振動信号のスイッチギアへの応用
回路遮断器（CB）の健康状態監視のための振動信号分析
はじめに
回路遮断器（CB）の開閉過程で振動信号が生成されます。この信号には、装置の健康状態に関する貴重な情報が含まれており、アーキング接触の開閉時刻など、摩耗や機械的な問題その他の潜在的な問題を示すことができます。CBの健康状態監視における重要な側面の一つは、スイッチギア接触の磨耗測定です。これは、各操作時に材料が失われてアーキング接触が徐々に短くなることを指します。
スイッチギア接触の磨耗測定
CBのアーキング接触は、各操作中に磨耗して徐々に短くなります。この磨耗プロセスにより、アーキング接触が触れ合う瞬間が遅れることがあり、これを振動信号を使って監視することができます。提案される方法は、加速度計を使用してCBの外殻から振動信号を測定することです。取得されたデータは主に以下の2つの方法で使用できます：
参照記録との振動パターン比較:
差異の定量化：取得された振動パターンを参照記録（CBの正常な状態）と比較することで、両者の差異を定量化することができます。この比較は、時間とともにCBの動作の変化を識別するのに役立ちます。例えば、磨耗による接触の触れ合いの遅延などが含まれます。
閾値ベースの検出：差異が一定のレベルを超えた場合にアラートを発生させる閾値を設定することができます。これは、接触が著しく摩耗しメンテナンスまたは交換が必要であることを示します。
時間間隔の検出:
時間間隔解析：振動信号内の主要なイベント（例えば、接触の開閉時刻）間の時間間隔を解析することで、CBの機械的なタイミングの変化を検出することができます。例えば、接触が摩耗すると、開始から実際の接触分離までの時間間隔が増加することがあります。これは進行中の磨耗を示しています。
機械的な問題の検出
振動分析はまた、CBの機械的な問題を検出するためにも使用できます。これを行う効果的な方法の一つは、ダイナミックタイムワーピング（DTW）アルゴリズムを使用することです。DTWは、完全に同期していない場合でも時間系列データを揃えて比較するアルゴリズムです。DTWは特に、機械的な異常（例えば、不整合、緩んだ部品、移動部品の摩耗など）を示す振動パターンの微妙な変化を検出するのに有用です。
CBの振動分析におけるDTWの使用手順：
データ収集:
CBの外殻に加速度計を設置して、開閉操作中の振動データを収集します。
比較用の基準となる健康なCBからの振動データを収集します。
前処理:
ノイズを取り除き、異なる測定間での一貫性を確保するために振動信号をフィルタリングおよび正規化します。
特定のイベント（例えば、接触の開閉）に対応する関連のある時間間隔に振動データを分割します。
DTWアルゴリズムの適用:
収集された振動パターンを基準データと比較するためにDTWアルゴリズムを適用します。
2つのパターン間の距離（または類似度スコア）を計算します。距離が大きいほど通常の動作状態からの逸脱が大きくなります。
異常検出:
DTW距離に対して閾値を設定し、振動パターンが基準から大きく逸脱したときに識別します。
これらの閾値を使用して、不整合、摩耗、その他の故障などの潜在的な機械的な問題をフラグ付けします。
継続的な監視と定期的な測定:
定期的に振動データを収集し、DTWを使用して基準と比較することによって継続的な監視を実施します。
長期的なCBの健康状態を追跡し、機械的な劣化の傾向を検出するために定期的な測定を行います。
例：高電圧（HV）CBのためのDTWによる振動分析
提供されたグラフでは、DTWを使用したHV CBの振動分析が示されています。グラフには以下が表示される可能性があります：
X軸：CBの操作（開閉）期間を表す時間（またはサンプルインデックス）。
Y軸：加速度計からの振動振幅または導出メトリック（例えば、加速度）。
基準曲線：健康なCBの振動パターンを表す滑らかな曲線。
テスト曲線：疑わしい機械的な問題を持つCBの振動パターンを表す可能性のある不規則な曲線。
DTW距離：基準曲線とテスト曲線の類似度または非類似度を示す値または曲線。DTW距離が大きいほど通常の動作状態からの逸脱が大きくなります。
DTW距離を時間とともに分析することで、摩耗や不整合などのCBの機械的な挙動の変化を検出し、これらの問題が重大になる前に対処することができます。
結論
特にダイナミックタイムワーピング（DTW）を使用した振動信号分析は、回路遮断器の健康状態監視に強力な診断ツールを提供します。振動パターンを基準データと比較し、主要なイベントの時間間隔の変化を検出することで、機械的な問題を識別し、接触の磨耗を監視し、潜在的な故障を予測することができます。この方法は継続的な監視と定期的な点検の両方に適しており、CBが運用寿命を通じて信頼性と安全性を維持できるようにします。
