Application du signal de vibration dans les appareils de distribution électrique

Analyse du signal de vibration pour la surveillance de l'état de santé des disjoncteurs (CB)

Introduction

Lors des processus d'ouverture et de fermeture d'un disjoncteur (CB), un signal de vibration est généré. Ce signal contient des informations précieuses sur l'état de santé de l'équipement, y compris le moment de l'ouverture des contacts d'arc, qui peut indiquer l'usure, les problèmes mécaniques ou d'autres problèmes potentiels. Un aspect crucial de la surveillance de l'état de santé du CB est la mesure de l'abrasion des contacts de l'appareillage, qui fait référence à la réduction progressive des contacts d'arc en raison de la perte de matériau lors de chaque opération.

Mesure de l'abrasion des contacts de l'appareillage

Les contacts d'arc d'un CB deviennent progressivement plus courts au fur et à mesure qu'ils s'abradient lors de chaque opération. Ce processus d'abrasion conduit à un retard dans l'instant où les contacts d'arc entrent en contact, ce qui peut être surveillé en utilisant des signaux de vibration. La méthode proposée consiste à mesurer le signal de vibration de la coque du CB à l'aide d'un accéléromètre. Les données acquises peuvent être utilisées de deux manières principales :

1. Comparaison des motifs de vibration avec un enregistrement de référence :

• Quantification de la différence : En comparant le motif de vibration acquis avec un enregistrement de référence (un état connu sain du CB), il est possible de quantifier la différence entre les deux. Cette comparaison peut aider à identifier les changements dans le comportement du CB au fil du temps, tels que des retards accrues dans le contact en raison de l'abrasion.

• Détection basée sur un seuil : Un seuil peut être fixé pour déclencher une alerte si la différence dépasse un certain niveau, indiquant que les contacts sont significativement usés et peuvent nécessiter une maintenance ou un remplacement.

2. Détection de l'intervalle de temps :

• Analyse de l'intervalle de temps : En analysant l'intervalle de temps entre les événements clés du signal de vibration (par exemple, le moment de l'ouverture et de la fermeture des contacts), il est possible de détecter les changements dans le timing mécanique du CB. Par exemple, à mesure que les contacts s'usent, l'intervalle de temps entre le début du processus d'ouverture et la séparation effective des contacts peut augmenter, indiquant une abrasion progressive.

Détection des problèmes mécaniques

L'analyse de vibration peut également être utilisée pour détecter des problèmes mécaniques dans le CB. Une méthode efficace pour cela est l'utilisation de la Distorsion Temporelle Dynamique (DTW), un algorithme qui aligne et compare les données de séries temporelles, même si elles ne sont pas parfaitement synchronisées. Le DTW est particulièrement utile pour détecter des changements subtils dans le motif de vibration qui peuvent indiquer des anomalies mécaniques, telles que le désalignement, les composants lâches ou l'usure des parties mobiles.

Étapes pour utiliser le DTW dans l'analyse de vibration du CB :

1. Collecte de données :

• Installez des accéléromètres sur la coque du CB pour collecter des données de vibration pendant les opérations d'ouverture et de fermeture.

• Collectez des données de vibration de référence (baselines) d'un CB sain pour la comparaison.

2. Prétraitement :

• Filtrez et normalisez les signaux de vibration pour éliminer le bruit et assurer la cohérence entre différentes mesures.

• Segmentez les données de vibration en intervalles de temps pertinents correspondant à des événements spécifiques (par exemple, l'ouverture des contacts, la fermeture des contacts).

3. Application de l'algorithme DTW :

• Appliquez l'algorithme DTW pour comparer les motifs de vibration collectés avec les données de référence.

• Calculez la distance (ou le score de similarité) entre les deux motifs. Une distance plus grande indique une déviation plus importante par rapport à la condition de fonctionnement normale.

4. Détection d'anomalies :

• Fixez des seuils pour la distance DTW afin d'identifier lorsque le motif de vibration s'écarte significativement de la référence.

• Utilisez ces seuils pour signaler des problèmes mécaniques potentiels, tels que le désalignement, l'usure ou d'autres défauts.

5. Surveillance continue & Mesures périodiques :

• Mettez en place une surveillance continue en collectant régulièrement des données de vibration et en les comparant à la référence à l'aide du DTW.

• Effectuez des mesures périodiques pour suivre la santé à long terme du CB et détecter les tendances de la dégradation mécanique.

Exemple : Analyse de vibration par DTW pour les disjoncteurs haute tension (HV)

Dans le graphique fourni, une analyse de vibration utilisant le DTW est montrée pour un disjoncteur HV. Le graphique montre probablement ce qui suit :

• Axe X : Temps (ou indice d'échantillon) représentant la durée de l'opération du CB (ouverture ou fermeture).

• Axe Y : Amplitude de vibration ou une métrique dérivée (par exemple, l'accélération) provenant de l'accéléromètre.

• Courbe de référence : Une courbe lisse représentant le motif de vibration d'un CB sain.

• Courbe de test : Une courbe potentiellement irrégulière représentant le motif de vibration d'un CB ayant des problèmes mécaniques suspects.

• Distance DTW : Une valeur ou une courbe montrant la similarité ou la dissimilarité entre les courbes de référence et de test. Une distance DTW plus élevée indique une déviation plus grande par rapport à la condition de fonctionnement normale.

En analysant la distance DTW au fil du temps, il est possible de détecter les changements dans le comportement mécanique du CB, tels que l'usure accrue ou le désalignement, même avant que ces problèmes ne deviennent critiques.

Conclusion

L'analyse du signal de vibration, en particulier en utilisant la Distorsion Temporelle Dynamique (DTW), fournit un outil de diagnostic puissant pour la surveillance de l'état de santé des disjoncteurs. En comparant les motifs de vibration avec les données de référence et en détectant les changements dans les intervalles de temps des événements clés, il est possible d'identifier les problèmes mécaniques, de surveiller l'abrasion des contacts et de prédire les pannes potentielles. Cette méthode est adaptée à la fois pour la surveillance continue et les inspections périodiques, garantissant que les CB restent fiables et sûrs tout au long de leur vie opérationnelle.