Застосування сигналу вібрації у комутаційному обладнанні
Аналіз вібраційного сигналу для моніторингу стану автоматичного вимикача (CB)
Вступ
Під час процесів відкриття та закриття автоматичного вимикача (CB) генерується вібраційний сигнал. Цей сигнал містить цінну інформацію про стан обладнання, включаючи момент відкриття дугових контактів, який може свідчити про зношування, механічні проблеми або інші потенційні проблеми. Одним з ключових аспектів моніторингу стану CB є вимірювання абляції контактів комутаційного пристрою, що стосується поступового скорочення дугових контактів через втрату матеріалу під час кожного операційного циклу.
Вимірювання абляції контактів комутаційного пристрою
Дугові контакти CB поступово стають коротшими, оскільки вони аблюються під час кожного операційного циклу. Цей процес абляції призводить до затримки моменту, коли дугові контакти дотикаються, що можна моніторити за допомогою вібраційних сигналів. Запропонований метод передбачає вимірювання вібраційного сигналу з корпусу CB за допомогою акселерометра. Отримані дані можна використовувати двома основними способами:
Порівняння вібраційних шаблонів з референтним записом:
Кількісне визначення різниці: Порівнюючи отриманий вібраційний шаблон з референтним записом (відомий здоровий стан CB), можна кількісно визначити різницю між ними. Таке порівняння може допомогти виявити зміни в поведінці CB з часом, такі як збільшення затримок у дотику контактів через абляцію.
Виявлення на основі порогового значення: Можна встановити порог, який спрацьовує, якщо різниця перевищує певний рівень, що вказує на те, що контакти значно зносилися і можуть потребувати обслуговування або заміни.
Виявлення часових інтервалів:
Аналіз часових інтервалів: Аналізуючи часовий інтервал між ключовими подіями вібраційного сигналу (наприклад, момент відкриття та закриття контактів), можна виявити зміни в механічному таймінгу CB. Наприклад, по мірі зношення контактів, часовий інтервал між початком процесу відкриття та фактичним розлученням контактів може збільшуватися, що вказує на прогресивну абляцію.
Виявлення механічних проблем
Аналіз вібраційного сигналу також можна використовувати для виявлення механічних проблем в CB. Одним з ефективних методів для цього є використання алгоритму Динамічного Вирівнювання за Часом (DTW), який вирівнює та порівнює часові ряди даних, навіть якщо вони не ідеально синхронізовані. DTW особливо корисний для виявлення незначних змін в вібраційному шаблоні, які можуть вказувати на механічні аномалії, такі як невідповідне вирівнювання, розболтані компоненти або зношування рухомих частин.
Кроки для використання DTW в аналізі вібраційного сигналу CB:
Збирання даних:
Встановіть акселерометри на корпусі CB для збору даних вібрації під час процесів відкриття та закриття.
Зібрати базові (референтні) дані вібрації від здорового CB для порівняння.
Передобробка:
Фільтрувати та нормалізувати вібраційні сигнали, щоб вилучити шум та забезпечити послідовність при різних вимірюваннях.
Розділити дані вібрації на відповідні часові інтервали, що відповідають конкретним подіям (наприклад, відкриття контакту, закриття контакту).
Застосування алгоритму DTW:
Застосувати алгоритм DTW для порівняння зібраних вібраційних шаблонів з референтними даними.
Обчислити відстань (або показник подібності) між двома шаблонами. Більша відстань вказує на більшу відхилення від нормального режиму роботи.
Виявлення аномалій:
Встановити пороги для відстані DTW, щоб визначити, коли вібраційний шаблон значно відрізняється від референтного.
Використовувати ці пороги для виділення потенційних механічних проблем, таких як невідповідне вирівнювання, зношування або інші дефекти.
Неперервний моніторинг та періодичні вимірювання:
Застосувати неперервний моніторинг, регулярно збираючи дані вібрації та порівнюючи їх з референтними даними за допомогою DTW.
Виконувати періодичні вимірювання, щоб відстежувати довгостроковий стан CB та виявляти тенденції механічного вироблення.
Приклад: Аналіз вібраційного сигналу за допомогою DTW для високовольтних (HV) CB
На наданому графіку показано аналіз вібраційного сигналу за допомогою DTW для HV CB. Графік, ймовірно, відображає наступне:
Ось X: Час (або індекс вибірки), що представляє тривалість операції CB (відкриття або закриття).
Ось Y: Амплітуда вібрації або похідний показник (наприклад, прискорення) від акселерометра.
Референтна крива: Гладка крива, що представляє вібраційний шаблон здорового CB.
Тестова крива: Потенційно нерегулярна крива, що представляє вібраційний шаблон CB з підозрою на механічні проблеми.
Відстань DTW: Значення або крива, що показує подібність або відмінність між референтною та тестовою кривими. Більша відстань DTW вказує на більшу відхилення від нормального режиму роботи.
Аналізуючи відстань DTW з часом, можна виявити зміни в механічному поведінці CB, такі як збільшення зношування або невідповідне вирівнювання, навіть до того, як ці проблеми стануть критичними.
Висновок
Аналіз вібраційного сигналу, зокрема за допомогою алгоритму Динамічного Вирівнювання за Часом (DTW), надає потужний діагностичний інструмент для моніторингу стану автоматичних вимикачів. Порівнюючи вібраційні шаблони з референтними даними та виявляючи зміни в часових інтервалах ключових подій, можна виявити механічні проблеми, моніторити абляцію контактів та прогнозувати потенційні відмови. Цей метод підходить як для неперервного моніторингу, так і для періодичних інспекцій, забезпечуючи надійність та безпеку CB протягом всього їхнього оперативного життя.
