کاربرد سیگنال لرزش در تجهیزات کلیدزنی

تحلیل سیگنال ارتعاش برای نظارت بر وضعیت سلامت مداربر قطع‌کننده (CB)

مقدمه

در طول فرآیند باز شدن و بسته شدن یک مداربر قطع‌کننده (CB)، یک سیگنال ارتعاش تولید می‌شود. این سیگنال شامل اطلاعات ارزشمندی درباره وضعیت سلامت تجهیزات، از جمله لحظه باز شدن تماس القا، که می‌تواند نشان‌دهنده خوردگی، مشکلات مکانیکی یا دیگر مشکلات بالقوه است. یک جنبه حیاتی در نظارت بر وضعیت سلامت CB اندازه‌گیری تخریب تماس‌های تجهیزات مسقف است که به معنای کوتاه شدن تدریجی تماس‌های القا به دلیل از دست دادن ماده در هر عملیات است.

اندازه‌گیری تخریب تماس‌های تجهیزات مسقف

تماس‌های القا یک CB به تدریج کوتاه‌تر می‌شوند زیرا در هر عملیات تخریب می‌شوند. این فرآیند تخریب منجر به تأخیر در زمان لحظه تماس تماس‌های القا می‌شود که می‌توان آن را با استفاده از سیگنال‌های ارتعاش نظارت کرد. روش پیشنهادی شامل اندازه‌گیری سیگنال ارتعاش از پوسته CB با استفاده از شتاب‌سنج است. داده‌های بدست آمده می‌توانند به دو روش اصلی استفاده شوند:

1. مقایسه الگوهای ارتعاش با ضبط مرجع:

• کمی‌سازی تفاوت: با مقایسه الگوی ارتعاش بدست آمده با ضبط مرجع (حالت سالم شناخته شده CB)، می‌توان تفاوت بین دو مورد را کمی کرد. این مقایسه می‌تواند به شناسایی تغییرات در رفتار CB در طول زمان کمک کند، مانند افزایش تأخیر در تماس به دلیل تخریب.

• تشخیص مبتنی بر آستانه: می‌توان آستانه‌ای تنظیم کرد تا در صورتی که تفاوت از حدی خاص عبور کند، هشداری تولید شود که نشان‌دهنده این است که تماس‌ها به طور قابل توجهی خوردگی یافته‌اند و ممکن است نیاز به تعمیر یا تعویض داشته باشند.

2. تشخیص فاصله زمانی:

• تحلیل فاصله زمانی: با تحلیل فاصله زمانی بین رویدادهای کلیدی در سیگنال ارتعاش (مانند لحظه باز شدن و بسته شدن تماس)، می‌توان تغییرات در زمان‌بندی مکانیکی CB را تشخیص داد. به عنوان مثال، با خوردگی تماس‌ها، فاصله زمانی بین شروع فرآیند باز شدن و جدا شدن واقعی تماس‌ها ممکن است افزایش یابد که نشان‌دهنده تخریب 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 پیچش زمانی پویا (DTW) است، یک الگوریتم که داده‌های سری زمانی را همسان‌سازی و مقایسه می‌کند، حتی اگر آنها کاملاً همزمان نباشند. DTW به ویژه برای تشخیص تغییرات ظریف 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 شتاب‌سنج‌ها روی پوسته CB برای جمع‌آوری داده‌های ارتعاش در طول عملیات باز شدن و بسته شدن.

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

2. پیش‌پردازش:

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

• تقسیم داده‌های ارتعاش به بازه‌های زمانی مربوط به رویدادهای خاص (مانند باز شدن تماس، بسته شدن تماس).

3. استفاده از الگوریتم DTW:

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

• محاسبه فاصله (یا نمره شباهت) بین دو الگو. یک فاصله بزرگ‌تر نشان‌دهنده انحراف بیشتر از شرایط عملیاتی عادی است.

4. تشخیص ناهماهنگی:

• تنظیم آستانه‌ها 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 بالقوه، مانند ناهماهنگی، خوردگی یا دیگر خرابی‌ها.

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 تشخیص روندهای تخریب مکانیکی.

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

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

• محور X: زمان (یا شاخص نمونه) که مدت عملیات CB (باز شدن یا بسته شدن) را نشان می‌دهد.

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

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

• منحنی آزمایشی: 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 آزمایشی را نشان می‌دهد. یک فاصله DTW بزرگ‌تر نشان‌دهنده انحراف بیشتر از شرایط عملیاتی عادی است.

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

نتیجه‌گیری

تحلیل سیگنال ارتعاش، به ویژه با استفاده از پیچش زمانی پویا (DTW)، ابزار تشخیصی قدرتمندی برای نظارت بر وضعیت سلامت مداربرهای قطع‌کننده فراهم می‌کند. با مقایسه الگوهای ارتعاش با داده‌های مرجع و تشخیص تغییرات در بازه‌های زمانی رویدادهای کلیدی، می‌توان مشکلات مکانیکی را شناسایی کرد، تخریب تماس‌ها را نظارت کرد و خرابی‌های بالقوه را پیش‌بینی کرد. این روش برای هر دو نوع نظارت مداوم و بازرسی‌های دوره‌ای مناسب است و اطمینان می‌دهد که CB‌ها طی عمر عملیاتی خود قابل اعتماد و ایمن باقی بمانند.