کاربرد سیگنال ارتعاش در تجهیزات کلیدزنی

تحلیل سیگنال ارتعاش برای نظارت بر وضعیت برشکن (CB)

مقدمه

در طول فرآیندهای باز کردن و بستن یک برشکن (CB)، یک سیگنال ارتعاش تولید می‌شود. این سیگنال شامل اطلاعات ارزشمند درباره وضعیت سلامت تجهیزات، از جمله لحظه باز شدن تماس قوس، که می‌تواند نشان‌دهنده خوردگی، مشکلات مکانیکی یا مشکلات بالقوه دیگر باشد. یک جنبه مهم در نظارت بر وضعیت CB اندازه‌گیری فرسایش تماس‌های تجهیزات است که به کوتاه شدن تدریجی تماس‌های قوس به دلیل از دست دادن ماده در هر عملیات اشاره دارد.

اندازه‌گیری فرسایش تماس‌های تجهیزات

تماس‌های قوس CB با گذشت زمان کوتاه می‌شوند زیرا در هر عملیات فرسایش می‌کنند. این فرآیند منجر به تأخیر در زمانی که تماس‌های قوس با هم تماس می‌گیرند می‌شود که می‌توان از طریق سیگنال‌های ارتعاش نظارت کرد. روش پیشنهادی شامل اندازه‌گیری سیگنال ارتعاش از پوسته CB با استفاده از آکسلرومتر است. داده‌های بدست آمده می‌توانند به دو روش اصلی استفاده شوند:

1. مقایسه الگوهای ارتعاش با ضبط مرجع:

• کمی کردن تفاوت: با مقایسه الگوی ارتعاش بدست آمده با ضبط مرجع (وضعیت سالم معروف CB)، می‌توان تفاوت بین دو مورد را کمی کرد. این مقایسه می‌تواند به شناسایی تغییرات در رفتار CB در طول زمان کمک کند، مانند تأخیرهای افزایش یافته در تماس به دلیل فرسایش.

• تشخیص مبتنی بر آستانه: می‌توان آستانه‌ای تنظیم کرد تا در صورتی که تفاوت از سطح خاصی عبور کند، هشداری را فعال کند، که نشان می‌دهد تماس‌ها به طور قابل توجهی خوردگی یافته‌اند و ممکن است نیاز به تعمیر یا تعویض داشته باشند.

2. تشخیص بازه زمانی:

• تحلیل بازه زمانی: با تحلیل بازه زمانی بین رویدادهای کلیدی در سیگنال ارتعاش (به عنوان مثال، لحظه باز شدن و بستن تماس)، می‌توان تغییرات در زمان‌بندی مکانیکی CB را تشخیص داد. به عنوان مثال، با گذشت زمان و خوردگی تماس‌ها، بازه زمانی بین شروع فرآیند باز شدن و جدایی واقعی تماس‌ها ممکن است افزایش یابد که نشان‌دهنده فرسایش تدریجی است.

تشخیص مشکلات مکانیکی

تحلیل ارتعاش نیز می‌تواند برای تشخیص مشکلات مکانیکی در CB استفاده شود. یک روش مؤثر برای این کار استفاده از الگوریتم Dynamic Time Warping (DTW) است که داده‌های سری زمانی را هم‌تطبیق می‌کند و مقایسه می‌کند حتی اگر کاملاً همزمان نباشند. DTW به ویژه برای تشخیص تغییرات جزئی در الگوی ارتعاش که ممکن است نشان‌دهنده ناهماهنگی‌ها، اجزای آزاد یا خوردگی در قطعات متحرک باشد، مفید است.

مراحل استفاده از DTW در تحلیل ارتعاش CB:

1. جمع‌آوری داده:

• نصب آکسلرومترها روی پوسته CB برای جمع‌آوری داده‌های ارتعاش در طول عملیات باز کردن و بستن.

• جمع‌آوری داده‌های ارتعاش مرجع از یک CB سالم برای مقایسه.

2. پیش‌پردازش:

• فیلتر کردن و نرمال‌سازی سیگنال‌های ارتعاش برای حذف نویز و تضمین یکسانی در اندازه‌گیری‌های مختلف.

• تقسیم داده‌های ارتعاش به بازه‌های زمانی مربوط به رویدادهای خاص (به عنوان مثال، باز شدن تماس، بستن تماس).

3. کاربرد الگوریتم DTW:

• استفاده از الگوریتم DTW برای مقایسه الگوهای ارتعاش جمع‌آوری شده با داده‌های مرجع.

• محاسبه فاصله (یا نمره شباهت) بین دو الگو. فاصله بزرگ‌تر نشان‌دهنده انحراف بیشتر از شرایط عملکردی معمول است.

4. تشخیص ناهماهنگی:

• تنظیم آستانه‌هایی برای فاصله DTW به منظور شناسایی زمانی که الگوی ارتعاش از مرجع به طور قابل توجهی انحراف می‌یابد.

• استفاده از این آستانه‌ها برای نشان‌دادن مشکلات مکانیکی محتمل، مانند ناهماهنگی، خوردگی یا خرابی‌های دیگر.

5. نظارت مداوم & اندازه‌گیری دوره‌ای:

• اجرای نظارت مداوم با جمع‌آوری منظم داده‌های ارتعاش و مقایسه آن‌ها با مرجع با استفاده از DTW.

• انجام اندازه‌گیری‌های دوره‌ای برای ردیابی سلامت بلندمدت CB و شناسایی روندهای تخریب مکانیکی.

مثال: تحلیل ارتعاش با استفاده از DTW برای برشکن‌های ولتاژ بالا (HV)

در نمودار ارائه شده، تحلیل ارتعاش با استفاده از DTW برای یک CB HV نشان داده شده است. نمودار ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• محور X: زمان (یا شماره نمونه) که مدت زمان عملیات CB (باز کردن یا بستن) را نشان می‌دهد.

• محور Y: دامنه ارتعاش یا یک معیار مشتق شده (مانند شتاب) از آکسلرومتر.

• منحنی مرجع: یک منحنی صاف که الگوی ارتعاش یک CB سالم را نشان می‌دهد.

• منحنی آزمون: یک منحنی ممکن است نامنظم که الگوی ارتعاش یک CB با مشکلات مکانیکی مشکوک را نشان می‌دهد.

• فاصله DTW: یک مقدار یا منحنی که شباهت یا عدم شباهت بین منحنی‌های مرجع و آزمون را نشان می‌دهد. فاصله DTW بالاتر نشان‌دهنده انحراف بیشتر از شرایط عملکردی معمول است.

با تحلیل فاصله DTW در طول زمان، می‌توان تغییرات در رفتار مکانیکی CB را شناسایی کرد، مانند خوردگی افزایش یافته یا ناهماهنگی، حتی قبل از اینکه این مشکلات بحرانی شوند.

نتیجه‌گیری

تحلیل سیگنال ارتعاش، به ویژه با استفاده از Dynamic Time Warping (DTW)، ابزار تشخیصی قدرتمندی برای نظارت بر وضعیت برشکن‌ها ارائه می‌دهد. با مقایسه الگوهای ارتعاش با داده‌های مرجع و تشخیص تغییرات در بازه‌های زمانی رویدادهای کلیدی، می‌توان مشکلات مکانیکی را شناسایی کرد، فرسایش تماس‌ها را نظارت کرد و شکست‌های محتمل را پیش‌بینی کرد. این روش برای هر دو نوع نظارت مداوم و بازرسی‌های دوره‌ای مناسب است، که مطمئن می‌شود CB‌ها طی عمر عملیاتی خود قابل اعتماد و ایمن باشند.