Intelligent nga Diagnosis ug Analysis sa Mekanikal nga Failures sa High-Voltage Isolating Switches

Sa modernong sistema sa kuryente, ang mga high - voltage disconnect switch naggamit og importante nga papel. Sila nagpahibalo sa safe nga isolation sa mga electrical equipment o lines samtang adunay maintenance ug reliability sa normal nga operasyon. Ang mekanikal nga pagkabag-o sa high - voltage disconnect switches sama sa poor contact, actuator failure, o structural component fatigue, makapadako sa impact sa stability ug safety sa tanang power system.Ang tradisyonal nga fault-detection methods gidepende sa regular nga maintenance ug manual inspections.

Ania ang mga metodos wala ra sugad time-consuming ug labor-intensive apan prone usab sa pag-miss sa optimal intervention time sa unang yugto sa fault. Sa patuloy nga progress sa teknolohiya, ang intelligent diagnostic techniques mibuntog, naghatag og mas efficient ug accurate nga solusyon alang sa fault monitoring ug diagnosis.

Ang intelligent diagnostic methods sama sa sensor-based data collection, data processing and analysis, drive-motor current signal analysis, ug resistive strain measurement, makakita sa abnormal behaviors sa high - voltage disconnect switches sa real-time, predict potential faults, ug guide maintenance decisions. Kini nagsayo sa dako ang reliability ug operational efficiency sa power system.

1 Common Types of Mechanical Failures in High - Voltage Disconnect Switches
1.1 Poor Contact Failure

Ang poor contact maininggit gikan sa contact-surface oxidation, insufficient contact pressure, o reduced contact area. Kini nga klase sa pagkabag-o kasagaran mosulti sa pag-increase sa resistance, affecting the conductivity sa high - voltage disconnect switch. Tungod kay poor contact, daghan pa kaayo ang heat nga giproduce tungod sa current nga molabay sa contact points. Kini wala lang nag-accelerate sa wear sa contact points apan mag-cause usab og mas serious nga thermal-effect problems sama sa welding failure o local overheating.

Ang poor contact makapuyo usab sa voltage instability, affecting the voltage quality sa power system. Ang persistent poor-contact issues makapuyo usab sa pag-decline sa insulation performance sa high - voltage disconnect switch, nag-increase sa operational safety risks sa system. Konsekwentemente, importanti nga mahatagan ug atensyon ang poor-contact problems sa high - voltage disconnect switches aron mapasuportahan ang stable ug safe nga operasyon sa power system.

1.2 Actuator Failure

Ang actuator failure usa ka significant issue nga nakakaapekto sa performance sa high - voltage disconnect switches. Kini nga klase sa pagkabag-o nagsama sa mechanical wear, insufficient lubrication, ug component aging. Ang mechanical wear kasagaran nagrefer sa damage sa driving components sama sa bearings ug gears sa long-term repetitive operations. Ang insufficient lubrication nag-increase sa friction, nag-accelerate sa wear rate sa mechanical parts ug nag-reduce sa operational efficiency sa actuator.

Tungod sa pagtaas sa service time, ang iba't ibang components sa actuator mogubos sa ilang original nga properties o deform tungod sa material aging, affecting the reliability ug safety sa entire high - voltage disconnect switch operation. Kon wala matukod ug ma-address niini nga mga failures sa immediate manner, makapuyo kini sa incorrect operation sa high - voltage disconnect switch, ug sa severe cases, even endanger the stable operation sa entire power system.

1.3 Structural Component Fatigue and Damage Failure

Ang structural component fatigue and damage failures kasagaran mobuntog sa influence sa long-term mechanical stress ug environmental factors. Ang structural components sama sa pillars, connecting rods, ug bearings gradual na mog-experience sa material fatigue sa action sa long-term mechanical stress, especially sa frequent opening ug closing operations. Sa panahon, ang mga stresses mag-accumulate sa material, leading to the generation ug propagation sa micro-cracks, which eventually develop into significant mechanical damage.

Bisan sa environmental factors sama sa temperature changes, humidity, ug corrosive environments makapuya sa fatigue rate sa structural components, affecting their mechanical properties ug service life. Ang structural component fatigue and damage failures wala lang affect the normal function sa high - voltage disconnect switches apan pose usab og threat sa overall stability sa power system.

2 Intelligent Diagnosis Methods for Mechanical Failures of High - Voltage Disconnect Switches
2.1 Sensors and Data Collection

Ang sensors nag-play og vital role sa mechanical fault diagnosis sa high - voltage disconnect switches. Sila kasagaran responsible sa pag-capture sa key physical parameters samtang ang equipment nag-operate, sama sa vibration, sound, temperature, ug current. Para sa high - voltage disconnect switches, ang primary nga sensors nga gigamit kasagaran ang vibration sensors, acoustic emission sensors, ug current and voltage sensors.

Ang vibration sensors gamiton aron mopili sa vibration frequency ug amplitude nga giproduce sa mga components sa equipment samtang nag-operate. Sa pag-analyze sa vibration data, posible na mopredict sa equipment wear ug existing faults. Kasagaran, ang vibration frequency sa normally operating high - voltage disconnect switch dapat naa sa standard range (usually, ang threshold gitakda sa more than 10 times sa operating frequency). Kon gibutang niini, possible na may anomaly. Ania ang schematic diagram sa vibration sensor sa Figure 1.

Ang acoustic emission sensors nag-capture sa sound batas sa high-frequency sound waves nga giproduce sa material o structural defects. Samtang ang high - voltage disconnect switch nag-operate, kon may cracks o looseness, ang acoustic emission sensors maka-promptly capture sa sound fluctuations nga gipause sa minor deformations o ruptures. Ang principle sa acoustic emission sensor ania sa Figure 2.

Ang current and voltage sensors mainly monitor changes sa current ug voltage levels nga molabay sa high - voltage disconnect switch. Abnormal current or voltage readings gikan sa kini nga sensors usually indicate problems sa electrical connections or functionality.

1 - Bolt holes; 2 - Foundation;3 - Piezoelectric crystals;4 - Electronic Amplifier;5 - Terminal Connector

Sa terms sa data collection, ang primary nga task mao ang pag-convert sa data nga collected sa mga sensors ngadto sa usable information. Ang data collection system kasagaran nagsama sa sumala nga tulo nga aspeto:

• Data Acquisition Unit (DAU). Ang DAU kasagaran responsible sa pag-receive sa analog signals gikan sa iba't ibang sensors ug conversion sa kini nga analog signals ngadto sa digital signals. Ang DAU siguro nga ang data collected sa appropriate rate (usually with a response time in the millisecond range) ug with a certain precision (usually reaching 16 bits or higher) aron mapasuportahan ang subsequent processing requirements.

• Data Transmission. Ang collected data gitransmit sa central processing server pinaagi sa stable communication network. Kini nga yugto kasagaran dependent sa wireless communication technologies sama sa Wi-Fi or 4G/5G networks, nga makapatubo sa speed ug efficiency sa data transmission ug reduce ang complexity ug cost sa wiring.

• Data Storage and Management. Matapos ang successful data transmission, kinahanglan nga effective ang data storage ug management sa server or in the cloud aron mapasuportahan ang more complete database. Ang data storage kinahanglan nga support fast access ug large-scale data analysis, kini nag-require sa high-performance databases aron mapasuportahan ang data query ug retrieval. Ania ang schematic diagram sa database establishment sa Figure 3.

Pinaagi sa sensors ug data collection, ang real-time monitoring sa operating status ug performance indicators sa equipment makapuyo sa prompt detection sa potential defects, providing a necessary basis for intelligent diagnosis of mechanical failures, preventing the occurrence of failures, ug ensuring the stable operation sa power system.

2.2 Data Processing and Analysis
2.2.1 Time-Frequency Analysis

Ang time-frequency analysis usa ka efficient nga data-processing method nga makuha ang signals from the time domain ngadto sa frequency domain, thereby revealing the internal characteristics ug changing trends sa signals. Ang commonly used time-frequency analysis methods include Short-Time Fourier Transform (STFT), wavelet transform, ug Wigner-Ville distribution.

Ang STFT perform a local Fourier transform sa signal pinaagi sa window sa fixed size, making it suitable for analyzing signals whose frequencies change slowly over time. Bisan sa monitoring sa actuator, ang STFT makaeffective identify frequency drifts caused by friction or structural looseness.

Ang wavelet transform makapuyo sa windows sa variable size, making it suitable for processing signals with instantaneous mutation characteristics. Pinaagi sa pag-adjust sa mother wavelet function, precise identification sa abnormal vibrations within a specific frequency band makapuyo.

As an advanced time-frequency analysis tool, ang Wigner-Ville distribution, despite generating cross-term interference, offers a more refined analysis sa signal's time ug frequency, making it particularly suitable for fault detection in complex signal environments.

Sa practical applications, combining the above-mentioned time-frequency analysis methods with the original data measured by sensors can accurately monitor ug diagnose the operating conditions sa high - voltage disconnect switches. Sa normal operating conditions, ang frequency range sa high - voltage disconnect switches kasagaran maintained sa 50-100 Hz; while in the case sa poor contact, structural component fatigue, ug damage failures, ang frequency sa high - voltage disconnect switches will shift significantly or new frequency components will appear.

2.2.2 Machine Learning and Pattern Recognition

Una, matapos ang data collection, through a pre-processing stage such as noise elimination ug feature extraction, input data prepared for machine-learning algorithms. Ang data includes frequency components sa vibration signals, waveform characteristics sa electrical parameters, etc.

Pangalawa, supervised learning algorithms sama sa Support Vector Machines (SVM) ug Random Forest makagamit aron classify ang data obtained from sensors. Kini nga mga algorithms trained aron identify different types of fault patterns, such as the unique signal patterns caused by poor contact or actuator failures. Sa practical applications, thousands of data points input sa algorithms for training aron ensure na sila makaprecisely identify fault states.

Finally, deep-learning techniques, especially Convolutional Neural Networks (CNN), makagamit for complex pattern recognition. Ang deep-learning techniques makapuyo extract useful information from large-scale multi-dimensional data through their automatic feature-learning capabilities, improving the accuracy of diagnosis. Bisan sa specific CNN model, several convolutional layers ug pooling layers designed aron process the collected video image data aron identify typical fault features.

2.3 Drive Motor Current Signal Analysis

Real-time monitoring ug analysis sa current signals generated during the operation sa drive motor makapredict ug diagnose potential mechanical failures. Ang drive motor current signal analysis generally focuses sa detecting small changes sa current signal aron determine the anomalies or wear sa mechanical components.

Kon may failures sa mechanical components sa high - voltage disconnect switch, sama sa bearing damage, gear wear, or imbalance, indirect siya mag-impact sa load sa drive motor, thereby causing specific pattern variations sa its current signal.

Sa terms sa data analysis, ang current sensor gamiton aron record sa current waveform under normal operating conditions around the motor's power-supply coil. Ang sampling frequency usually set above 20 kHz aron capture detailed information ug ensure high-precision data parsing.

Sa terms sa feature extraction, ang Fourier transform gamiton aron convert sa time-domain current signal ngadto sa frequency-domain signal, helping to identify harmonic anomalies caused by mechanical failures. Bisan sa fault-free conditions, ang drive motor current signal mainly contains the fundamental frequency ug its integer-multiple harmonics. Kon may fault, such as bearing failure, new peaks observed sa specific frequencies.

Sa subsequent data processing, statistical methods makagamit aron analyze the extracted frequencies. Bisan sa calculation sa amplitude changes sa each frequency point, ug train a fault-identification model using a machine-learning algorithm. Ang input sa algorithm mao ang frequency characteristics sa current signal, ug ang output mao ang prediction sa fault type ug severity.

Pinaagi sa analysis sa current signal, ang deviation sa current signal makapuantify. Bisan sa initial stage sa bearing failure, ang amplitude sa current harmonic makaincrease sa 5-10 A, while in the case sa gear wear, ang amplitude sa relevant harmonic makaincrease sa 3-8 A. Kini makapuyo sa maintenance team aron accurately determine the equipment status ug plan maintenance work, thereby avoiding large-scale power outages caused by failures.

2.4 Application of Resistance Strain Measurement Technology

Ang resistance strain measurement technology makagamit aron monitor the structural stress ug deformation sa high - voltage disconnect switches. Kini nga teknolohiya realized pinaagi sa resistance strain gauges installed sa key components.

Ang resistance strain gauge mao ang sensor nga convert sa mechanical deformation ngadto sa electrical signal. Ang iyang working principle based sa property nga ang resistance value sa metal conductor changes when it is deformed under force. Ania ang schematic diagram sa resistance strain gauge structure sa Figure 4.

Sa selection sa resistance strain gauges, makapili og high-precision metal foil resistance strain gauges. Kini nga mga gauges adunay good linear characteristics ug stable temperature response, ug usually installed sa positions sa high - voltage disconnect switch nga most stressed ug most prone sa fatigue, sama sa contact arm ug rotating shaft.

Matapos ang selection ug installation sa resistance strain gauges, ang gauges required nga connected sa data collection system pinaagi sa wires. Ang data collection system responsible sa recording sa resistance changes transmitted from the resistance strain gauges ug converting them into voltage signals for reading. Ang data collection system needs to have a high-speed sampling rate ug high resolution aron ensure nga it can capture the rapid strain changes generated during the operation sa high - voltage disconnect switch. Ang sampling rate used usually in the kilohertz range, ug ang resolution reaches the millivolt level.

Appropriate software used aron process the collected voltage signals. Una, filtering performed aron remove possible noise interference, ug then mathematical algorithms such as the Fast Fourier Transform (FFT) used aron analyze the signal spectrum ug extract strain data. Ang strain data can be converted aron obtain the actual stress state sa corresponding component.

Ang measured strain data compared sa pre-established stress model sa high - voltage disconnect switch aron evaluate the current health status sa equipment. Kon ang monitored stress exceeds the design threshold, ang data collection system will automatically issue a warning signal aron remind the operation and maintenance personnel to conduct inspections or maintenance.

3 Conclusion

Kini nga article in-depth explored ang common types sa mechanical failures sa high - voltage disconnect switches ug their intelligent diagnosis methods. Using intelligent diagnosis methods for mechanical failures sa high - voltage disconnect switches not only improve the reliability sa equipment operation apan significantly reduce maintenance costs ug optimize the maintenance decision-making process.

Sa progress sa science and technology ug the increasing maturity sa data analysis technology, relevant personnel need to increase research investment aron improve the intelligent diagnosis level sa mechanical failures sa high - voltage disconnect switches, providing strong support for the stable operation sa power system.