Apa itu Sistem Pemantauan Akustik Transformer

1. Prinsip dasar sistem pemantauan akustik transformator dan komposisi sumber suara

1.1 Apa yang dimaksud dengan sistem pemantauan suara transformator yang lengkap?

Sistem pemantauan akustik transformator secara teknis didefinisikan sebagai sistem penilaian kondisi online non-intrusif berdasarkan penginderaan akustik pasif dan pemrosesan sinyal tingkat lanjut. Mekanisme kerja intinya adalah mengumpulkan sinyal akustik kompleks yang dipancarkan oleh peralatan di bawah eksitasi dan pembebanan elektromagnetik secara terus menerus menggunakan beberapa sensor akustik dengan tingkat kejelasan tinggi yang ditempatkan di luar casing transformator. Sistem kemudian secara digital mengubah sinyal domain waktu yang kompleks ini, menekan kebisingan, mengekstrak parameter karakteristik, dan menerapkan algoritme pengenalan pola untuk membandingkannya dengan basis data yang telah ditetapkan dari sinyal akustik yang sehat dan yang rusak, yang pada akhirnya mewujudkan penilaian kuantitatif dari integritas struktur mekanis internal transformator dan keadaan isolasi listrik, peringatan gangguan awal, dan lokasi fisik sumber gangguan. Kelayakan teknologi ini didasarkan pada fakta fisik dasar: setiap proses operasi normal internal transformator atau proses evolusi gangguan yang tidak normal, akan disertai dengan generasi fitur akustik yang dapat diidentifikasi secara unik, yaitu “pola suara”.

1.2 Mengapa trafo yang sehat juga mengeluarkan suara? Dari manakah sumber bunyinya berasal?

Suara latar belakang yang dipancarkan dengan mantap oleh transformator ketika beroperasi dalam keadaan ideal tanpa kesalahan adalah tolok ukur untuk menilai kondisi peralatan. Analisis yang lebih dalam menunjukkan bahwa suara ini terutama dihasilkan oleh dua mekanisme fisik yang berbeda, yang bersama-sama membentuk pola suara dasar dari kondisi kesehatan transformator.

Operasi tanpa beban transformator dari sumber kebisingan terpenting dari inti besi. Ketika tegangan AC dari grid diterapkan pada belitan eksitasi, bahan lembaran baja silikon dalam inti di bawah aksi fluks magnetik bolak-balik, akan terjadi deformasi mekanis kecil secara berkala (pemanjangan dan pemendekan), fenomena ini dikenal sebagai efek magnetostriktif. Karena separuh positif dan negatif dari fluks magnet mengarah ke pemanjangan inti besi, maka dalam jaringan frekuensi industri 50Hz, getaran inti besi dari frekuensi fundamental adalah dua kali frekuensi frekuensi industri, yaitu 100Hz. getaran mekanis ini melalui minyak isolasi dan struktur kotak perambatan ke luar, pembentukan 100Hz sebagai frekuensi fundamental, dan mengandung kelipatan bilangan bulat dari harmonisa tinggi (mis., 200Hz, 300Hz, 400Hz, dll.), struktur spektral yang relatif stabil Suara “dengungan”.

Ketika sebuah transformator dihubungkan ke beban, arus beban akan mengalir melalui belitan tegangan tinggi dan rendah. Menurut hukum gaya Lorentz, konduktor pembawa arus akan mengalami gaya dalam medan magnet. Medan magnet bocor yang dihasilkan oleh belitan itu sendiri berinteraksi dengan arus beban yang mengalir melalui belitan untuk menghasilkan gaya elektromagnetik yang sebanding dengan kuadrat arus beban pada konduktor belitan, bantalan, dan struktur pendukung lainnya. Gaya ini juga akan menyebabkan getaran pada komponen, sehingga menghasilkan kebisingan tambahan, yang dikenal sebagai kebisingan beban. Intensitas dan karakteristik spektral dari kebisingan beban secara langsung berkaitan dengan ukuran dan sifat beban, yang ditumpangkan pada kebisingan inti, membuat pola suara total transformator di bawah beban yang berbeda menunjukkan perubahan dinamis.

2. Kesalahan apa yang dapat diidentifikasi dengan pemantauan akustik transformator? Mengapa hal tersebut dapat diidentifikasi?

Segera setelah gangguan yang baru terjadi atau cacat struktural terjadi di dalam transformator, tanda akustiknya akan menyimpang dari tolok ukur kesehatan. Sistem pemantauan akustik dapat mengidentifikasi gangguan karena proses fisik dari gangguan yang berbeda menghasilkan sinyal akustik anomali dengan karakteristik domain waktu dan frekuensi yang unik.

2.1 Bagaimana karakteristik akustik dari gangguan pelepasan lokal?

Pelepasan sebagian (PD) adalah faktor kunci dalam kegagalan progresif sistem insulasi. Setiap pelepasan parsial yang lemah menciptakan saluran plasma kecil pada titik kejadiannya, melepaskan energi secara instan dan menyebabkan minyak isolasi di sekitarnya mengalami pirolisis dan gasifikasi yang cepat, membentuk gelembung kecil yang dengan cepat runtuh. Proses ini menghasilkan gelombang tekanan mekanis berfrekuensi tinggi dan berdurasi pendek (mikrodetik), yang dikenal sebagai sinyal Emisi Akustik (AE). Secara akustik, sinyal ini dicirikan sebagai rangkaian denyut nadi sementara yang terjadi secara acak dalam domain waktu, dan sinyal pita lebar dengan cakupan yang sangat luas dalam domain frekuensi, dengan energi yang biasanya terkonsentrasi pada pita frekuensi ultrasonik dari 20kHz hingga 300kHz.

2.2 Bagaimana karakteristik akustik dari busur api atau loncatan bunga api berbeda dengan karakteristik akustik dari loncatan parsial?

Dibandingkan dengan pelepasan parsial, pelepasan busur atau percikan api adalah fenomena kerusakan isolasi dengan tingkat energi beberapa kali lipat lebih tinggi. Proses pelepasan yang kuat ini menghasilkan gelombang akustik dengan energi yang sangat besar dan durasi yang jauh lebih lama (milidetik). Amplitudo sinyal akustik jauh lebih tinggi daripada pelepasan sebagian, dan suaranya jauh lebih kuat, mungkin dengan semburan “berderak” yang tidak beraturan. Secara spektral, energi terkonsentrasi pada pita ultrasonik akustik dan frekuensi rendah yang dapat didengar oleh telinga manusia, yang secara jelas berbeda dengan karakteristik frekuensi tinggi dari pelepasan parsial.

2.3 Bagaimana karakteristik akustik dari belitan yang berubah bentuk atau struktur yang longgar?

Ketika transformator mengalami dampak besar dari arus hubung singkat stopkontak, atau karena operasi jangka panjang dari paku tekanan belitan, klem dan bagian pengikat lainnya yang longgar, struktur mekanik dan kekakuan keseluruhannya akan berubah. Hal ini secara langsung akan mempengaruhi karakteristik getarannya. Dalam pola suara, kegagalan ini dimanifestasikan sebagai: kebisingan yang berhubungan dengan beban (terutama 100Hz dan harmoniknya) amplitudo akan meningkat secara tidak normal; atau, karena getaran nonlinier dan tabrakan antar komponen, spektrum akan memunculkan komponen frekuensi non-harmonik yang baru, yang mengakibatkan suara terdengar nada yang tidak normal atau suara “berderak” yang tidak teratur.

2.4 Bagaimana karakteristik akustik dari kegagalan inti besi dan klipnya?

Pengardean multi-titik pada inti, korsleting lokal akibat kerusakan isolasi antara lembaran baja silikon, atau melonggarnya sekrup dan klem penusuk inti dapat secara serius mengganggu getaran normal inti. Misalnya, klem yang longgar akan langsung dimasukkan ke dalam suara benturan mekanis, suara ini dalam domain waktu dan frekuensi fundamental 100Hz tidak sinkron, sinyal benturan diskrit. Dalam spektrum, ini dimanifestasikan sebagai broadband, komponen kebisingan acak, menghancurkan keteraturan struktur harmonik asli.

2.5 Seperti apakah pola suara abnormal dari on-load tap-changer (OLTC)?

Ketika pengubah ketukan on-load melakukan operasi perubahan ketukan, komponen mekanis dan elektrik internalnya menghasilkan urutan peristiwa akustik yang terstandardisasi dan dapat direproduksi. Proses peralihan yang sehat memiliki pola akustik dengan tingkat konsistensi yang tinggi dalam hal durasi, amplitudo amplitudo, dan ritme suara. Jika terdapat masalah seperti waktu pengalihan yang berlebihan, mekanisme macet, kontak sakelar pemilih yang buruk, atau lengkung yang tidak normal dari proses pengalihan, pola akustik waktu nyatanya akan menyimpang secara signifikan dari templat standar. Sebagai contoh, lengkung yang tidak normal dapat menghasilkan semburan suara tambahan, sementara kemacetan mekanis dapat mengakibatkan durasi yang luar biasa panjang dari seluruh peristiwa akustik.

3. Bagaimana cara kerja sistem pemantauan akustik transformator?

Seperangkat sistem pemantauan suara yang berfungsi penuh, alur kerjanya sangat ketat dan saling terkait, mulai dari penginderaan sinyal, akuisisi hingga diagnosis cerdas akhir, yang membentuk rantai pemrosesan data yang lengkap.

3.1 Bagaimana susunan sensor diatur? Di mana susunannya?

Ujung depan penginderaan sistem adalah susunan beberapa sensor akustik yang sangat sensitif. Sensor ini biasanya berupa sensor piezoelektrik keramik (PZT) kontak yang diserap atau ditempelkan langsung ke permukaan luar dinding casing transformator. Susunannya dirancang secara optimal dan biasanya mencakup: sekitar flensa akar casing pada sisi tegangan tinggi, sedang, dan rendah untuk memantau casing dan kabel; dinding luar kompartemen pengubah keran berbeban untuk pemantauan khusus pengoperasiannya; dan beberapa titik pengukuran di dinding casing untuk menutupi area inti dan belitan. Penggunaan susunan array tidak hanya meningkatkan sinyal dari dalam dan menekan noise ambien eksternal melalui algoritma seperti beam forming, tetapi juga merupakan prasyarat yang diperlukan untuk lokalisasi sumber gangguan.

3.2 Bagaimana sistem memperoleh dan memproses sinyal akustik mentah?

Subsistem akuisisi data adalah jembatan antara dunia fisik dan digital. Alur kerja intinya meliputi:

1. Pengkondisian SinyalSinyal tegangan lemah dari output level mikrovolt ke milivolt dari sensor pertama-tama diperkuat oleh preamplifier noise rendah, dan kemudian disaring oleh band pass filter untuk menghilangkan gangguan frekuensi industri 50/100Hz dan noise pada pita frekuensi yang tidak relevan.

2. konversi analog-ke-digital sinkronSinyal analog yang dikondisikan dimasukkan ke dalam konverter analog-ke-digital (ADC) presisi tinggi untuk digitalisasi. Untuk menangkap sinyal frekuensi tinggi secara akurat, seperti pelepasan sebagian, ADC biasanya harus memiliki laju pengambilan sampel 1 MS/detik (satu juta sampel per detik) atau lebih tinggi. Yang terpenting, akuisisi semua saluran harus digerakkan oleh jam yang sama untuk mencapai sinkronisasi waktu mikrodetik, yang merupakan dasar untuk algoritme pemosisian selanjutnya.

3.3 Bagaimana sistem secara otomatis mendiagnosis kesalahan dari data dalam jumlah besar?

Algoritme diagnostik adalah inti cerdas dari sistem, yang menginterpretasikan data akustik melalui serangkaian perhitungan yang rumit:

1. Pemrosesan Awal Data dan Ekstraksi FiturSistem menyegmentasikan aliran sinyal digital yang diperoleh dan menganalisis setiap segmen data dalam domain waktu, domain frekuensi, dan domain waktu-frekuensi. Hingga puluhan parameter karakteristik dapat diekstraksi, seperti puncak dan margin dalam domain waktu, amplitudo dan gravitasi spektral dari komponen harmonik dalam domain frekuensi, dan distribusi energi setelah penguraian wavelet.

2. Pemodelan dasar kesehatanSistem belajar selama fase awal pemasangan dan membangun basis data multidimensi dari karakteristik “suara sehat” transformator dalam kondisi operasi yang berbeda (beban berbeda, suhu oli berbeda).

3. Deteksi Anomali dan Pengenalan PolaSistem membandingkan fitur sidik suara yang diekstrak secara real-time dengan baseline kesehatan. Setelah fitur-fitur tersebut secara signifikan menyimpang dari kisaran normal, sistem akan menentukan bahwa fitur-fitur tersebut tidak normal. Selanjutnya, model pembelajaran mesin (misalnya, deep neural network DNN, support vector machine SVM, dll.), yang telah dilatih terlebih dahulu melalui sejumlah besar data eksperimental, digunakan untuk mengklasifikasikan vektor fitur yang tidak normal, sehingga dapat secara otomatis mengidentifikasi jenis gangguan tertentu (misalnya, “pelepasan sebagian”, “belitan longgar”, dll.). "dll.).

3.4 Bagaimana sistem menentukan di bagian mana di dalam trafo yang terjadi gangguan?

Algoritme lokalisasi sumber gangguan diaktifkan ketika sistem mengidentifikasi peristiwa gangguan transien (misalnya pelepasan sebagian). Algoritme ini didasarkan pada prinsip Perbedaan Waktu Kedatangan (TDOA). Karena kecepatan rambat gelombang suara dalam minyak isolasi diketahui (sekitar 1400 m/s), ada urutan berurutan di mana gelombang suara yang dihasilkan oleh gangguan mencapai sensor di lokasi yang berbeda di ruang angkasa. Dengan menghitung secara akurat perbedaan waktu mikrodetik agar sinyal ini mencapai setidaknya empat sensor yang berbeda, sistem dapat membuat serangkaian persamaan hiperbolik dengan posisi sensor sebagai fokus dan perbedaan waktu sebagai parameter. Dengan menyelesaikan serangkaian persamaan ini, perpotongan unik dari permukaan hiperbolik ini dapat diperoleh, dan koordinat tiga dimensi dari perpotongan ini adalah lokasi fisik sumber gangguan di dalam transformator.

4. Parameter teknis utama dan keunggulan aplikasi sistem pemantauan akustik transformator

4.1 Apa saja parameter teknis utama dari sistem pemantauan suara transformator yang umum?

Tabel berikut mencantumkan parameter teknis tipikal dari sistem pemantauan akustik transformator berkinerja tinggi:

4.2 Mengapa pemantauan akustik merupakan bagian penting dari sistem penilaian kondisi transformator?

Dengan prinsip kerjanya yang unik, teknologi pemantauan suara memainkan peran yang sangat diperlukan dalam pemantauan kondisi transformator, dan keunggulannya tercermin dalam aspek-aspek berikut:

• Non-invasif mutlak dan keamanan yang tinggiIni adalah keuntungan yang paling signifikan. Semua peralatan dipasang di luar kotak, secara fisik diisolasi dari bagian aktif bertegangan tinggi, tanpa perlu pemadaman listrik, yang pada dasarnya menghilangkan risiko keselamatan listrik selama pemasangan dan pemeliharaan.

• Sensitivitas sangat tinggi terhadap jenis kesalahan tertentuTeknologi ini secara langsung merasakan gelombang mekanis yang dihasilkan oleh sumber gangguan, dan oleh karena itu memiliki sensitivitas deteksi yang tak tertandingi untuk gangguan pelepasan yang berkembang dengan cepat (mis. pelepasan parsial) dan gangguan mekanis yang berubah secara dinamis (mis. belitan yang longgar), sehingga memungkinkan peringatan dini yang sebenarnya.

• Penyediaan data berkelanjutan untuk mendukung analisis trenBerbeda dengan pengujian offline yang dilakukan setiap beberapa tahun sekali, pemantauan akustik menyediakan aliran data yang terus menerus setiap detik atau menit. Hal ini memungkinkan untuk membuat kurva tren kesehatan peralatan dari waktu ke waktu dan kondisi operasi, sehingga memberikan basis data yang solid untuk menerapkan pemeliharaan prediktif dan perbaikan berbasis kondisi.

• Kemampuan unik untuk menemukan kesalahan secara fisik dalam tiga dimensiIni adalah keuntungan utama dari pemantauan akustik dibandingkan sebagian besar cara pemantauan lainnya. Kemampuan untuk menemukan gangguan pada area tertentu di dalam trafo, untuk pemeliharaan dan pengambilan keputusan selanjutnya memberikan “navigasi” yang tepat, sehingga mempersingkat waktu investigasi dan mengurangi biaya pemeliharaan.