Anwendung von Vibrationsignalen in Schaltanlagen
Schwingungssignalanalyse zur Gesundheitsüberwachung von Schaltgeräten (CB)
Einführung
Während der Öffnungs- und Schließvorgänge eines Schaltgeräts (CB) wird ein Schwingungssignal erzeugt. Dieses Signal enthält wertvolle Informationen über den Gesundheitszustand des Geräts, einschließlich des Moments der Bogenkontaktöffnung, was Verschleiß, mechanische Probleme oder andere potenzielle Probleme anzeigen kann. Ein kritischer Aspekt der CB-Gesundheitsüberwachung ist die Messung der Ablation der Schaltgerätkontakte, was den progressiven Verlust von Material während jeder Operation bedeutet.
Messung der Ablation der Schaltgerätkontakte
Die Bogenkontakte eines CB werden mit jedem Betrieb kürzer, da sie abgetragen werden. Dieser Ablationsprozess führt zu einer Verzögerung im Zeitpunkt, wann die Bogenkontakte in Kontakt kommen, was mithilfe von Schwingungssignalen überwacht werden kann. Die vorgeschlagene Methode beinhaltet die Messung des Schwingungssignals vom Gehäuse des CB mithilfe eines Beschleunigungsmessers. Die erfassten Daten können auf zwei Hauptweisen verwendet werden:
Vergleich von Schwingungsmustern mit einem Referenzdatensatz:
Quantifizierung der Differenz: Durch den Vergleich des erfassten Schwingungsmusters mit einem Referenzdatensatz (einem bekannten gesunden Zustand des CB) ist es möglich, die Differenz zwischen den beiden zu quantifizieren. Dieser Vergleich kann helfen, Änderungen im Verhalten des CB über die Zeit zu identifizieren, wie zum Beispiel erhöhte Verzögerungen beim Kontaktaufschluss aufgrund der Ablation.
Schwellenwertbasierte Erkennung: Ein Schwellenwert kann festgelegt werden, um eine Warnung auszulösen, wenn die Differenz einen bestimmten Wert überschreitet, was darauf hinweist, dass die Kontakte stark verschlissen sind und möglicherweise Wartung oder Austausch benötigen.
Erkennung des Zeitintervalls:
Zeitintervallanalyse: Durch die Analyse des Zeitintervalls zwischen wichtigen Ereignissen im Schwingungssignal (z.B. dem Moment des Kontaktaufschlusses und -abschlusses) ist es möglich, Änderungen in der mechanischen Zeitsteuerung des CB zu erkennen. Zum Beispiel kann das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Öffnungsprozesses und der tatsächlichen Trennung der Kontakte zunehmen, was auf progressive Ablation hindeutet.
Erkennung von mechanischen Problemen
Die Schwingungsanalyse kann auch dazu verwendet werden, mechanische Probleme im CB zu erkennen. Eine effektive Methode dafür ist die Verwendung von Dynamic Time Warping (DTW), einem Algorithmus, der Zeitreihendaten ausrichtet und vergleicht, selbst wenn sie nicht perfekt synchronisiert sind. DTW ist besonders nützlich, um subtile Änderungen im Schwingungsmuster zu erkennen, die auf mechanische Anomalien hindeuten, wie Fehlausrichtungen, lose Komponenten oder Verschleiß beweglicher Teile.
Schritte zur Verwendung von DTW in der CB-Schwingungsanalyse:
Datenerfassung:
Installieren Sie Beschleunigungsmesser am Gehäuse des CB, um Schwingungsdaten während der Öffnungs- und Schließvorgänge zu erfassen.
Sammeln Sie Basisdaten (Referenz) von einem gesunden CB für den Vergleich.
Vorverarbeitung:
Filtern und normalisieren Sie die Schwingungssignale, um Rauschen zu entfernen und die Konsistenz bei verschiedenen Messungen sicherzustellen.
Segmentieren Sie die Schwingungsdaten in relevante Zeitintervalle, die bestimmte Ereignisse entsprechen (z.B. Kontaktaufschluss, Kontaktabschluss).
Anwendung des DTW-Algorithmus:
Wenden Sie den DTW-Algorithmus an, um die erfassten Schwingungsmuster mit den Referenzdaten zu vergleichen.
Berechnen Sie den Abstand (oder Ähnlichkeitswert) zwischen den beiden Mustern. Ein größerer Abstand weist auf eine größere Abweichung vom normalen Betriebszustand hin.
Anomalieerkennung:
Setzen Sie Schwellenwerte für den DTW-Abstand, um zu identifizieren, wann das Schwingungsmuster signifikant vom Referenzwert abweicht.
Verwenden Sie diese Schwellenwerte, um potenzielle mechanische Probleme wie Fehlausrichtungen, Verschleiß oder andere Fehler zu markieren.
Kontinuierliche Überwachung & periodische Messungen:
Implementieren Sie eine kontinuierliche Überwachung, indem Sie regelmäßig Schwingungsdaten sammeln und sie mit dem Referenzwert mithilfe von DTW vergleichen.
Führen Sie periodische Messungen durch, um die langfristige Gesundheit des CB zu verfolgen und Trends in der mechanischen Degradation zu erkennen.
Beispiel: Schwingungsanalyse mittels DTW für Hochspannungsschaltgeräte (HV-CBs)
Im angegebenen Diagramm wird eine Schwingungsanalyse mit DTW für ein HV-CB dargestellt. Das Diagramm zeigt wahrscheinlich folgendes:
X-Achse: Zeit (oder Stichprobenindex), die die Dauer des CB-Betriebs (Öffnen oder Schließen) repräsentiert.
Y-Achse: Schwingungsamplitude oder eine abgeleitete Metrik (z.B. Beschleunigung) vom Beschleunigungsmesser.
Referenzkurve: Eine glatte Kurve, die das Schwingungsmuster eines gesunden CBs darstellt.
Testkurve: Eine potenziell unregelmäßige Kurve, die das Schwingungsmuster eines CBs mit vermuteten mechanischen Problemen darstellt.
DTW-Abstand: Ein Wert oder eine Kurve, die die Ähnlichkeit oder Unähnlichkeit zwischen der Referenz- und Testkurve zeigt. Ein höherer DTW-Abstand weist auf eine größere Abweichung vom normalen Betriebszustand hin.
Durch die Analyse des DTW-Abstands über die Zeit ist es möglich, Änderungen im mechanischen Verhalten des CB zu erkennen, wie z.B. erhöhten Verschleiß oder Fehlausrichtungen, sogar bevor diese Probleme kritisch werden.
Fazit
Die Schwingungsanalyse, insbesondere unter Verwendung von Dynamic Time Warping (DTW), bietet ein leistungsfähiges diagnostisches Werkzeug zur Überwachung der Gesundheit von Schaltgeräten. Durch den Vergleich von Schwingungsmustern mit Referenzdaten und die Erkennung von Änderungen in den Zeitintervallen von Schlüsselereignissen ist es möglich, mechanische Probleme zu identifizieren, die Kontaktablation zu überwachen und potenzielle Ausfälle vorherzusagen. Diese Methode eignet sich sowohl für kontinuierliche Überwachung als auch für periodische Inspektionen und stellt sicher, dass CBs während ihres gesamten Betriebslebens zuverlässig und sicher bleiben.
