轨道交通用接触器PHM功能实现方法技术

本发明专利技术涉及接触器的故障预测与健康管理，具体为轨道交通用接触器PHM功能实现方法。接触器的PHM功能，包括接触器的故障预警和寿命预测两部分。故障预警功能是监控触头的闭合时间、断开时间以及动作次数，当闭合时间、断开时间与设计值不一致时或者不正常次数超过限制值，发出预警。寿命预测功能是结合历史故障数据，建立可靠度分布函数，得出预测使用寿命；实时采集负载电流信号、母线电压信号、环境温度和湿度信号，计算开断的触头一次相对烧损量，得到电磨损占总磨损量百分比，计算剩余相对电寿命。该发明专利技术在故障发生之前，发生预警，提醒用户及早准备备品，避免系统的故障运行，降低接触器检修和维护成本，缩短维修周期，提高系统的可靠性。的可靠性。的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
轨道交通用接触器PHM功能实现方法


[0001]本专利技术涉及接触器的故障预测与健康管理，具体为轨道交通用接触器PHM功能实现方法。

技术介绍

[0002]接触器作为轨道交通车辆中重要的控制元器件，一旦发生故障，将直接影响车辆的整体性能，大大增加了车辆全寿命周期成本，给公司和车辆段都带来了较大的损失。因此，对应用于高速列车的接触器进行故障预测与健康管理(PHM)研究具有重要的价值和意义。
[0003]接触器的故障预测与健康管理(PHM)技术是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研究成果而提出的一种全新的管理健康状态的解决方案，是用来预测未来一段时间内接触器的故障可能性以及采用适当维护措施(视情维修)的手段，一般具备故障检测、故障诊断、故障预测和寿命预测等功能。
[0004]接触器寿命是衡量交流接触器性能好坏的主要指标，当前的接触器电寿命预测算法工程可实现方式主要有如下两类：
[0005]一种是根据动作次数、分断次数计算方法，比如西安开天铁路牵引电器有限公司2010年公布一种带计数器的电磁接触器(ZL200920034162.1)，有助于减少机车不必要的维修。北京首钢自动化信息技术有限公司2015年公布一种接触器寿命监控装置(ZL201420581448.2)，可以实时记录接触器的动作次数，并在上位机中显示。
[0006]这种方法的最大优点是，算法简单，易实现，但在其使用过程中，其触头在断开与闭合的过程中除动、静触头间的碰撞与摩擦产生的机械磨损外，还有其他复杂原因造成的电磨损，而且电磨损是主要的，因此，只考虑动作次数来计算接触器的剩余寿命，预测效果比较差。
[0007]一种是根据接触电阻变化规律和大小预测触点剩余寿命算法，比如上海电科电器科技有限公司在“开关电器触点剩余寿命计算方法及检测装置、接触器”(ZL201811111918.8)中，提出一种开关电器触点剩余寿命计算方法，每次开关电器闭合后，获取开关电器的电压U和电流I，依据电压U和电流I，计算接触电阻值。并对得到的接触电阻数据进行线性回归，依据线性回归线得到初始内阻rc和当前内阻rn，依据初始内阻rc、当前内阻rn和开关电器整个生命周期的内阻变化量Δr，计算得出开关电器触点剩余寿命。
[0008]该方法是需要在电路中加装传感器，对于轨道交通用接触器来说，该方法会增加成本，降低系统的可靠性。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的在于提供轨道交通用接触器PHM功能实现方法，满足在不额外加装传感器的情况下，计算方法简单易实现，同时，结合大量的接触器历史故障数据，充分考虑实际工作电流、母线电压、工作温度以及环境湿度的影响，提高接触器剩余寿命的预测精度，
从而降低接触器检修和维护成本，缩短维修周期，提高系统的可靠性。
[0010]本专利技术是采用如下的技术方案实现的：轨道交通用接触器PHM功能实现方法，包括接触器的故障预警功能，接触器的故障预警功能实施步骤为：
[0011](1)读取系统时间；
[0012](2)记录接触器闭合指令、断开指令、辅助常开触头反馈、辅助常闭触头反馈时间，计算闭合时间和断开时间和动作次数；
[0013](3)判断接触器闭合动作是否正常，实际计算的闭合时间与理论值比较，如果达到限制值，认为接触器动作不正常，则报警；从而实现了接触器的预警功能；
[0014](4)判断接触器断开动作是否正常，实际计算的断开时间与理论值比较，如果达到限制值，认为接触器动作不正常，则报警；从而实现了接触器的预警功能；
[0015](5)判断接触器动作状态是否正常，如果接触器动作不正常，则记录不正常次数，判断在理论时间内，动作不正常的次数是否达到限制值，如果达到限制值，则报警；从而实现了接触器的故障预警功能。
[0016]上述的轨道交通用接触器PHM功能实现方法，还包括接触器的寿命预测功能，接触器的寿命预测功能实施步骤为：
[0017](1)结合大量接触器历史故障数据，建立可靠度分布函数，计算出预测使用寿命L0；
[0018](2)根据厂家提供的接触器技术手册资料，获得接触器额定电流In下允许连续开断的次数为N，对应一次开断的触头烧损量为
[0019](3)采集主电路中的负载电流Is、母线电压Us以及环境温度Ts和湿度Hs；
[0020](4)根据实际工作工况和环境因素，计算实际开断电流对应的一次触头烧损量为:(4)根据实际工作工况和环境因素，计算实际开断电流对应的一次触头烧损量为:其中，Is是实际负载电流，In是接触器额定电流，Us是实际母线电压，Un是额定电压，Ts是实际环境温度，Tn是额定环境温度，Hs是实际环境湿度，Hn是额定环境湿度，
∝
是电流的影响因子，β是电压的影响因子，γ是温度的影响因子，θ是湿度的影响因子；
[0021](5)计算工作负荷下的剩余相对电寿命L＝L0‑
∑Q
s1
，L0是可靠度分布函数计算得到的预测使用寿命，∑Q
s1
为若干次开断的触头烧损总量，当L大于预警值，说明接触器处于正常运行状态，当L小于预警值，说明接触器急需检修，不能继续运行。
[0022]上述的轨道交通用接触器PHM功能实现方法，
∝
、β、γ、θ为根据实际的加速老化试验曲线提取出来的。
[0023]上述的轨道交通用接触器PHM功能实现方法，该方法也适用于风电、电力系统领域。
[0024]上述的轨道交通用接触器PHM功能实现方法，剩余相对电寿命L可以为剩余的开断次数，也可以为剩余时间。
[0025]该专利技术方案实现了接触器的PHM功能，可实现接触器的故障预警和寿命预测功能。在接触器故障发生之前，发生预警，提醒用户及早准备备品进行更换，避免系统的故障运行，降低接触器检修和维护成本，缩短维修周期，提高系统的可靠性。
附图说明
[0026]图1为接触器的故障预警功能流程图。
[0027]图2为接触器的寿命预测功能流程图。
具体实施方式
[0028]接触器的PHM功能，包括接触器的故障预警和接触器的寿命预测两部分。接触器的故障预警功能是监控接触器触头的闭合时间、断开时间以及动作次数，当闭合时间、断开时间与设计值不一致时或者不正常的次数超过限制值，则发出预警。
[0029]接触器的寿命预测功能是将接触器的剩余寿命与大量接触器历史故障数据、具体的使用环境和工况相结合，通过监测实际工作环境中的电压电流变化情况以及环境参数，以及接触器动作状态的参数，建立接触器的损伤模型和预测算法，计算工作负荷下的剩余相对电寿命L，当L大于预警值，说明接触器处于正常运行状态，当L小于预警值，说明接触器急需检修，不能继续运行。
[0030]方案中接触器的故障预警功能实施步骤为：
[0031](1)读取系统时间；
[0032](2)记录接触器闭合指令、断开指令、辅助常开触头反馈、辅助常闭触头反馈时间，计算闭合时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.轨道交通用接触器PHM功能实现方法，其特征在于：包括接触器的故障预警功能，接触器的故障预警功能实施步骤为：(1)读取系统时间；(2)记录接触器闭合指令、断开指令、辅助常开触头反馈、辅助常闭触头反馈时间，计算闭合时间和断开时间和动作次数；(3)判断接触器闭合动作是否正常，实际计算的闭合时间与理论值比较，如果达到限制值，认为接触器动作不正常，则报警；从而实现了接触器的预警功能；(4)判断接触器断开动作是否正常，实际计算的断开时间与理论值比较，如果达到限制值，认为接触器动作不正常，则报警；从而实现了接触器的预警功能；(5)判断接触器动作状态是否正常，如果接触器动作不正常，则记录不正常次数，判断在理论时间内，动作不正常的次数是否达到限制值，如果达到限制值，则报警；从而实现了接触器的故障预警功能。2.根据权利要求1所述的轨道交通用接触器PHM功能实现方法，其特征在于：还包括接触器的寿命预测功能，接触器的寿命预测功能实施步骤为：(1)结合接触器历史故障数据，建立可靠度分布函数，计算出预测使用寿命L0；(2)根据厂家提供的接触器技术手册资料，获得接触器额定电流In下允许连续开断的次数为N，对应一次开断的触头烧损量为(3)采集主电路中的负载电流Is、母线电压Us以及环境温度Ts和湿度Hs；(4)根据实际工作工...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓威，李娜，侯涛，谭静，王震，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：