Toepassing van trillingsignalen in schakelkasten
Trillingssignaalanalyse voor het monitoren van de gezondheidstoestand van schakelaars (CB)
Inleiding
Tijdens het openen en sluiten van een schakelaar (CB) wordt een trillingssignaal gegenereerd. Dit signaal bevat waardevolle informatie over de gezondheidstoestand van het apparaat, inclusief het moment van de opening van de boogcontacten, wat kan wijzen op slijtage, mechanische problemen of andere potentiële problemen. Een cruciaal aspect van het monitoren van de gezondheid van de CB is de meting van de erosie van de schakelinstallatiecontacten, wat verwijst naar het geleidelijke inkorten van de boogcontacten door materiaalverlies tijdens elke operatie.
Meting van de Erosie van Schakelinstallatiecontacten
De boogcontacten van een CB worden geleidelijk korter naarmate ze tijdens elke operatie worden afgesleten. Dit erosieproces leidt tot een vertraging in het tijdstip waarop de boogcontacten elkaar raken, wat kan worden bewaakt met behulp van trillingssignalen. De voorgestelde methode omvat de meting van het trillingssignaal van de behuizing van de CB met behulp van een versneller. De verkregen gegevens kunnen op twee belangrijke manieren worden gebruikt:
Vergelijking van Trillingspatronen met een Referentierecord:
Kwantificering van het Verschil: Door het verkregen trillingspatroon te vergelijken met een referentierecord (een bekende gezonde toestand van de CB), is het mogelijk om het verschil tussen de twee te kwantificeren. Deze vergelijking kan helpen bij het identificeren van veranderingen in het gedrag van de CB over de tijd, zoals verhoogde vertragingen in contactaanraking door erosie.
Detectie op Basis van een Drempelwaarde: Een drempelwaarde kan worden ingesteld om een waarschuwing te activeren als het verschil een bepaald niveau overschrijdt, wat aangeeft dat de contacten aanzienlijk zijn gesleten en mogelijk onderhoud of vervanging nodig hebben.
Detectie van de Tijdinterval:
Analyse van de Tijdinterval: Door de tijdinterval tussen sleutelgebeurtenissen in het trillingssignaal te analyseren (bijv., het moment van contactopening en -sluiting), is het mogelijk om veranderingen in de mechanische timing van de CB te detecteren. Bijvoorbeeld, naarmate de contacten slijten, kan de tijdinterval tussen het begin van het openen en de daadwerkelijke scheiding van de contacten toenemen, wat progressieve erosie aangeeft.
Mechanische Problemen Detecteren
Trillinganalyse kan ook worden gebruikt om mechanische problemen in de CB te detecteren. Een effectieve methode hiervoor is het gebruik van Dynamische Tijdafstandsfunctie (DTW), een algoritme dat tijdsreeksgegevens uitlijnt en vergelijkt, zelfs als ze niet perfect gesynchroniseerd zijn. DTW is bijzonder nuttig voor het detecteren van subtiele veranderingen in het trillingspatroon die kunnen wijzen op mechanische anomalieën, zoals misalignering, losse componenten of slijtage van bewegende delen.
Stappen voor het Gebruik van DTW in Trillinganalyse van CB:
Gegevensverzameling:
Installeer versnellingsmeters op de behuizing van de CB om trillinggegevens te verzamelen tijdens het openen en sluiten.
Verzamel basisgegevens (referentie) van een gezonde CB voor vergelijking.
Preprocessing:
Filter en normaliseer de trillingsignalen om ruis te verwijderen en consistentie te waarborgen bij verschillende metingen.
Segmenteer de trillinggegevens in relevante tijdsintervallen die overeenkomen met specifieke gebeurtenissen (bijv., contactopening, contactsluiting).
Toepassing van het DTW-algoritme:
Pas het DTW-algoritme toe om de verzamelde trillingspatronen te vergelijken met de referentiegegevens.
Bereken de afstand (of gelijkenisscore) tussen de twee patronen. Een grotere afstand geeft aan dat er een grotere afwijking is van de normale werkingstoestand.
Anomaliedetectie:
Stel drempelwaarden in voor de DTW-afstand om te identificeren wanneer het trillingspatroon aanzienlijk afwijkt van de referentie.
Gebruik deze drempelwaarden om potentiële mechanische problemen, zoals misalignering, slijtage of andere fouten, te markeren.
Continu Monitoren & Periodieke Metingen:
Implementeer continu monitoren door regelmatig trillinggegevens te verzamelen en deze te vergelijken met de referentie met behulp van DTW.
Voer periodieke metingen uit om de langetermijngezondheid van de CB te volgen en trends in mechanische degradatie te detecteren.
Voorbeeld: Trillinganalyse met DTW voor Hoogspannings (HV) CB's
In de bijgevoegde grafiek wordt een trillinganalyse met behulp van DTW getoond voor een HV CB. De grafiek toont waarschijnlijk het volgende:
X-As: Tijd (of monsterindex) die de duur van de CB-operatie (openen of sluiten) weergeeft.
Y-As: Trillingamplitude of een afgeleide metric (bijv., acceleratie) van de versneller.
Referentiekromme: Een gladde kromme die het trillingspatroon van een gezonde CB weergeeft.
Testkromme: Een mogelijk onregelmatige kromme die het trillingspatroon van een CB met vermoedelijke mechanische problemen weergeeft.
DTW-afstand: Een waarde of kromme die de gelijkenis of ongelijkheid tussen de referentie- en testkrommen aangeeft. Een hogere DTW-afstand geeft aan dat er een grotere afwijking is van de normale werkingstoestand.
Door de DTW-afstand over de tijd te analyseren, is het mogelijk om veranderingen in het mechanische gedrag van de CB te detecteren, zoals verhoogde slijtage of misalignering, zelfs voordat deze problemen kritisch worden.
Conclusie
Trillingssignaalanalyse, in het bijzonder met behulp van Dynamische Tijdafstandsfunctie (DTW), biedt een krachtig diagnostisch hulpmiddel voor het monitoren van de gezondheid van schakelaars. Door trillingspatronen te vergelijken met referentiegegevens en veranderingen in de tijdsintervallen van sleutelgebeurtenissen te detecteren, is het mogelijk om mechanische problemen te identificeren, contacterosie te bewaken en potentiële storingen te voorspellen. Deze methode is geschikt voor zowel continu monitoren als periodische inspecties, waardoor CB's betrouwbaar en veilig blijven gedurende hun operationele levensduur.
