多因素下真空断路器的可靠性分析

摘要

真空断路器具有较高的灭弧和绝缘能力，体积小、污染少、操作方便、运行效果好，并且有很高的触头开断能力，寿命长，在电网建设中使用广泛，可以控制、保护运行中的高压设备。为提高电能质量，同时减少因为高负荷而停电带来的不必要损失，不断地提高其可靠性尤为重要。永磁机构和传统操动机构相比，无机械锁扣、故障源少、结构简单、智能化，广泛应用于真空断路器中。作为真空断路器的重要部分，其可靠性也不可忽略。真空断路器作为一个整体，其失效原因常常是多方面的，因此需要分析多种因素共同作用下，真空断路器可靠性的变化。 本文针对户内12kV真空断路器及其双稳态双线圈永磁机构，进行了一系列试验。采用多种分析方法，从不同角度分析了多因素对断路器、永磁机构可靠性的影响，为真空断路器的设计维护及可靠度的提高提供参考。 首先对4台真空断路器进行常温机械寿命试验，获取断路器的失效寿命数据及失效原因。根据规定的参数范围，进行状态划分，并按照参数关系，建立真空断路器的信度网络模型。鉴于真空断路器寿命试验的小样本特征，采用非精确Dirichlet方法对断路器在特定参数状态下的失效概率及可靠度区间进行分析，实现对断路器可靠性的有效评估。 随后对7台双稳态永磁机构进行常温机械寿命试验，安装模拟负载，记录机械特性参数，选取其中具有退化特性的参数，进行数据拟合，得到拟合曲线及退化方程。根据协方差矩阵分析参数间的相关性，建立多种因素间的联合密度函数，计算出永磁机构各时刻的可靠度估计值。 最后根据断路器相关试验标准，对双稳态永磁机构进行电容电压和环境温度的开断试验，测量分合闸速度。利用标准最小二乘法对试验数据进行回归拟合，得到两种因素分别对分合闸速度的影响顺序，电容电压的影响程度均高于环境温度的影响。得到表达因素间关系的预测多项式，将预测值与实际值对比，根据均方误差根RMSE和拟合系数R2判断，拟合效果良好，误差在可接受范围内。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 真空断路器结构及工作原理

1.2.1 真空断路器结构及操作

1.2.2 永磁机构的结构及工作原理

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要研究内容

2 真空断路器的可靠性指标及可靠性试验

2.1 真空断路器的可靠性

2.2 可靠性特征量

2.2.2 累积失效概率

2.2.3 失效概率密度

2.2.4 失效率

2.3 断路器的可靠性试验

2.3.1 可靠性筛选

2.3.2 环境适应性试验

2.3.3 寿命试验

2.3.4 可靠性增长试验

2.4 本章小结

3 真空断路器可靠性的非精确概率估计

3.1 真空断路器常温机械寿命试验

3.2 非精确概率理论

3.2.1 不确定性理论

3.2.2 信度网络模型

3.2.3 非精确概率的表达形式

3.3 非精确概率估计

3.3.1 真空断路器的信度网络模型

3.3.2 真空断路器可靠性的非精确概率分析

3.4 本章小结

4 永磁机构可靠性的多元退化分析

4.1 双稳态永磁机构常温机械寿命试验

4.2 性能退化理论

4.2.1 性能退化的基本概念

4.2.2 性能退化参数的选择

4.2.3 性能参数退化轨迹的常用模型

4.3 多元退化理论

4.3.1 多元退化量间相关性分析

4.3.2 多元退化失效的可靠性模型

4.4 性能退化参数选择

4.5 永磁机构多元退化的可靠性分析

4.6 本章小结

5 多因素对永磁机构的影响

5.1 永磁机构多因素试验

5.2 多因素对分闸速度的影响分析

5.3 多因素对合闸速度的影响分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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