【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力，特别涉及一种高压直流开关剩余寿命预测方法和运行维护策略。
技术介绍
1、高压直流输电由于输电距离远、输送容量大、输送效率高等优点，已成为实现电能传输的最佳方式。根据电力系统无功功率就地平衡的原理，直流输电系统的换流站一般都装有交流滤波器。交流滤波器是国内高压直流工程中的重要设备。作为交流滤波器的重要组成部分，高压直流开关与普通开关不同，其动作更为频繁，因此，老化速度也更快。在实际的运行过程中，交流滤波器断路器的频繁投切会严重影响直流开关的电气寿命与机械寿命，其运行状态决定着输电系统的电压质量。
2、近年来，对电力系统可靠性的研究越来越受到全世界的关注。而开关设备作为电力系统中控制和保护的设备，其一项或者多项基本功能的失效将加剧电力系统可靠运行的风险。考虑到断路器的维护对于换流站安全和经济运行尤为重要，因此为了检测交流滤波器在运行中的故障以便提高其运行可靠性，有必要对高压直流开关的运行状况和老化寿命进行测试和研究。
3、虽然换流站通常会根据运行经验和故障概率来判断交流滤波器的剩余寿命，从而更换维修设备，但是目前没有相关可靠的寿命预测研究，直流开关设备的寿命周期缺乏可靠的理论依据来把握。不同换流站的运行环境不同，其高压直流开关设备的寿命也可能不同。传统的寿命预估方法是基于各个换流站的运行经验和故障概率来判断其寿命终点，从而决定何时更换设备，该方法在工程中应用广泛，但是缺点是完全依赖经验的积累，方法较为粗略，由此得到的预估寿命与实际寿命偏差较大，有时设备在使用寿命结束前就被更换，影响系统运行
4、因此，有必要对交流滤波器的直流开关设备进行综合寿命评估。
5、专利技术目的
6、本专利技术的目的就在于应对现有技术所面临的难题，在对不同的交流滤波器进行返厂检修的基础上，对设备的运行状况和老化寿命进行测试与研究，提供一种高压直流开关剩余寿命预测方法。本专利技术所述方法对高压换流站直流开关不同关键部件的老化特性进行了全面研究，能进行更为准确的寿命预测的同时形成公式化的理论依据，并且在此基础上提出了高压直流开关设备的运行和维护的建议，还可方便作为断路器等集成设备状态评估的参考，能有效降低设备运行成本，改善运行经济效益，保证系统的正常运行，而无需进行大规模的改造。
技术实现思路
1、根据本专利技术的一个方面，提供了一种高压直流开关剩余寿命预测方法，包括以下步骤：
2、步骤1、将高压直流开关的老化分解为触头、操作机构、避雷器、密封圈和绝缘子五个构成部件的老化；
3、步骤2、将触头的老化定义为由弹性应变和塑性应变引发的应变疲劳，将其老化模型表征为如式(1)所示：
4、
5、式(1)中，ε为总应变幅；εe为弹性应变幅；εp为塑性应变幅；σf′为疲劳强度系数；e为循环弹性模量；nf为材料应变疲劳寿命；b为材料疲劳强度指数；ε'f为疲劳延性系数；c为疲劳延性指数；
6、测量触头样品的接触电阻，将所测量的接触电阻与测量年份的负载开断数匹配，得到一个拟合函数曲线，根据接触电阻劣化曲线预测触头的使用寿命；
7、步骤3、将操作机构的老化机制定义为金属疲劳，将操作机构的寿命模型表征为如式(2)所示：
8、
9、式(2)中，ξ、λ为依据冲击疲劳试验所确定的起始裂纹疲劳寿命回归因子；同时，依据冲击疲劳试验，测定销轴裂纹深度a与冲击载荷施加次数n关系，进而确定销轴冲击疲劳裂纹扩展速率da/dn；
10、操作机构的特征参量为分闸时间与合闸时间；现场监测得到操作机构样品的分合闸时间后，与测量年分相应的操作次数匹配得到拟合曲线，分别从合闸时间和分闸时间的变化预测图中得出操作机构的预期寿命终点；
11、步骤4、将避雷器的老化定义为开关过程中的冲击电压所引发的其内部阀片的电老化，通过伏安特性曲线评估避雷器的老化程度，以泄漏电流作为表征避雷器老化的量化指标；
12、步骤5、将密封圈的老化定义为因弹性降低而老化，老化机理确定为压缩老化，将密封圈老化寿命表征为如式(3)所示：
13、
14、式(3)中，y为老化特性指标，对应于应力松弛为老化时间τ时的应力f与老化前的初始应力f0的比值，对应于拉断伸长率为任何老化时间τ时的伸长率l与老化前的伸长率l0的比值，对于压缩永久变形为1减去老化时间τ时的压缩永久变形率ε；b为试验常数；k为速度常数，单位为/天或/min；τ为老化时间，天或min；α为经验常数；
15、弹性的量化指标是压缩永久变形，将其作为评价密封圈性能的指标；通过建立长期加速老化试验平台后在不同温度和老化时间下压缩加速老化试样，来得到不能实时检测的密封圈的状态参量；将密封圈使用寿命结束时的性能指标称为“临界值”，通过对“临界值”应用阿伦尼乌斯方程预测密封圈的剩余使用寿命；
16、步骤6、将绝缘子的老化定义为硅橡胶绝缘材料因环境因素劣化致使绝缘子发生性能失效，绝缘子的老化模型用阿伦尼乌斯方程表征，将绝缘子的寿命公式表征为如式(4)所示：
17、
18、式(4)中，λ为是老化平均速率常数，n0是高分子材料最初性能，n(t)是某一条件下，材料t时刻的性能，n(t)是与时间t有关的随机变量；对式(4)进行取对数等变换后得到热老化寿命公式，如式(5)所示：
19、
20、式(5)中，a为经验常数，其值为e为活化能，j/mol，r为摩尔气体常数，8.314j/(mol·k)，t为热力学温度，单位是k；
21、绝缘子的状态参量是硅橡胶高分子材料的性能参数，用tsc测试得到的陷阱参数用以评估绝缘子的老化状态；通过盛装去离子水的恒温水浴锅进行加速老化试验获得对绝缘子老化寿命的评价；将硅橡胶使用寿命结束时的性能指标称为“临界值”，通过对“临界值”应用阿伦尼乌斯方程预测绝缘子的剩余使用寿命；
22、步骤7、采用正态分布概率密度来表征高压直流开关每个部件的劣化过程，假设ε(t)是单个部件的失效概率密度函数，则该函数曲线的顶点对应于其预估寿命，即期望值μ；每个正态分布函数的标准偏差σ由其寿命曲线决定，归一化条件如式(6)所示：
23、
24、假设各部件的失效概率相互独立，则整体高压直流开关设备的故障概率表示为如式(7)所示：
25、
26、式(7)中，ε(t)是单个部件的失效概率密度函数，n为不同部件的数量；
27、根据式(7)计算出整体高压直流开关设备的故障概率分布后，假定失效概率为50％，则可得出高压直流开关设备的整体剩余寿命。
28、优选地，步骤4中对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高压直流开关剩余寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高压直流开关剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤4中对避雷器进行寿命预测时，依托压敏电压测试平台，开展交流电老化程度的压敏电阻的压敏电压测试，建立压敏电压与电老化程度的关系。
3.根据权利要求1所述的一种高压直流开关剩余寿命预测方法，其特征在于，对于避雷器和密封圈，对其构成成分的同类材料进行同步老化或者等效加速老化试验，以预先模拟其老化过程，并获得其寿命衰减曲线作为部件故障概率的参考值。
4.一种应用根据权利要求1-3任一所述高压直流开关剩余寿命预测方法制定直流开关设备运行维护策略的方法，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种高压直流开关剩余寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高压直流开关剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤4中对避雷器进行寿命预测时，依托压敏电压测试平台，开展交流电老化程度的压敏电阻的压敏电压测试，建立压敏电压与电老化程度的关系。
3.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：申笑林，王奥，齐波，蔡惟微，杨霄，李成榕，
申请(专利权)人：国网经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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