分析低压成套开关设备的寿命预测

分析低压成套开关设备的寿命预测

谭茂基

（中山市明阳电器有限公司广东省中山市528400）

摘要：低压成套开关设备的维修模式为计划维修模式，设备维修计划的制定缺乏理论支持，存在“过剩维修”和“不足维修”问题，降低了设备维修的经济性。假设低压成套开关设备的寿命服从三参数威布尔分布，提出了灰色估计法，对分布参数进行估计，最后对设备的可靠剩余寿命进行了预测。依据寿命预测结果，制定完善的设备维护、维修计划，可保证设备维修的及时性，且避免设备不必要的停电检修，可实现设备的最小维修成木。

关键词：低压成套开关设备；设备维修；威布尔分布；灰色估计法；可靠剩余寿命

低压成套开关设备是低压供电系统的重要电力设备，在低压供电系统中负责电能的控制、保护、转换和分配，其安全可靠与否直接影响到低压电力系统的正常运行。

当前低压成套开关设备采用预防性计划维修模式，只要设备达到预定的运行周期，无论其故障与否，都要停机检修。由于这种维修模式没有考虑到设备具体的运行状况，缺乏针对性，不仅出现很多不必要的停机检修，而且不合理的维修时间容易导致设备维修不及时，造成系统停电等事故。

1.低压成套设备

1.1构成

低压成套设备包含低压开关柜，配电盘，控制箱，开关箱等电气设备。

1.2应用

低压成套设备广泛地应用在发电厂低压系统的配电、电气传动和自动控制设备中。众所周知，发电本身耗能很大（指厂用电），据统计，其中低电压电器耗能占发电厂总能耗的一半以上。近年来，随着大型成套设备和自动控制、自动调节系统的采用，低电压电器的使用大量增加。因此，在发电厂设备的检修中，低压电器的维修是一个重要的环节，不论从频繁性、设备的重要性还是工作量上，它是检修工作的重要组成部分。

常见的普通的设备项目包括：

（1）低压短路器的检修：目前，随着科学技术的不断发展，材料的不断创新，设备的机构比较紧凑、耐用、安全系数高。现在的设备已向免解体检修，免维护类型发展。以下就介绍一下随着系统的检修，对低压开关的检查项目。a、短路器合、拉闸低电压效验。b、短路器同期效验。c、一次直流电阻试验。d、一次绝缘电阻试验。e、一次耐压试验。f、传动机构添加润滑剂。g、检查效验熔断器。h、检查、效验储能电机。i、检查一次叉子及弹簧。j、检查、效验合、拉闸速度。k、检查、效验二次以及辅助开关和接点。

（2）自动空气开关的检修：自动空气开关在结构上比接触器和磁力启动器要复杂一些，因此，因为它有一套完善的灭弧装置。自动空气开关能在电路发生过负载、短路、低电压或失压时能够自动地切断电路。a、合、拉闸试验。b、传动机构加入润滑。c、相间绝缘电阻效验。d、开关过流效验。e、检查出入接点。f、检查灭弧栅。g、对触头检修。（3）刀闸开关的检修：a、检查固定、活动刀口。b、检查刀口弹簧。c、检查轴销。d、效验合、拉闸位置。e、检查、效验传动机构。f、相间、对地绝缘电阻效验。四、电磁接触器检修：a、检查磁力线圈接点。b、磁力线圈直流电阻效验。c、检查接点和压簧。d、检查铁心及铁心接触面。e、检查效弧罩。

2、威布尔分布模型

威布尔分布模型是以瑞典科学家WaloddiWeibull的名字命名的，WaloddiWeibull于1951年提出了包含位置参数Y、尺度参数和形状参数的三参数威布尔分布模型。

如果随机变量T服从三参数的威布尔分布，则其概率密度函数f（t）为。

相关系数ρ是用来衡量变量X与Y之间线性相关程度的统计量，且-1≤ρ≤1，ρ越接近于1，那么线性相关程度越高。

观察式（21）不难发现，相关系数ρ为γ的函数，选择合适的γ，使∣ρ∣位置参数γ的估计值。

由于位置参数γ已求得，原来的三参数威布尔分布退化为二参数威布尔分布，应用最小二乘法对形状参数β和尺度参数η的估计值进行求解。

4、可靠性特征量的计算

4.1可靠度

可靠度是产品在规定时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率，记为R。可靠度为时间的函数，记为R（t，）称作可靠度函数。若设备的寿命服从三参数威布尔分布，设备的故障时间由随机变量T表示，那么设备的可靠度函数R（t）为

由威布尔分布的失效率函数的表达式可以看出，当β<1时，设备的失效率随时间递减，适用于设备的早期使用阶段，对应于浴盆曲线的早期失效期；当β=1时，设备的失效率为常数，适用于设备正常使用阶段，对应于浴盆曲线的偶然失效期；当β>1时，设备的失效率随时间递增，适用于设备的后期使用阶段，对应于浴盆曲线的耗损失效期。因此，威布尔分布较其他分布类型更为形象、灵活，能够描述设备寿命在整个寿命周期内的变化情况。浴盆曲线为设备典型失效率曲线，如图1所示。

5、结论

假设低压成套开关设备的寿命服从三参数威布尔分布，结合灰色系统理论提出了灰色参数估计法，同时应用矩估计法和解析法对威布尔分布参数进行了估计，引入可靠度的相对均方根误差，对不同估计法得到的参数估计值的精确度进行了比较，最终选取灰色估计法的参数估计值，由此建立了低压成套开关设备的剩余寿命预测模型，通过具体算例证明了该模型的合理性和有效性。

参考文献：

[1]蔚德申，王景芹，王丽.低压成套开关设备的寿命预测[J].电气传动，2018（5）.

[2]张学军.低压成套开关设备温升测试及影响因素的分析[J].电工电气，2015（4）：62-64.