警输出模块11向控制室发出报警信号；

显示器8实现监测界面的显示，键盘鼠标9实现用户输入；

信号采集处理设备7中控制器14安装有系统监测软件，实现系统所有设备的管理、各种信号的测量和处理、报警的输出等功能。

加速度信号测量模块13实现对振动加速度信号的隔离、程控放大、程控滤波及低速采样和高速采样，转速信号测量模块10实现转速信号的隔离、衰减、有效值采集，电流信号测量模块12实现电流信号的采样。

信号采集处理设备7结合转速信号和电机电流信号对振动加速度信号进行振动烈度、声噪声、自功率谱分析处理，提取相应的系统监测特征量；通过对监测特征量的分析判断，对屏蔽泵的工作状态进行异常鉴别，当屏蔽泵工作异常时，实时输出报警信号。

信号采集处理设备各测量模块的技术参数如下所述：

加速度信号测量模块技术参数

测量模块数：2个PXI总线标准宽度6U模块；

每个模块信号通道数：4；

模拟输入：单端输入，输入阻抗1M；

模拟输入过压保护：≥±30V；

全通道信号动态范围：0～±10V；

隔离方式：数字隔离，隔离延迟时间≤200ns；

隔离电压：≥2000Vpeak；

模拟信号通道频率范围：0～20kHz；

模拟低通滤波：3dB频率20kHz，8阶巴特沃斯(butterworth)低通滤波器；

数字滤低通滤波：1kHz、5kHz、10kHz、20kHz程控选择。截止特性，≥60dB。滤波类型，FIR(有限冲击响应)滤波器；

数字下变频：程控选择，以10us整数倍改变采样周期，最小采样频率大于相应频段的赖奎斯特频率；

模拟输入程控放大器：1，10，100放大倍数程控选择，线性误差小于1％；

模数转换：采样频率，100kHz(固定采样频率)，16位分辨率；

模数变换启动方式：软件启动同步采样，软件启动+“阈值启动”同步采样，由软件选择；

同步采样触发方式：本地模块4通道同步或PXI触发总线8通道同步(由软件选择的主模数转换模块产生PXI触发总线的触发信号)；

数据传输方式：两种方式，MASTER(主)方式和SLAVE(从)方式，软件控制；

板载FIFO：4块FIFO，每块为2048×16bit，具有人机接口清零功能。电流信号测量模块技术参数

测量模块数：1个PXI总线标准宽度6U模块；

输入通道数：32个；

输入阻抗：1MΩ；

信号输入范围：0～±10V；

模拟通道频率范围：0～1kHz；

隔离方式：数字隔离；

隔离能力：≥2000Vpeak；

性能测试：板载测试电平和零输入信号输出测试(程控选择)；

模数转换：≥100kHz，16位，程序设置采样频率；

模数变换触发方式：定时触发循环采样；

数据传输方式：计算机随时读取；

转速信号测量模块技术参数

测量模块数：1个PXI总线标准宽度6U模块；

隔离方式：数字隔离，隔离延迟时间≤200ns；

隔离电压：≥2000Vpeak；

信号输入动态范围：±100V；

通道数：2；

输入阻抗：1MΩ；

输入衰减：10倍；

性能测试：板载测试电平和零输入信号输出测试(程控选择)；

RMS(有效值)计算时间：5ms～1s，可调节；

RMS处理方式：专用模拟集成电路处理；

模数变换：≥10kHz(程控设置)，16位；

模数变换触发方式：循环采样(不要求并行采样)，本地自动触发(设置完采样频率后自动采样)，输出为最新值，逻辑控制应保证在计算机读数据时不对输出值进行刷新；

报警输出模块技术参数

模块数：1个PXI总线标准宽度6U模块；

输出通道数：4个；

报警控制输出类型：继电器触点

输出状态：常开，当某一位为高电平时接通；

触点要求：100V/100mA；

报警信号输出方式：通过PXI 6U P5连接器，由后部的小型航空插座输出，每通道包括两根独立的信号线；

输出插座安装方式：悬浮安装；

报警信号控制方式：电流回路控制，声光报警单元根据继电器的通断状态获取信息；

屏蔽泵的振动加速度信号由本系统的信号探测设备获取，信号探测设备由6套振动加速度探测设备组成。每套振动加速度探测设备由1个加速度计、1根硬电缆、1个TNC转10-32连接器、1根延长软电缆、1个电荷转换器、1根信号输出电缆等组成。

6套振动加速度探测设备分为两组，分别安装在屏蔽泵上、下轴承处泵壳上的适配座上，用于测量两个位置处的3个垂直方向(轴向、径向、切向)的振动加速度。然后将每套振动加速度探测设备的信号输出电缆连接至系统电气柜的振动加速度测量接口即可。

核反应堆屏蔽泵运行故障监测系统的主要功能如下：

a.实时监测屏蔽泵的运行振动状态；

b.实时监测屏蔽泵的工作转速；

c.实时监测屏蔽泵的电机工作电流；

d.实时提取屏蔽泵振动状态特征量；

e.屏蔽泵振动异常鉴别；

f.屏蔽泵异常状态下故障报警；

g.特征量数据库管理；

h.数据再分析。

本发明的监测系统的总体性能指标如下表：

Claims (8)

1.一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述的监测方法按照如下步骤进行：

(1)信号采集

信号采集包括对屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号进行采集，对振动加速度信号按采样平均次数进行多次低速采样并平均，在对振动信号低速采样的同时，对电机电流和转速信号进行连续的多次采样，记录每次采样的平均值；振动加速度信号低速采样结束后，对振动信号进行高速采样；

(2)信号分析及特征量提取

对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行频谱分析和信号积分，提取频谱特征量和振动烈度；对高速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行分析，提取反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量；

(3)建立特征量数据库

将采集提取的屏蔽泵振动加速度信号、屏蔽泵电机电流信号、屏蔽泵转速信号特征量数据进行编制，建立特征量数据库；

(4)异常鉴别及报警

根据特征量数据库提取的振动烈度、声噪声等特征量，设定报警阈值和危险阈值；报警阈值以下为可接受区；报警阈值与危险阈值之间为报警区，在危险阈值以上为危险区；

(5)数据再分析

当屏蔽泵运行出现异常报警或振动特征量有明显变化时，针对屏蔽泵监测特征量数据库进行趋势分析，并针对振动原始信号进行振动时域分析和频谱分析。

2.按照权利要求1所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤(1)中对屏蔽泵振动加速度信号的采集分为低速采样和高速采样；振动加速度信号的低速采样数据的分析频率为1Hz～1kHz，频率分辨率至少为0.5Hz，采样平均次数至少4次；振动加速度信号的高速采样数据的分析频率为1Hz～10kHz，频率分辨率至少1Hz；电机电流和转速信号的采样频率与振动加速度信号低速采样的采样频率一致，每次采样时间不超过1秒。

3.按照权利要求1所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤(2)中对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行频谱分析的方法如下：

获取屏蔽泵的转速后，则可以得到屏蔽泵的振动基频f₀，再对低速采样的加速度信号进行功率谱分析，并以测量到的基频为基准，在功率谱中进行幅度极值搜索，频率与基频最接近所对应的功率谱幅度极大值对应的频率即为主泵转动的最终基频f₁，对应幅度即为基频振动加速度；同理搜索2倍频、3倍频、4倍频和12倍频、1/3倍频、1/2倍频的振动加速度值。

4.按照权利要求1所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤(2)中对低速采样的屏蔽泵振动加速度信号进行振动烈度分析的方法如下：

将采集的加速度信号积分到速度信号，从振动加速度信号得到振动烈度，振动烈度定义为振动速度的均方根值，对振动加速度信号进行傅里叶(Fourier)变换后先进行频域滤波，其表达式为：

$y\left(r\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}H\left(k\right)A\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkr}/N}$

式中：A为加速度信号的离散傅里叶变换，H为滤波器的频率响应函数，由它来确定滤波器的方式和特点，为

式中：f_d为下限截止频率，Δf为频率分辨率，f_u为上限频率；滤波范围选择为振动烈度定义的频率范围10Hz～1000Hz；

滤波后再进行频域积分，先将需要积分的时域信号做傅里叶变换到频域内，则时域积分运算在频域就成为了傅里叶分量系数的正弦、余弦积分互换，其结果再经傅里叶逆变换，得到积分后的时域信号，速度和加速度的傅里叶分量系数的代换关系为：

$V=\frac{A}{\mathrm{i\ω}}$

式中：ω为傅里叶分量对应的频率，i为虚数单位，A和V分别为加速度和速度的傅里叶分量系数。频域积分再经过傅里叶逆变换后就得到振动速度信号，取速度信号的均方根值即得到振动烈度。

5.按照权利要求1所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤(2)中提取反映屏蔽泵口环、轴承、屏蔽套等磨损状态的特征量的方法如下：

采用高频加速度传感器对信号进行检测，并把1kHz以下含有屏蔽泵旋转振动、泵壳振动和支撑结构振动频率成分滤掉，对高速采样加速度信号进行带通滤波保留1kHz～10kHz频率范围内的频率成分，再对滤波后高速采样加速度信号取有效值得到声噪声。

设振动加速度采样序列为a_i(i＝0，1，…n-1)，则声噪声的加速度级L_a(dB)由下式确定，其中a₀＝1um/s²为声学量的振动加速度级基准值。

$L_a=20\log \left(\frac{\sqrt{\frac{a_1^2+a_2^2+...+a_n^n}{n}}}{a_0}\right)$

6.按照权利要求1所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测方法，其特征在于：所述监测方法的步骤(3)中由于屏蔽泵有高速和低速两种工作模式，所设定的相应的报警阈值和危险阈值为两套。

7.一种核反应堆屏蔽泵运行故障监测系统，其特征在于：所述的监测系统由信号探测设备(1)和电气柜设备(2)通过信号线(3)连接组成，具体如下：

信号探测设备(1)内设有加速度传感器(4)和电荷转换器(5)；加速度传感器(4)与电荷转换器(5)通过信号传输电缆连接；电荷转换器(5)通过信号线(3)将信号探测设备(1)与电气柜设备(2)连接；电气柜设备(2)内设有电源适配器(6)、信号采集处理设备(7)、显示器(8)和键盘鼠标(9)；信号采集处理设备(7)内设有转速信号测量模块(10)、报警输出模块(11)、电流信号测量模块(12)、加速度信号测量模块(13)和控制器(14)；各模块之间通过PXI总线连接。

8.按照权利要求7所述的核反应堆屏蔽泵运行故障监测系统，其特征在于：所述的加速度传感器(4)和电荷转换器(5)分别有6套；6套电荷转换器(5)通过6根信号线(3)将信号探测设备(1)与电气柜设备(2)连接。

Images