Vibrationsignal tillämpning i strömbrytare
Vibrationsignalanalys för övervakning av hälsotillståndet hos strömbrytare (CB)
Introduktion
Under öppnings- och stängningsprocesserna för en strömbrytare (CB) genereras ett vibrationsignal. Detta signal innehåller värdefull information om utrustningens hälsotillstånd, inklusive det ögonblick då bågläcket öppnas, vilket kan indikera nötning, mekaniska problem eller andra potentiella fel. Ett kritiskt aspekt av övervakning av CB:s hälsa är mätningen av kontakternas erosion, vilket syftar på den gradvisa förkortningen av bågläckets kontakter till följd av materialförlust under varje operation.
Mätning av erosion av kontakter i strömbrytare
Bågläckets kontakter i en CB blir progressivt kortare när de eroseras under varje operation. Denna erosionsprocess leder till en försening i det ögonblick då bågläckets kontakter kommer i kontakt, vilket kan övervakas med hjälp av vibrationsignaler. Den föreslagna metoden innebär att mäta vibrationsignalen från CB:s skölj med hjälp av en accelerometer. De insamlade data kan användas på två huvudsakliga sätt:
Jämförelse av vibrationsmönster med en referensuppgift:
Kvantificering av skillnaden: Genom att jämföra det erhållna vibrationsmönstret med en referensuppgift (ett känt friskt tillstånd för CB), är det möjligt att kvantifiera skillnaden mellan de båda. Denna jämförelse kan hjälpa till att identifiera förändringar i CB:s beteende över tid, såsom ökade förseningar i kontaktkontakt till följd av erosion.
Tröskelbaserad detektion: En tröskel kan sättas för att utlösa en larm om skillnaden överstiger en viss nivå, vilket indikerar att kontakterna har nötts betydande och kan behöva underhåll eller bytas ut.
Detektering av tidsintervall:
Analys av tidsintervall: Genom att analysera tidsintervallet mellan nyckelevent i vibrationsignalen (t.ex. ögonblicket för kontaktöppning och stängning), är det möjligt att upptäcka förändringar i den mekaniska tidsinställningen för CB. Till exempel, när kontakterna nötts, kan tidsintervallet mellan starten av öppningsprocessen och den faktiska separationen av kontakterna öka, vilket indikerar progressiv erosion.
Detektering av mekaniska problem
Vibrationsanalys kan också användas för att upptäcka mekaniska problem i CB. En effektiv metod för detta är användningen av dynamisk tidswarping (DTW), ett algoritm som justerar och jämför tidsserie-data, även om de inte är perfekt synkroniserade. DTW är särskilt användbart för att upptäcka subtila förändringar i vibrationsmönstret som kan indikera mekaniska anomalier, såsom missjustering, lösa komponenter eller nötning i rörliga delar.
Steg för att använda DTW i vibrationsanalys av CB:
Datainsamling:
Installera accelerometrar på CB:s skölj för att samla in vibrationsdata under öppnings- och stängningsoperationerna.
Saml in baslinje (referens) vibrationsdata från en frisk CB för jämförelse.
Förbehandling:
Filtera och normalisera vibrationsignalerna för att ta bort brus och säkerställa konsekvens över olika mätningar.
Segmentera vibrationsdata i relevanta tidsintervall motsvarande specifika händelser (t.ex. kontaktöppning, kontaktstängning).
Tillämpning av DTW-algoritmen:
Använd DTW-algoritmen för att jämföra de insamlade vibrationsmönstren med referensdata.
Beräkna avståndet (eller likhetsscore) mellan de två mönstren. Ett större avstånd indikerar en större avvikelse från det normala driftstillståndet.
Avvikelsedetektion:
Ställ in trösklar för DTW-avstånd för att identifiera när vibrationsmönstret avviker betydande från referensen.
Använd dessa trösklar för att flagga potentiella mekaniska problem, såsom missjustering, nötning eller andra fel.
Kontinuerlig övervakning & periodiska mätningar:
Implementera kontinuerlig övervakning genom regelbunden insamling av vibrationsdata och jämförelse med referensen med hjälp av DTW.
Utför periodiska mätningar för att följa CB:s långsiktiga hälsa och upptäcka trender i mekanisk nedbrytning.
Exempel: Vibrationsanalys med DTW för högspännings (HV) CB:er
I den bifogade grafen visas en vibrationsanalys med hjälp av DTW för en HV CB. Grafen visar troligen följande:
X-axeln: Tid (eller provindex) som representerar varaktigheten av CB-operationen (öppning eller stängning).
Y-axeln: Vibrationsamplitud eller en härledd metric (t.ex. acceleration) från accelerometern.
Referenskurva: En slät kurva som representerar vibrationsmönstret för en frisk CB.
Testkurva: En potentiellt oregelbunden kurva som representerar vibrationsmönstret för en CB med misstänkta mekaniska problem.
DTW-avstånd: Ett värde eller kurva som visar likheten eller olikheten mellan referens- och testkurvor. Ett större DTW-avstånd indikerar en större avvikelse från det normala driftstillståndet.
Genom att analysera DTW-avståndet över tid är det möjligt att upptäcka förändringar i CB:s mekaniska beteende, såsom ökad nötning eller missjustering, även innan dessa problem blir kritiska.
Slutsats
Vibrationsignalanalys, särskilt med hjälp av dynamisk tidswarping (DTW), ger ett kraftfullt diagnostiskt verktyg för övervakning av strömbrytarnas hälsa. Genom att jämföra vibrationsmönster med referensdata och upptäcka förändringar i tidsintervallen för nyckelevent, är det möjligt att identifiera mekaniska problem, övervaka kontakterosion och förutse potentiella fel. Denna metod är lämplig både för kontinuerlig övervakning och periodiska inspektioner, vilket säkerställer att CB:er förblir tillförlitliga och säkra under deras driftsliv.
