- 頭條河北工業大學科研團隊提出電子式漏電斷路器剩余壽命預測的新方法2022-06-16 作者：劉幗巾、李想 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）的研究人員劉幗巾、李想、王澤、岳承浩，在2022年第2期《電工技術學報》上撰文，對高可靠性、長壽命的電子式漏電斷路器建立基于Wiener過程的剩余壽命預測模型，并對其進行可靠性預測。 他們首先對電子式漏電斷路器進行以溫度為加速應力、剩余動作電流值為退化特征量的恒定應力加速退化試驗，根據試驗數據描述其性能退化軌跡，分析性能退化規律；然后對加速退化試驗數據進行正態分布檢驗，驗證其符合Wiener過程，利用極大似然估計的方法，對剩余壽命預測模型進行參數估計，預測出漏電斷路器的剩余壽命；將漏電斷路器初始時刻的剩余壽命作為偽失效壽命，外推出漏電斷路器在正常應力下的使用壽命大約為2085天。
漏電斷路器是電力系統中重要的低壓保護電器，廣泛應用于低壓配電系統的終端保護中，在防止漏電事故、保護用電人員的生命財產安全上發揮著重大作用。但是隨著使用時間的增加，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，最終會對人民生命財產造成重大損失。
目前，國內所應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勢，市場占用率近似達到90%。因此，對電子式漏電斷路器的性能退化進行分析并對剩余壽命進行剩余預測，對保障低壓配電系統的安全穩定運行和其他電力設備的正常工作意義重大。
目前，剩余壽命預測廣泛應用于低壓電器等各個行業，壽命預測以及可靠性評估得到了廣泛應用。
- 李華等以超程時間為繼電器的退化特征量，將超程時間的參數值融入回歸模型當中，對繼電器的壽命進行預測；
- 李志剛等同樣將超程時間作為繼電器的退化特征量，對小波包變換進行改進，并和徑向基函數（Radial Basis Function, RBF）神經網絡模型結合預測繼電器的壽命；
- 李奎等以交流接觸器的觸頭質量損耗為性能退化參數，并利用統計回歸方法和非線性Wiener退化模型對交流接觸器觸頭質量損耗建立預測模型，從而預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，并將累積電弧侵蝕量進行分段處理，建立Wiener退化模型預測交流接觸器的剩余壽命。
上述論文的研究對象屬于頻繁動作的控制類電器，它們可以找到像接觸電阻、觸頭電弧侵蝕量以及超程時間等標志性退化特征量。漏電斷路器屬于不頻繁動作的保護類電器，正常情況下只有出現漏電故障時，才會發生動作。漏電斷路器的工作特點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實驗室（河北工業大學）的研究人員通過預試驗確定了剩余動作電流作為漏電斷路器的退化特征量；其次進行以溫度為加速變量的恒定應力加速退化試驗，建立Wiener退化模型并利用極大似然估計法對模型參數進行估計，預測其在加速應力下的剩余壽命；最后通過Arrhenius加速模型外推出漏電斷路器在正常應力下的使用壽命。
圖1 漏電斷路器的中間環節
通過研究，他們指出：
1）根據加速退化試驗數據，建立各加速應力下剩余動作電流退化量的退化軌跡，可得出高溫應力會使漏電斷路器的性能退化加劇；
2）以單個周期作為時間分段，根據中心極限定理，以及分段退化量的正態分布檢驗圖，可以驗證每個周期漏電斷路器剩余動作電流分段退化量服從正態分布，從而驗證符合Wiener過程；
3）利用概率統計的方法推導出其剩余壽命概率密度函數和可靠度函數；建立漏電斷路器剩余壽命預測模型，預測出漏電斷路器在加速應力初始時刻的剩余壽命。
研究人員表示，將漏電斷路器初始時刻的剩余壽命作為該加速應力下的偽失效壽命，通過Arrhenius加速模型，基于最小二乘法對參數進行估計，最終預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《電工技術學報》，論文標題為“基于Wiener過程電子式漏電斷路器的剩余壽命預測”，作者為劉幗巾、李想 等。
