Ứng dụng tín hiệu rung trong thiết bị đóng cắt
Phân Tích Tín Hiệu Rung Động để Giám Sát Tình Trạng Mạch Ngắt (CB)
Giới Thiệu
Trong quá trình đóng và mở của mạch ngắt (CB), một tín hiệu rung động được tạo ra. Tín hiệu này chứa thông tin quý giá về tình trạng thiết bị, bao gồm thời điểm tiếp xúc cung cấp hồ quang, có thể chỉ ra mòn mòn, vấn đề cơ khí hoặc các vấn đề tiềm ẩn khác. Một khía cạnh quan trọng của việc giám sát tình trạng CB là đo lường sự bào mòn của tiếp điểm tủ điện, điều này đề cập đến sự rút ngắn dần dần của tiếp điểm cung cấp hồ quang do mất mát vật liệu trong mỗi hoạt động.
Đo Lường Sự Bào Mòn Tiếp Điểm Tủ Điện
Các tiếp điểm cung cấp hồ quang của CB trở nên ngắn hơn theo thời gian do sự bào mòn trong mỗi hoạt động. Quá trình bào mòn này dẫn đến sự chậm trễ trong thời điểm tiếp xúc, có thể được giám sát bằng tín hiệu rung động. Phương pháp đề xuất bao gồm việc đo tín hiệu rung động từ vỏ CB sử dụng gia tốc kế. Dữ liệu thu được có thể được sử dụng theo hai cách chính:
So Sánh Mô Hình Rung Động với Bản Ghi Tham Chiếu:
Định lượng Sự Khác Biệt: Bằng cách so sánh mô hình rung động thu được với bản ghi tham chiếu (trạng thái khỏe mạnh đã biết của CB), có thể định lượng sự khác biệt giữa hai mô hình. So sánh này có thể giúp xác định những thay đổi trong hành vi của CB theo thời gian, như sự chậm trễ tăng lên trong tiếp xúc do sự bào mòn.
Phát Hiện Dựa Trên Ngưỡng: Một ngưỡng có thể được đặt để kích hoạt cảnh báo nếu sự khác biệt vượt quá một mức nhất định, cho thấy rằng các tiếp điểm đã mòn đáng kể và có thể cần bảo dưỡng hoặc thay thế.
Phát Hiện Khoảng Thời Gian:
Phân Tích Khoảng Thời Gian: Bằng cách phân tích khoảng thời gian giữa các sự kiện chính trong tín hiệu rung động (ví dụ, thời điểm mở và đóng tiếp xúc), có thể phát hiện những thay đổi trong thời gian cơ khí của CB. Ví dụ, khi các tiếp điểm mòn đi, khoảng thời gian giữa bắt đầu quá trình mở và tách rời thực tế của các tiếp điểm có thể tăng lên, cho thấy sự bào mòn dần dần.
Phát Hiện Vấn Đề Cơ Khí
Phân tích rung động cũng có thể được sử dụng để phát hiện vấn đề cơ khí trong CB. Một phương pháp hiệu quả cho điều này là sử dụng Dynamic Time Warping (DTW), thuật toán căn chỉnh và so sánh dữ liệu chuỗi thời gian, thậm chí nếu chúng không hoàn toàn đồng bộ. DTW đặc biệt hữu ích để phát hiện những thay đổi nhỏ trong mô hình rung động có thể chỉ ra bất thường cơ khí, như lệch hướng, các thành phần lỏng lẻo hoặc mòn ở các bộ phận di chuyển.
Các Bước Sử Dụng DTW trong Phân Tích Rung Động CB:
Thu Thập Dữ Liệu:
Lắp đặt gia tốc kế trên vỏ CB để thu thập dữ liệu rung động trong quá trình mở và đóng.
Thu thập dữ liệu rung động cơ sở (tham chiếu) từ CB khỏe mạnh để so sánh.
Tiền Xử Lý:
Lọc và chuẩn hóa các tín hiệu rung động để loại bỏ nhiễu và đảm bảo tính nhất quán giữa các phép đo khác nhau.
Phân đoạn dữ liệu rung động thành các khoảng thời gian liên quan tương ứng với các sự kiện cụ thể (ví dụ, mở tiếp xúc, đóng tiếp xúc).
Áp Dụng Thuật Toán DTW:
Áp dụng thuật toán DTW để so sánh các mô hình rung động thu được với dữ liệu tham chiếu.
Tính toán khoảng cách (hoặc điểm số tương tự) giữa hai mô hình. Khoảng cách lớn hơn cho thấy sự chệch khỏi điều kiện hoạt động bình thường nhiều hơn.
Phát Hiện Bất Thường:
Đặt ngưỡng cho khoảng cách DTW để xác định khi mô hình rung động chệch khỏi tham chiếu đáng kể.
Sử dụng các ngưỡng này để đánh dấu các vấn đề cơ khí tiềm năng, như lệch hướng, mòn hoặc các lỗi khác.
Giám Sát Liên Tục & Đo Định Kỳ:
Thực hiện giám sát liên tục bằng cách thu thập dữ liệu rung động thường xuyên và so sánh nó với tham chiếu sử dụng DTW.
Thực hiện các phép đo định kỳ để theo dõi sức khỏe lâu dài của CB và phát hiện xu hướng suy thoái cơ khí.
Ví Dụ: Phân Tích Rung Động bằng DTW cho Mạch Ngắt Cao Áp (HV)
Trong biểu đồ được cung cấp, phân tích rung động sử dụng DTW được hiển thị cho CB cao áp. Biểu đồ có thể hiển thị các nội dung sau:
Trục X: Thời gian (hoặc chỉ số mẫu) đại diện cho thời gian hoạt động của CB (mở hoặc đóng).
Trục Y: Biên độ rung động hoặc một chỉ số được dẫn xuất (ví dụ, gia tốc) từ gia tốc kế.
Đường Cong Tham Chiếu: Một đường cong mượt mà đại diện cho mô hình rung động của CB khỏe mạnh.
Đường Cong Kiểm Tra: Một đường cong có thể không đều đại diện cho mô hình rung động của CB có nghi ngờ về vấn đề cơ khí.
Khoảng Cách DTW: Một giá trị hoặc đường cong hiển thị sự giống nhau hoặc khác biệt giữa đường cong tham chiếu và kiểm tra. Khoảng cách DTW lớn hơn cho thấy sự chệch khỏi điều kiện hoạt động bình thường nhiều hơn.
Bằng cách phân tích khoảng cách DTW theo thời gian, có thể phát hiện các thay đổi trong hành vi cơ khí của CB, như mòn tăng lên hoặc lệch hướng, ngay cả trước khi các vấn đề này trở nên nghiêm trọng.
Kết Luận
Phân tích tín hiệu rung động, đặc biệt là sử dụng Dynamic Time Warping (DTW), cung cấp một công cụ chẩn đoán mạnh mẽ để giám sát sức khỏe của mạch ngắt. Bằng cách so sánh mô hình rung động với dữ liệu tham chiếu và phát hiện các thay đổi trong khoảng thời gian của các sự kiện chính, có thể xác định các vấn đề cơ khí, giám sát sự bào mòn tiếp điểm và dự đoán các hỏng hóc tiềm năng. Phương pháp này phù hợp cho cả giám sát liên tục và kiểm tra định kỳ, đảm bảo rằng CB vẫn đáng tin cậy và an toàn trong suốt thời gian hoạt động của chúng.
