Применение сигнала вибрации в распределительных устройствах
Анализ сигнала вибрации для мониторинга состояния выключателя (CB)
Введение
Во время процессов открытия и закрытия выключателя (CB) генерируется сигнал вибрации. Этот сигнал содержит ценную информацию о состоянии оборудования, включая момент открытия дуговых контактов, который может указывать на износ, механические проблемы или другие потенциальные проблемы. Одним из ключевых аспектов мониторинга состояния CB является измерение абляции контактных соединений, что означает постепенное укорочение дуговых контактов вследствие потери материала при каждом операционном цикле.
Измерение абляции контактных соединений
Дуговые контакты CB постепенно укорачиваются в результате абляции при каждом операционном цикле. Этот процесс абляции приводит к задержке во времени, когда дуговые контакты соприкасаются, что можно контролировать с помощью сигналов вибрации. Предлагаемый метод включает измерение сигнала вибрации с корпуса CB с использованием акселерометра. Полученные данные могут быть использованы двумя основными способами:
Сравнение паттернов вибрации с эталонной записью:
Количественная оценка различий: Сравнивая полученный паттерн вибрации с эталонной записью (известное здоровое состояние CB), можно количественно оценить различия между ними. Это сравнение может помочь определить изменения в поведении CB со временем, такие как увеличение задержек в соприкосновении контактов вследствие абляции.
Обнаружение на основе порогового значения: Можно установить пороговое значение, чтобы срабатывало предупреждение, если разница превышает определенный уровень, указывая на значительный износ контактов, требующий обслуживания или замены.
Обнаружение временного интервала:
Анализ временного интервала: Анализируя временной интервал между ключевыми событиями в сигнале вибрации (например, момент открытия и закрытия контактов), можно обнаружить изменения в механическом тайминге CB. Например, по мере износа контактов временной интервал между началом процесса открытия и фактическим разделением контактов может увеличиваться, указывая на прогрессирующую абляцию.
Обнаружение механических проблем
Анализ вибрации также может использоваться для обнаружения механических проблем в CB. Одним из эффективных методов для этого является использование алгоритма Динамического Временного Сжатия (DTW), который выравнивает и сравнивает временные ряды данных, даже если они не идеально синхронизированы. DTW особенно полезен для обнаружения незначительных изменений в паттерне вибрации, которые могут указывать на механические аномалии, такие как несоосность, ослабленные компоненты или износ подвижных частей.
Шаги использования DTW в анализе вибрации CB:
Сбор данных:
Установите акселерометры на корпус CB для сбора данных вибрации во время процессов открытия и закрытия.
Соберите базовые (эталонные) данные вибрации от здорового CB для сравнения.
Предварительная обработка:
Отфильтруйте и нормализуйте сигналы вибрации, чтобы удалить шум и обеспечить последовательность различных измерений.
Разделите данные вибрации на соответствующие временные интервалы, связанные с конкретными событиями (например, открытие контактов, закрытие контактов).
Применение алгоритма DTW:
Примените алгоритм DTW для сравнения собранных паттернов вибрации с эталонными данными.
Рассчитайте расстояние (или коэффициент сходства) между двумя паттернами. Более большое расстояние указывает на большее отклонение от нормального режима работы.
Обнаружение аномалий:
Установите пороговые значения для расстояния DTW, чтобы определить, когда паттерн вибрации значительно отклоняется от эталона.
Используйте эти пороговые значения для выявления потенциальных механических проблем, таких как несоосность, износ или другие неисправности.
Непрерывный мониторинг и периодические измерения:
Осуществите непрерывный мониторинг, регулярно собирая данные вибрации и сравнивая их с эталоном с помощью DTW.
Проводите периодические измерения для отслеживания долгосрочного состояния CB и выявления тенденций в механической деградации.
Пример: Анализ вибрации с использованием DTW для высоковольтных (HV) CB
На предоставленном графике показан анализ вибрации с использованием DTW для HV CB. График, вероятно, отображает следующее:
X-ось: Время (или индекс выборки), представляющее продолжительность операции CB (открытие или закрытие).
Y-ось: Амплитуда вибрации или производный показатель (например, ускорение) от акселерометра.
Эталонная кривая: Плавная кривая, представляющая паттерн вибрации здорового CB.
Тестовая кривая: Вероятно, нерегулярная кривая, представляющая паттерн вибрации CB с подозреваемыми механическими проблемами.
Расстояние DTW: Значение или кривая, показывающая сходство или различие между эталонной и тестовой кривыми. Более высокое расстояние DTW указывает на большее отклонение от нормального режима работы.
Анализируя расстояние DTW со временем, можно обнаружить изменения в механическом поведении CB, такие как увеличение износа или несоосность, даже до того, как эти проблемы станут критическими.
Заключение
Анализ сигнала вибрации, особенно с использованием Динамического Временного Сжатия (DTW), предоставляет мощный диагностический инструмент для мониторинга состояния выключателей. Сравнивая паттерны вибрации с эталонными данными и обнаруживая изменения во временных интервалах ключевых событий, можно выявить механические проблемы, контролировать абляцию контактов и прогнозировать возможные отказы. Этот метод подходит как для непрерывного мониторинга, так и для периодических проверок, обеспечивая надежность и безопасность CB на протяжении всего их эксплуатационного срока.
