Uporaba vibracijskih signalov v preklopnih napravah

Analiza vibracijskega signala za spremljanje zdravja preklopnika (CB)

Uvod

Med odpiranjem in zapiranjem preklopnika (CB) se generira vibracijski signal. Ta signal vsebuje dragocene informacije o stanju zdravja opreme, vključno s trenutkom odpiranja luka, ki lahko kaže na iztrošek, mehanske težave ali druge potencialne probleme. Eden ključnih vidikov spremljanja zdravja CB je merjenje ablacije kontaktov aparature, kar se nanaša na postopno skračevanje lukovih kontaktov zaradi izgube materiala med vsako operacijo.

Merjenje ablacije kontaktov aparature

Lukovi kontakti CB postajajo postopoma krajši, saj se ablirajo med vsako operacijo. Ta proces ablacije vodi do zamude v času, ko se lukovi kontakti dotaknejo, kar je mogoče spremljati z uporabo vibracijskih signalov. Predlagana metoda vključuje merjenje vibracijskega signala z oboljavo CB z uporabo akcelerometra. Pridobljene podatke je mogoče uporabiti na dva glavna načina:

1. Primerjava vzorcev vibracij z referenčnim zapisom:

• Kvantifikacija razlike: Z primerjavo pridobljenega vzorca vibracij z referenčnim zapisom (znano zdravo stanje CB) je mogoče kvantificirati razliko med njima. Ta primerjava lahko pomaga identificirati spremembe v vedenju CB skozi čas, kot so povečane zamude pri dotiku kontaktov zaradi ablacije.

• Odvzetostna detekcija: Je mogoče nastaviti prag, ki bo sprožil opozorilo, če bo razlika presegla določeno raven, kar kaže, da so se kontakti zelo iztrošili in morda potrebujejo vzdrževanje ali zamenjavo.

2. Detekcija časovnega intervala:

• Analiza časovnega intervala: S analizo časovnega intervala med ključnimi dogodki v vibracijskem signalu (npr., trenutek odpiranja in zapiranja kontakta) je mogoče zaznati spremembe v mehanskem časovanju CB. Na primer, ko se kontakti iztroše, lahko časovni interval med začetkom procesa odpiranja in dejansko ločitvijo kontaktov poveča, kar kaže na postopno ablacijo.

Detekcija mehanskih težav

Analiza vibracij se lahko uporablja tudi za detekcijo mehanskih težav v CB. En učinkovit način za to je uporaba dinamičnega poravnave časa (DTW), algoritma, ki poravnava in primerja časovne vrste podatkov, tudi če niso popolnoma sinhronizirani. DTW je zlasti uporaben za zaznavanje finih sprememb v vzorcu vibracij, ki lahko kažejo na mehanske anomalije, kot so nepravilno poravnava, lušči komponenti ali iztrošek gibljivih delov.

Koraki za uporabo DTW v analizi vibracij CB:

1. Zbiranje podatkov:

• Namestite akcelerometre na omoto CB za zbiranje vibracijskih podatkov med operacijami odpiranja in zapiranja.

• Zbirajte osnovne (referenčne) vibracijske podatke z zdravega CB za primerjavo.

2. Predobdelava:

• Filtrirajte in normalizirajte vibracijske signale, da odstranite šum in zagotovite enakomernost med različnimi meritvami.

• Razdelite vibracijske podatke na relevantne časovne intervale, ki ustrezajo specifičnim dogodkom (npr., odpiranje kontakta, zapiranje kontakta).

3. Uporaba algoritma DTW:

• Uporabite algoritem DTW za primerjavo pridobljenih vzorcev vibracij z referenčnimi podatki.

• Izračunajte razdaljo (ali oceno podobnosti) med dvema vzorcema. Večja razdalja kaže na večjo odstopanje od normalnega stanja delovanja.

4. Detekcija anomalij:

• Nastavite prag za razdaljo DTW, da identificirate, kdaj se vzorec vibracij znatno razlikuje od referenc.

• Uporabite te pragove, da označite potencialne mehanske težave, kot so nepravilna poravnava, iztrošek ali druge napake.

5. Neprekinjeno spremljanje & periodično merjenje:

• Implementirajte neprekinjeno spremljanje z redkim zbiranjem vibracijskih podatkov in njihovo primerjavo z referenco z uporabo DTW.

• Izvedite periodična merjenja, da sledite dolgoročnemu zdravju CB in zaznate trende mehanske degradacije.

Primer: Analiza vibracij z DTW za visokonapetostne (HV) CB

Na podanem grafikonu je prikazana analiza vibracij z uporabo DTW za HV CB. Grafikon verjetno prikazuje naslednje:

• X-os: Čas (ali indeks vzorca), ki predstavlja trajanje operacije CB (odpiranje ali zapiranje).

• Y-os: Amplituda vibracij ali izpeljani kazalec (npr., pospešek) iz akcelerometra.

• Referenčna krivulja: Gladka krivulja, ki predstavlja vzorec vibracij zdravega CB.

• Testna krivulja: Možno neravna krivulja, ki predstavlja vzorec vibracij CB z sumljivimi mehanskimi težavami.

• Razdalja DTW: Vrednost ali krivulja, ki kaže podobnost ali nepodobnost med referenčno in testno krivuljo. Višja razdalja DTW kaže na večjo odstopanje od normalnega stanja delovanja.

Z analizo razdalje DTW skozi čas je mogoče zaznati spremembe v mehanskem vedenju CB, kot so povečani iztrošek ali nepravilna poravnava, celo preden te težave postanejo kritične.

Zaključek

Analiza vibracijskih signalov, zlasti z uporabo dinamičnega poravnave časa (DTW), ponuja močno diagnostično orodje za spremljanje zdravja preklopnikov. Z primerjavo vzorcev vibracij z referenčnimi podatki in zaznavanjem sprememb v časovnih intervalih ključnih dogodkov je mogoče identificirati mehanske težave, spremljati ablacijo kontaktov in napovedovati potenciale odpade. Ta metoda je primerna za neprekinjeno spremljanje in periodične inspekcije, kar zagotavlja, da ostanejo CB zanesljivi in varni skozi svoje operativno življenje.