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漏電斷路器是電力系統(tǒng)中重要的低壓保護(hù)電器，廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)的終端保護(hù)中，在防止漏電事故、保護(hù)用電人員的生命財(cái)產(chǎn)安全上發(fā)揮著重大作用。但是隨著使用時(shí)間的增加，漏電斷路器疲勞老化不斷積累，漏電斷路器的性能逐漸降低，最終會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。

目前，國內(nèi)所應(yīng)用的漏電斷路器中電子式漏電斷路器因其制造成本及制造工藝比電磁式漏電斷路器更具優(yōu)勢，市場占用率近似達(dá)到90%。因此，對(duì)電子式漏電斷路器的性能退化進(jìn)行分析并對(duì)剩余壽命進(jìn)行剩余預(yù)測，對(duì)保障低壓配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和其他電力設(shè)備的正常工作意義重大。

目前，剩余壽命預(yù)測廣泛應(yīng)用于低壓電器等各個(gè)行業(yè)，壽命預(yù)測以及可靠性評(píng)估得到了廣泛應(yīng)用。

• 李華等以超程時(shí)間為繼電器的退化特征量，將超程時(shí)間的參數(shù)值融入回歸模型當(dāng)中，對(duì)繼電器的壽命進(jìn)行預(yù)測；
• 李志剛等同樣將超程時(shí)間作為繼電器的退化特征量，對(duì)小波包變換進(jìn)行改進(jìn)，并和徑向基函數(shù)（Radial Basis Function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合預(yù)測繼電器的壽命；
• 李奎等以交流接觸器的觸頭質(zhì)量損耗為性能退化參數(shù)，并利用統(tǒng)計(jì)回歸方法和非線性Wiener退化模型對(duì)交流接觸器觸頭質(zhì)量損耗建立預(yù)測模型，從而預(yù)測出交流接觸器剩余壽命；
• 段宇等以電弧侵蝕量作為交流接觸器的性能退化參數(shù)，并將累積電弧侵蝕量進(jìn)行分段處理，建立Wiener退化模型預(yù)測交流接觸器的剩余壽命。

上述論文的研究對(duì)象屬于頻繁動(dòng)作的控制類電器，它們可以找到像接觸電阻、觸頭電弧侵蝕量以及超程時(shí)間等標(biāo)志性退化特征量。漏電斷路器屬于不頻繁動(dòng)作的保護(hù)類電器，正常情況下只有出現(xiàn)漏電故障時(shí)，才會(huì)發(fā)生動(dòng)作。漏電斷路器的工作特點(diǎn)使得漏電斷路器沒有明顯的性能退化特征量。

省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）的研究人員通過預(yù)試驗(yàn)確定了剩余動(dòng)作電流作為漏電斷路器的退化特征量；其次進(jìn)行以溫度為加速變量的恒定應(yīng)力加速退化試驗(yàn)，建立Wiener退化模型并利用極大似然估計(jì)法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，預(yù)測其在加速應(yīng)力下的剩余壽命；最后通過Arrhenius加速模型外推出漏電斷路器在正常應(yīng)力下的使用壽命。

圖1 漏電斷路器的中間環(huán)節(jié)

通過研究，他們指出：

1）根據(jù)加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立各加速應(yīng)力下剩余動(dòng)作電流退化量的退化軌跡，可得出高溫應(yīng)力會(huì)使漏電斷路器的性能退化加劇；

2）以單個(gè)周期作為時(shí)間分段，根據(jù)中心極限定理，以及分段退化量的正態(tài)分布檢驗(yàn)圖，可以驗(yàn)證每個(gè)周期漏電斷路器剩余動(dòng)作電流分段退化量服從正態(tài)分布，從而驗(yàn)證符合Wiener過程；

3）利用概率統(tǒng)計(jì)的方法推導(dǎo)出其剩余壽命概率密度函數(shù)和可靠度函數(shù)；建立漏電斷路器剩余壽命預(yù)測模型，預(yù)測出漏電斷路器在加速應(yīng)力初始時(shí)刻的剩余壽命。

研究人員表示，將漏電斷路器初始時(shí)刻的剩余壽命作為該加速應(yīng)力下的偽失效壽命，通過Arrhenius加速模型，基于最小二乘法對(duì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，最終預(yù)測出漏電斷路器在常溫下的壽命為2085天。

本文編自2022年第2期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于Wiener過程電子式漏電斷路器的剩余壽命預(yù)測”，作者為劉幗巾、李想 等。