[發明專利]一種基于混合效應模型的交流接觸器剩余電壽命預測方法

在審

• 申請號: 202211460268.4
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115936191A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李奎;王浩然;項石虎;趙昌東
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/18;G06F17/10;G06F30/20;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

本發明公開一種基于混合效應模型的交流接觸器剩余電壽命預測方法，該方法將三相觸頭的競爭失效和退化相關性特點引入剩余電壽命預測方法中，所得性能退化模型符合產品的實際性能演化規律；采用混合效應退化建模方法和極大似然估計方法等技術手段，可有效利用產品使用過程中的電弧侵蝕量數據進行電壽命預測，在保證預測精度的同時，所提出的方法計算簡單，為開關器件的可靠性分析提供理論基礎，便于工程技術人員使用，具有較強的應用價值。

技術領域

本發明涉及開關器件可靠性預測技術領域，具體涉及一種基于混合效應模型的交流接觸器剩余電壽命預測方法。

背景技術

交流接觸器是低壓配電、自動控制等系統的關鍵器件，起到遠距離接通和分斷交流主電路及大容量控制電路的作用。隨著開關電器領域的持續蓬勃發展，人們對交流接觸器的技術要求也在不斷提高，其性能直接影響到電力系統的安全性與可靠性。在交流接觸器的服役過程中，隨著動、靜觸頭吸合次數的增加，電應力引起的電弧侵蝕逐漸積累，使得交流接觸器的性能不斷惡化，最終導致交流接觸器的故障。為了保證系統的安全平穩運行，需要在交流接觸器故障之前及時對其進行維修或更換，因此精準預測交流接觸器的剩余電壽命至關重要。

交流接觸器的三相觸頭具有競爭失效和退化相關性的特點。一方面，交流接觸器正常運行的條件是三相觸頭的累積電弧侵蝕量均不超過失效閾值，任意相觸頭的故障都會導致接觸器故障，這是典型的競爭失效過程；另一方面，由于三相觸頭的起弧相角間互差120°，且每相觸頭上產生的電弧侵蝕量又是由相應的起弧相角決定的，因而三相觸頭間的性能退化存在相關性。然而，現有的交流接觸器可靠性研究通常圍繞失效相觸頭開展，沒有考慮三相觸頭間競爭失效和退化相關性問題，可能造成剩余電壽命的預測結果不精準。

發明內容

針對現有技術的不足，本專利提出了一種基于混合效應模型的交流接觸器剩余電壽命預測方法。該方法將三相觸頭的競爭失效和退化相關性特點引入剩余電壽命預測方法中，所得性能退化模型符合產品的實際性能演化規律，采用混合效應退化建模方法和極大似然估計方法等技術手段，可有效利用產品使用過程中的電弧侵蝕量數據進行電壽命預測，在保證預測精度的同時，所提出的方法計算簡單，為開關器件的可靠性分析提供理論基礎，便于工程技術人員使用，具有較強的應用價值。

本發明解決所述技術問題的技術方案是：提出一種基于混合效應模型的交流接觸器剩余電壽命預測方法，該方法的具體實施步驟如下：

步驟一：建立交流接觸器三相觸頭的混合效應模型

以累積電弧侵蝕量作為交流接觸器性能退化的特征量，綜合考慮趨勢項和隨機項建立三相觸頭的混合效應模型：

X_i(t)＝a_it+∈_i(t)?(1)

式中,i＝A,B,C，表示某一相觸頭；X_i(t)表示i相觸頭開斷t次時的累積電弧侵蝕量；a_it為趨勢項,其中參數a_i表示i相觸頭的退化速率；∈_i(t)為隨機項，表征退化過程的不確定性因素的影響，且任意時刻下∈_i(t)獨立同分布，滿足均值為0、方差為的正態分布，即

針對三相觸頭間累積電弧侵蝕量的相關性，假設∈(t)＝(∈_A(t),∈_B(t),∈_C(t))^T服從均值向量為零向量、協方差矩陣為Σ的三元正態分布，即∈(t)～N₃(0,∑)；

隨著分斷次數的增加，觸頭上的電弧侵蝕量不斷累積，當累積電弧侵蝕量達到失效閾值時，接觸器不能可靠分斷，則認為接觸器失效；通過隨機變量L_i來表示閾值大小，假設三相觸頭失效閾值L_A、L_B、L_C獨立同分布，均服從均值為D、方差為的正態分布，即