Zastosowanie sygnału wibracyjnego w szafie przełącznikowej

Analiza sygnału wibracji do monitorowania kondycji przekaźnika (CB)

Wstęp

Podczas procesów otwierania i zamykania przekaźnika (CB) generowany jest sygnał wibracyjny. Ten sygnał zawiera cenne informacje o stanie kondycji urządzenia, w tym moment otwarcia kontaktu łuku elektrycznego, co może wskazywać na zużycie, problemy mechaniczne lub inne potencjalne problemy. Jednym z kluczowych aspektów monitorowania kondycji CB jest pomiar ablacji kontaktów aparatury rozdzielczej, który odnosi się do stopniowego skracania się kontaktów łuku elektrycznego w wyniku utraty materiału podczas każdej operacji.

Pomiar ablacji kontaktów aparatury rozdzielczej

Kontakty łuku elektrycznego przekaźnika stopniowo skracają się, ponieważ są ablowane podczas każdej operacji. Proces ten prowadzi do opóźnienia w momencie, gdy kontakty łuku elektrycznego stykają się, co można monitorować za pomocą sygnałów wibracji. Propozycja metody polega na pomiarze sygnału wibracji z obudowy przekaźnika przy użyciu akcelerometru. Uzyskane dane mogą być wykorzystane na dwa główne sposoby:

1. Porównanie wzorów wibracji z referencyjnym zapisem:

• Kwantyfikacja różnicy: Porównując uzyskany wzór wibracji z referencyjnym zapisem (znany stan zdrowy przekaźnika), można kwantyfikować różnicę między nimi. To porównanie może pomóc w identyfikacji zmian w zachowaniu przekaźnika w czasie, takich jak zwiększone opóźnienia w dotyku kontaktów w wyniku ablacji.

• Wykrywanie opartego na progu: Można ustawić próg, który wyzwoli alarm, jeśli różnica przekroczy określony poziom, wskazując, że kontakty znacznie się zużyły i mogą wymagać konserwacji lub wymiany.

2. Wykrywanie przedziału czasowego:

• Analiza przedziału czasowego: Analizując przedział czasowy między kluczowymi zdarzeniami w sygnale wibracji (np. moment otwarcia i zamknięcia kontaktów), można wykryć zmiany w mechanicznym czasowaniu przekaźnika. Na przykład, gdy kontakty się zużywają, przedział czasowy między rozpoczęciem procesu otwierania a faktycznym rozdzieleniem kontaktów może zwiększyć się, wskazując postępującą ablację.

Wykrywanie problemów mechanicznych

Analiza wibracji może również służyć do wykrywania problemów mechanicznych w przekaźniku. Jedną z efektywnych metod jest Dynamic Time Warping (DTW), algorytm, który wyrównuje i porównuje dane szeregów czasowych, nawet jeśli nie są idealnie zsynchronizowane. DTW jest szczególnie przydatny do wykrywania subtelnych zmian w wzorze wibracji, które mogą wskazywać na anomalie mechaniczne, takie jak nierównoległość, luźne elementy lub zużycie części ruchomych.

Kroki stosowania DTW w analizie wibracji przekaźnika (CB):

1. Zbieranie danych:

• Zainstaluj akcelerometry na obudowie przekaźnika, aby zbierać dane wibracji podczas operacji otwierania i zamykania.

• Zbierz bazowe (referencyjne) dane wibracji z przekaźnika w dobrym stanie dla porównania.

2. Przetwarzanie wstępne:

• Filtruj i normalizuj sygnały wibracji, aby usunąć szum i zapewnić spójność między różnymi pomiarami.

• Podziel dane wibracji na odpowiednie przedziały czasowe odpowiadające konkretnym zdarzeniom (np. otwarcie kontaktu, zamknięcie kontaktu).

3. Stosowanie algorytmu DTW:

• Zastosuj algorytm DTW do porównania zebranych wzorów wibracji z danymi referencyjnymi.

• Oblicz odległość (lub wskaźnik podobieństwa) między dwoma wzorcami. Większa odległość wskazuje na większe odchylenie od normalnego stanu pracy.

4. Wykrywanie anomalii:

• Ustaw progi dla odległości DTW, aby identyfikować, kiedy wzorzec wibracji znacząco odbiega od referencyjnego.

• Użyj tych progów, aby zaznaczyć potencjalne problemy mechaniczne, takie jak nierównoległość, zużycie lub inne awarie.

5. Ciągłe monitorowanie i okresowe pomiary:

• Wdrożenie ciągłego monitorowania poprzez regularne zbieranie danych wibracji i porównywanie ich z referencyjnymi za pomocą DTW.

• Wykonaj okresowe pomiary, aby śledzić długoterminową kondycję przekaźnika i wykrywać trendy degradacji mechanicznej.

Przykład: Analiza wibracji z użyciem DTW dla przekaźników wysokiego napięcia (HV)

Na podanym wykresie przedstawiona jest analiza wibracji z użyciem DTW dla przekaźnika wysokiego napięcia (HV). Wykres prawdopodobnie wyświetla następujące dane:

• Oś X: Czas (lub indeks próbkowania) reprezentujący trwanie operacji przekaźnika (otwieranie lub zamykanie).

• Oś Y: Amplituda wibracji lub pochodna miara (np. przyspieszenie) z akcelerometru.

• Krzywa referencyjna: Gładka krzywa reprezentująca wzorzec wibracji przekaźnika w dobrym stanie.

• Krzywa testowa: Potencjalnie nieregularna krzywa reprezentująca wzorzec wibracji przekaźnika z podejrzanymi problemami mechanicznymi.

• Odległość DTW: Wartość lub krzywa pokazująca podobieństwo lub niepodobieństwo między krzywą referencyjną a testową. Większa odległość DTW wskazuje na większe odchylenie od normalnego stanu pracy.

Analizując odległość DTW w czasie, można wykryć zmiany w mechanicznym zachowaniu przekaźnika, takie jak zwiększone zużycie lub nierównoległość, nawet przed tym, zanim te problemy stają się krytyczne.

Podsumowanie

Analiza sygnału wibracji, szczególnie z użyciem Dynamic Time Warping (DTW), oferuje potężne narzędzie diagnostyczne do monitorowania kondycji przekaźników. Poprzez porównywanie wzorców wibracji z danymi referencyjnymi i wykrywanie zmian w przedziałach czasowych kluczowych zdarzeń, można identyfikować problemy mechaniczne, monitorować ablację kontaktów i przewidywać potencjalne awarie. Ta metoda jest odpowiednia zarówno do ciągłego monitorowania, jak i okresowych inspekcji, zapewniając, że przekaźniki pozostają niezawodne i bezpieczne przez cały okres eksploatacji.