Aplikace vibracních signálů v rozvodu
Analýza vibrací pro sledování stavu vypínače (CB)
Úvod
Během otevírání a zavírání vypínače (CB) se generuje vibrační signál. Tento signál obsahuje cenné informace o stavu zařízení, včetně okamžiku otevření obloukových kontaktů, který může indikovat opotřebení, mechanické problémy nebo jiné potenciální problémy. Jedním z klíčových aspektů sledování stavu CB je měření ablace spojovacích kontaktů v rozvodu, což znamená postupné zkrácení obloukových kontaktů kvůli ztrátě materiálu během každé operace.
Měření ablace spojovacích kontaktů v rozvodu
Obloukové kontakty CB se postupně zkracují, když jsou během každé operace ablovány. Tento proces ablace vede k prodlení v okamžiku, kdy se obloukové kontakty dotýkají, což lze sledovat pomocí vibračních signálů. Navrhovaná metoda zahrnuje měření vibračního signálu ze skořápky CB pomocí akcelerometru. Získaná data lze použít dvěma hlavními způsoby:
Porovnání vzorů vibrací s referenčním záznamem:
Kvantifikace rozdílu: Porovnáním získaného vzoru vibrací s referenčním záznamem (známým zdravým stavem CB) je možné kvantifikovat rozdíl mezi oběma. Toto porovnání může pomoci identifikovat změny v chování CB v průběhu času, jako je například zvýšené prodlení při dotyku kontaktů kvůli ablací.
Detekce na základě hranice: Může být nastavena hranice, která spustí upozornění, pokud rozdíl překročí určitou úroveň, což indikuje, že kontakty jsou výrazně opotřebované a mohou vyžadovat údržbu nebo výměnu.
Detekce časového intervalu:
Analýza časového intervalu: Analýzou časového intervalu mezi klíčovými událostmi v vibračním signálu (např. okamžik otevření a zavření kontaktů) je možné detekovat změny v mechanickém časování CB. Například, když se kontakty opotřebují, může doba mezi začátkem procesu otevírání a skutečným oddělením kontaktů zvýšit, což indikuje postupnou ablaci.
Detekce mechanických problémů
Analýza vibrací může být také použita k detekci mechanických problémů v CB. Jedna efektivní metoda pro toto je použití dynamického časového warpingu (DTW), algoritmu, který zarovnává a porovnává časové řady dat, i když nejsou dokonale synchronizovány. DTW je zejména užitečný pro detekci jemných změn ve vzoru vibrací, které mohou indikovat mechanické anomálie, jako je nesoulad, volné komponenty nebo opotřebení pohyblivých částí.
Kroky pro použití DTW v analýze vibrací CB:
Sběr dat:
Nainstalujte akcelerometry na skořápku CB pro sběr vibračních dat během otevírání a zavírání.
Sběr referenčních (baseline) vibračních dat ze zdravého CB pro porovnání.
Předzpracování:
Filtrování a normalizace vibračních signálů pro odstranění šumu a zajistění konzistence různých měření.
Segmentace vibračních dat do relevantních časových intervalů odpovídajících specifickým událostem (např. otevření kontaktu, zavření kontaktu).
Aplikace algoritmu DTW:
Použijte algoritmus DTW k porovnání získaných vzorů vibrací s referenčními daty.
Vypočítejte vzdálenost (nebo skóre podobnosti) mezi oběma vzory. Větší vzdálenost indikuje větší odchylku od normálního provozního stavu.
Detekce anomálií:
Nastavte hranice pro vzdálenost DTW, aby bylo možné identifikovat, kdy se vzorek vibrací výrazně liší od referenčního.
Použijte tyto hranice k označení potenciálních mechanických problémů, jako je nesoulad, opotřebení nebo jiné poruchy.
Kontinuální sledování & pravidelné měření:
Implementujte kontinuální sledování pravidelným sběrem vibračních dat a jejich porovnáním s referencí pomocí DTW.
Provádějte pravidelná měření pro sledování dlouhodobého stavu CB a detekci trendů v mechanickém degradaci.
Příklad: Analýza vibrací pomocí DTW pro vysokoproudé (HV) CB
V poskytnutém grafu je ukázána analýza vibrací pomocí DTW pro HV CB. Graf pravděpodobně zobrazuje následující:
X-osa: Čas (nebo index vzorku) reprezentující dobu trvání operace CB (otevírání nebo zavírání).
Y-osa: Amplituda vibrace nebo odvozený ukazatel (např. zrychlení) z akcelerometru.
Referenční křivka: Hladká křivka reprezentující vzorek vibrací zdravého CB.
Testovací křivka: Potenciálně nerovnoměrná křivka reprezentující vzorek vibrací CB s podezřelými mechanickými problémy.
Vzdálenost DTW: Hodnota nebo křivka ukazující podobnost nebo nepodobnost mezi referenční a testovací křivkou. Větší vzdálenost DTW indikuje větší odchylku od normálního provozního stavu.
Analýzou vzdálenosti DTW v průběhu času je možné detekovat změny v mechanickém chování CB, jako je zvýšené opotřebení nebo nesoulad, i před tím, než se tyto problémy stávají kritické.
Závěr
Analýza vibračních signálů, zejména pomocí dynamického časového warpingu (DTW), poskytuje silný diagnostický nástroj pro sledování stavu vypínačů. Porovnáním vzorů vibrací s referenčními daty a detekcí změn v časových intervalech klíčových událostí je možné identifikovat mechanické problémy, sledovat ablaci kontaktů a předpovědět potenciální selhání. Tato metoda je vhodná jak pro kontinuální sledování, tak pro pravidelné inspekce, což zajišťuje, že CB zůstanou spolehlivé a bezpečné po celou dobu svého provozu.
