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《河北工业大学》 2016年
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低压断路器的可靠性评估及其试验技术研究

王丽丽  
【摘要】:低压断路器是用于电能传输和分配、用电设备保护和控制的重要电器产品,其可靠性评估是保证产品质量的一项重要工作。现行的可靠性评估方法只针对机械操作和保护特性开展,没有反映负荷应力对断路器操作可靠性的影响,且现有的过载保护可靠性评估方法耗时时间长,没有考虑动作时间分散性对产品可靠性的影响。因此,为全面分析和评估低压断路器的可靠性,本文在分析低压断路器电气操作和过载保护失效机理的基础上,提出断路器电气操作和过载保护可靠性评估方法,并针对试验控制技术问题,提出相应的解决方案。首先,通过分析低压断路器电气操作的失效模式和失效机理,建立电气操作失效分布模型。采用灰色—粒子群优化算法求解模型参数的极大似然估计超越方程组,得到模型参数的点估计与区间估计。在此基础上,提出采用可靠寿命作为电气操作的可靠性评价指标,并给出可靠性评估试验方法。然后,以燃弧期间燃弧电流对触头的侵蚀作为性能退化量,综合考虑低压断路器三相负载的连接方式、分断条件和首熄弧相的随机性,采用累积损伤理论建立断路器电寿命退化失效模型。基于此模型,采用Monte-Carlo模拟方法,得到不同负载连接方式、不同触头磨损量极限值时随机分断条件下单极和多极断路器电寿命的分布模型。其次,通过分析低压断路器过载保护试验原理,建立可靠性快速试验电流动作时间与过载长延时动作时间的关系模型,确定快速试验电流与此试验电流下的动作时间范围。根据过载保护特性分布规律,提出采用快速试验电流动作时间的总体变异系数作为过载保护的可靠性评价指标,并基于计量抽样方法结合概率统计理论制定可靠性验证试验方案。最后,设计并研制低压断路器电气操作和过载保护可靠性试验装置。针对电气操作试验电源容量大、试品故障诊断难等问题,提出一种基于交替试验控制技术与多任务试验控制技术的协调控制方法;通过对装置软件算法和硬件电路的优化设计,不但实现了电流波形实时监测、燃弧时间和燃弧能量等特征参数的实时计算,而且实现试品故障的自诊断与切除。针对过载保护特性试验时间长的问题,提出试品串联连接的试验控制方法,同时采用变论域分形模糊控制方法实现试验电流的快速稳定调节。
【关键词】:低压断路器 电气操作 过载保护 可靠性评估 试验技术
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM561
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 第一章 绪论10-26
  • 1.1 课题的研究背景10-11
  • 1.2 课题的研究目的和意义11-13
  • 1.3 可靠性评估方法研究现状13-18
  • 1.3.1 基于寿命统计数据的可靠性评估方法研究现状14-16
  • 1.3.2 基于性能退化数据的可靠性评估方法研究现状16-18
  • 1.4 低压断路器可靠性评估及寿命试验方法研究现状18-23
  • 1.4.1 低压断路器失效机理研究现状18-19
  • 1.4.2 低压断路器寿命预测方法研究现状19-21
  • 1.4.3 低压断路器可靠性评估方法研究现状21-22
  • 1.4.4 低压断路器试验设备研究现状22-23
  • 1.5 本文研究内容23-26
  • 第二章 基于失效分布模型的低压断路器电寿命可靠性评估方法26-40
  • 2.1 引言26
  • 2.2 低压断路器的可靠性考核指标26-27
  • 2.3 电气操作失效分布模型27-29
  • 2.4 电气操作失效分布模型参数估计29-37
  • 2.4.1 模型参数的点估计30-35
  • 2.4.2 模型参数的区间估计35-36
  • 2.4.3 算例36-37
  • 2.5 电气操作可靠性评估方法37-39
  • 2.5.1 电气操作可靠性评价指标37-38
  • 2.5.2 电气操作可靠性试验方法38-39
  • 2.6 本章小结39-40
  • 第三章 基于性能退化的低压断路器电寿命可靠性分析方法40-58
  • 3.1 引言40
  • 3.2 低压断路器失效类型40-41
  • 3.3 低压断路器电寿命退化失效模型41-46
  • 3.3.1 单次动作触头磨损量42-43
  • 3.3.2 电寿命退化失效模型43-44
  • 3.3.3 电流分断相角对断路器触头磨损量的影响分析44-46
  • 3.4 低压断路器电寿命可靠性分析46-56
  • 3.4.1 低压断路器电寿命Monte-Carlo模拟方法46-48
  • 3.4.2 单极断路器电寿命可靠性分析48-52
  • 3.4.3 多极断路器电寿命可靠性分析52-55
  • 3.4.4 不同负荷应力下断路器电寿命可靠性分析55-56
  • 3.5 本章小结56-58
  • 第四章 基于计量抽样的低压断路器过载保护可靠性评估方法58-72
  • 4.1 引言58
  • 4.2 低压断路器过载保护试验原理58-62
  • 4.3 低压断路器过载保护可靠性快速试验方法62-67
  • 4.3.1 过载保护动作时间关系模型62-65
  • 4.3.2 实例分析65-67
  • 4.4 过载保护可靠性评估方法67-70
  • 4.4.1 过载保护可靠性评价指标67-68
  • 4.4.2 过载保护可靠性验证试验方法68-70
  • 4.5 本章小结70-72
  • 第五章 低压断路器可靠性试验控制技术及装置的设计72-96
  • 5.1 引言72
  • 5.2 电气操作可靠性试验控制技术及装置的设计72-81
  • 5.2.1 装置总体方案72-74
  • 5.2.2 电气操作试验控制技术及故障自诊断方法74-77
  • 5.2.3 装置硬件电路设计77-78
  • 5.2.4 装置软件设计78-81
  • 5.3 过载保护可靠性试验控制技术及装置的设计81-92
  • 5.3.1 装置总体方案81-83
  • 5.3.2 试验电流产生电路及调节控制技术83-89
  • 5.3.3 装置硬件电路设计89-91
  • 5.3.4 装置软件设计91-92
  • 5.4 可靠性试验与结果分析92-94
  • 5.4.1 电气操作可靠性试验与结果分析92-94
  • 5.4.2 过载保护可靠性试验与结果分析94
  • 5.5 本章小结94-96
  • 第六章 结论96-98
  • 参考文献98-106
  • 攻读学位期间所取得的相关科研成果106-108
  • 致谢108

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