【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可靠性，具体涉及一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法。
技术介绍
1、特高压断路器是特高压输电系统的重要组成部分，其主要作用是在输电系统发生故障时快速切断故障部分，保护电力设备和电网免受过电流和短路的损害。若断路器不能正常的切断故障部分，可能会影响输电系统的正常运行，从而导致经济损失；并且可能带来安全隐患，对电网工作人员的生命财产安全造成危害。因此，断路器的安全稳定运行对于特高压线路来说至关重要。然而，特高压断路器内部结构复杂，在运行过程当中处于高压封闭状态，导致其内部状态难以进行实时监测，故障原因复杂隐蔽，增加了可靠性建模与分析的难度。
2、目前，特高压断路器的可靠性相关研究大多数着眼于其机械结构的可靠性，该类研究主要采用神经网络、支持向量机等机器学习方法，可以预测出相关特性参数并识别故障模式；此外，还有一些针对特高压断路器电气类故障的诊断研究，但主要是基于单一特征进行考量，难以适配断路器结构复杂的特点。两个方向的研究均受限于断路器运行过程当中故障数据样本小、运行条件复杂多变等因素，难以得到良好的诊断效果；同时，数据驱动算法并不具备良好的可解释性，无法准确判断断路器的运行状态，盲目检修很有可能造成资源浪费。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，通过fta方法筛选关键部件并建立系统结构，从断路器内部关键组件的退化过程入手，完成断路器可靠性模型的构建，实现各组件剩余寿命评估预测以及断
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、步骤1：高压断路器本体结构分析及故障树模型建立；
4、针对高压断路器本体，对断路器结构进行分析，并使用故障树分析法fta对以往出现的故障进行研究和分析，通过分析不同故障事件之间的关系，识别故障传播路径和失效模式，建立断路器本体fta模型；
5、步骤2：高压断路器退化指标选取及可靠性系统结构确定；
6、步骤2-1：依据步骤1当建立的断路器本体fta模型，选择不同的可靠性模型描述整机可靠性系统结构；
7、所述可靠性模型包括串联系统、并联系统以及n中取k系统；
8、设系统中有n个组件，所有组件的状态记为xi,i∈1,2,…,n，将系统的状态向量记为x＝(x1,x2,…,xn)，系统的状态通过一个函数φ(x)与系统的状态向量建立关系，φ(x)称为系统的结构函数，其表达式为：
9、
10、当选择可靠性模型的串联系统时，当且仅当一个组件发生失效时，系统发生失效；串联系统的结构函数为：
11、
12、当选择可靠性模型的并联系统时，当且仅当所有组件发生失效时，系统发生失效；并联系统的结构函数为：
13、φ(x)＝max(x1,x2,…,xn)
14、当选择可靠性模型的n中取k系统时，当大于等于k个组件正常运行时，系统正常运行；n中取k系统的结构函数为：
15、
16、步骤3：关键组件退化过程建模与可靠性建模；
17、采用基于失效机理的建模或基于组件性能退化数据的建模方法对组件退化过程进行建模；
18、完成组件退化过程建模之后，根据每一组件的退化过程模型获取其失效分布函数，从而推导出其可靠性模型，完成单一组件的可靠性模型构建；
19、步骤4：整机系统可靠性模型构建、剩余寿命评估以及检修策略制定；
20、步骤4-1：根据步骤3中建立的单一组件可靠性模型以及步骤2中建立的整机可靠性系统结构，建立多退化指标相耦合的整机系统可靠性模型；
21、步骤4-2：将每一台断路器按批次进行划分，统计同一批次当中的故障类别，对整机系统可靠性模型进行基于家族性缺陷的修正系数计算，将修正系数记为c，则断路器实际可靠性计算公式为：
22、r(t)＝c·rt(t)
23、
24、
25、式中，rt(t)为通过步骤4-1中构建的整机系统可靠性模型计算得到的理论可靠性值；i为系统包含的组件数量；ni为该批次断路器运行至今统计到的第i个组件发生故障的总数；n为该批次投运的断路器总数；
26、步骤4-3：将每台断路器的参数信息以及实际运行数据输入至整机可靠性模型当中，从而获取各部件的可靠性以及剩余寿命预测值，同时获取整机的可靠性，实现断路器运行状态的实时监测；
27、步骤4-4：整体的检修策略制定方式为：依托断路器fta模型以及单一组件的可靠性模型，针对每一个故障模式建立检修策略库，确定具体的检修内容；依托整机可靠性模型，对设备的整机可靠性进行等级划分，并对设备进行重要度评价，按照设备风险矩阵确定设备整机的管控级别，根据检修策略库和管控等级确定单台设备差异化检修策略。
28、优选地，所述基于组件性能退化数据的建模包括基于退化轨迹建模和基于随机过程建模两种；
29、所述基于随机过程建模方法包括：软失效过程建模、硬失效过程建模以及依赖竞争失效过程建模；
30、所述软失效过程建模包括gamma过程模型和wiener过程模型；
31、所述硬失效过程建模包括累计冲击模型、极值冲击模型、连续冲击模型以及δ冲击模型；
32、所述依赖竞争失效过程建模的退化过程中软失效过程和硬失效过程同时存在并相互影响，从而导致部件的竞争失效过程。
33、优选地，所述gamma过程模型是一种独立增量过程，其增量都服从于gamma分布，随机变量x的gamma分布概率分布密度函数为：
34、
35、式中，α为形状参数，β为尺度参数，γ(α)为gamma函数：
36、
37、优选地，所述wiener过程是一种连续时间随机过程，也是独立增量过程，其增量均服从于期望为0，方差为独立增量时间差的正态分布。
38、优选地，所述每台断路器的参数信息包括额定参数和组件批次信息。
39、优选地，所述实际运行数据包括断路器操作次数、负荷电流和故障数据。
40、本专利技术的有益效果如下：
41、1、本专利技术提供一种面向组件退化过程的特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，通过fta方法筛选关键部件并建立系统结构，从断路器内部关键组件的退化过程入手，完成了断路器可靠性模型的构建，实现了各组件剩余寿命评估预测以及断路器运行状态的实时监测，并给出了检修策略的制定方案，建模手段简单、高效。
42、2、从预防故障的角度来看，本专利技术提供的可靠性模型可实时预测故障概率、分析失效风险，实现提前检修及隐患排除；
43、3、从设备维修的角度来看，一方面，本专利技术通过整机模型实时监测设备状态和环境数据，采用更具针对性的策略对设备进行维修，可以避免计划外停机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述基于组件性能退化数据的建模包括基于退化轨迹建模和基于随机过程建模两种；
3.根据权利要求2所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述Gamma过程模型是一种独立增量过程，其增量都服从于Gamma分布，随机变量x的Gamma分布概率分布密度函数为：
4.根据权利要求2所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述Wiener过程是一种连续时间随机过程，也是独立增量过程，其增量均服从于期望为0，方差为独立增量时间差的正态分布。
5.根据权利要求1所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述每台断路器的参数信息包括额定参数和组件批次信息。
6.根据权利要求1所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述实际运行数据包括断路器操作次数、负荷电流和故障数据。
【技术特征摘要】
1.一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述基于组件性能退化数据的建模包括基于退化轨迹建模和基于随机过程建模两种；
3.根据权利要求2所述的一种特高压断路器可靠性建模及剩余寿命评估方法，其特征在于，所述gamma过程模型是一种独立增量过程，其增量都服从于gamma分布，随机变量x的gamma分布概率分布密度函数为：
4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志强，贾栋，宋朝晖，吴安，郑彦斌，司书宾，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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