[發明專利]基于機械、電氣、氣體狀態在線監測的高壓斷路器壽命評估方法

有效

• 申請號: 201710694982.2
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107505569B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 田濤;陳昊;朱超;陳瑋光;譚風雷;張兆君;許馳;張建忠
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司檢修分公司;國網江蘇省電力公司;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327;G01M13/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 金方瑋;董建林

1.基于機械、電氣、氣體狀態在線監測的高壓斷路器壽命評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，通過馬爾可夫過程原理，得到對于具有n個狀態的系統的狀態轉移概率密度；具體過程如下：對于馬爾科夫過程，只要前一個狀態X(t_n-1)已經確定，則下一個狀態X(t_n)便可以根據前一個狀態確定，同時狀態X(t_n)與更早的狀態沒有聯系，即

P{X(t_n)|X(t_n-1)}＝P{X(t_n)|X(t₁),X(t₂),…,X(t_n)} (1)

式(1)表示前一個狀態為X(t_n-1)和前n-1個狀態分別為X(t_n-1)，X(t_n-1)，···，X(t_n-1)下，t_n時刻的狀態為X(t_n)的條件概率是相同的，根據馬爾可夫過程的無后效性,即下一個狀態只與當前狀態有關；在馬爾科夫過程中，認為單位時間內的狀態轉移為常數，若λ_ij表示的是在單位時間Δt內系統從狀態i轉移至狀態j的概率，當單位時間Δt小于10ms時可以認為：

P{X(t+Δt)＝j|X(t)＝i}≈λ_ijΔt (2)

對于具有n個狀態的系統，其轉移矩陣為：

根據轉移矩陣，可得到轉移概率密度為：

式中，I為單位矩陣；

步驟二，由轉移概率密度矩陣，根據公式(6)求得系統平穩狀態概率Pi；

步驟三，根據分合閘線圈電流在線監測系統、氣體氣壓狀態在線監測系統、機構振動在線監測系統對SF6高壓斷路器進行故障與開斷監測，建立斷路器狀態估計模型，如公式(7)所示；

其中S是斷路器狀態估計結果，α、β、γ表示狀態傳遞系數，D1、D2、D3分別表示氣體氣壓斷路器狀態評估值、分合閘線圈電流斷路器狀態評估值、機械振動斷路器狀態評估值，運用D-S證據理論對診斷評估值D1、D2、D3進行融合，得到更為準確的狀態判斷，根據信息熵理論分別得到氣體氣壓狀態評估值，分合閘線圈電流狀態評估值，機械振動狀態評估值的信息熵如式(8)來衡量信息量大小其中A代表平均置信度系數，取m(A)為Di，并根據式(9)-(11)歸一化得到D-S證據理論融合的融合系數α、β、γ，最終得到狀態判斷結果S；

步驟四，機械振動狀態斷路器壽命評估過程包括：

步驟a，繪制基于操動機構的斷路器馬爾可夫狀態轉移圖；設斷路器處于正常運行狀態的概率為p₀，各個操動機構失效狀態的概率為p₁、p₂、p₃…p_k；各個操動機構正常狀態與各個操動機構失效狀態之間轉移的故障率和修復率分別為λ₁、λ₂、λ₃…λ_k和μ₁、μ₂、μ₃…μ_k；繪制出斷路器馬爾可夫狀態轉移圖；

步驟b，根據斷路器馬爾可夫狀態轉移圖，構建基于操動機構的高壓斷路器的馬爾可夫狀態轉移模型；根據基于操動機構的馬爾科夫狀態轉移圖，t時刻狀態概率向量P(t)轉移至t+Δt時刻狀態概率向量P(t+Δt)的狀態轉移概率矩陣為：

其中λ_kΔt和μ_kΔt分別表示Δt時間內的失效率和修復率；

步驟c，根據操動機構的可靠度曲線得到故障率曲線；

根據操動機構的可靠度曲線，系統狀態轉移的故障率λ_k是關于操作次數n的函數，設各操動機構故障率的函數分別為f₁(n)，f₂(n)，···，f_k(n)，利用MATLAB的函數擬合工具箱根據可靠度曲線擬合得到了故障率曲線，對應的狀態轉移概率矩陣A是關于操作次數n的矩陣，斷路器馬爾可夫模型是關于操作次數n的離散過程，可由第n次操作后的狀態概率得到第n+1次操作后狀態概率，如式(13)；

假設各個操動機構都擁有相同的修復率μ，計算中選取了不同的修復率以作對比；馬爾可夫過程需要選定一個初始狀態[p₀(0)，p₁(0)，···，p_k(0)]，此處假定初始狀態各個零件故障的概率為0.01％，則初始處于正常工作狀態的概率為99.92％；

根據計算獲得了修復率μ＝0.6時10000次操作后的狀態概率，將修復率0.6代入式(13)，并進行10000次迭代，可以得到處于正常運行的狀態的概率為0.98093，根據式(13)，迭代操作次數n，就可以計算出各個操動機構在修復率μ＝0.6時n次操作后斷路器故障的狀態概率；

步驟d，將修復率分別設定為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和0.9，得到高壓斷路器在不同修復率下的可靠度曲線，考慮到氣體氣壓故障的特殊性，當發生氣體氣壓故障時對不同修復率情況下的可靠度做如下修正，如式(14)所示：

ΔP＝0.625*ΔF-0.03 (14)

其中ΔP為可靠度變化量，ΔF為氣體氣壓變化量，那么經過氣體氣壓故障修正之后的可靠度為：

P_n+1＝P_n-ΔP (15)

當分合閘線圈電流以及機械振動監測到故障時則在轉換圖中對對應的故障按照式(13)進行一次迭代，得到相應的可靠度；

步驟e，通過壽命L-可靠度k函數公式(16)獲取斷路器壽命估計值；