基于Wiener过程的万能式断路器附件剩余寿命预测*

万能式断路器作为一个复杂的机械系统,其操作附件的剩余寿命预测对于维护断路器的可靠性至关重要。为准确掌握操作附件剩余寿命情况,提出了一种基于Wiener过程的万能式断路器操作附件剩余机械寿命预测方法。首先,通过对操作附件动作过程中线圈电流波形的分析选取了动作时间作为性能退化特征量;其次,考虑到断路器操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点,采用Wiener过程建立了操作附件的性能退化模型,并利用极大似然估计法对退化模型参数进行估计;然后,基于首达时间的概念建立了剩余寿命预测模型,推导出剩余寿命概率密度函数解析式。最后对安装于万能式断路器上的分励脱扣器和释能电磁铁两种操作附件进行全寿命试验及其剩余寿命预测,预测结果验证了所提方法的有效性。     

万能式断路器故障的判断和检修

本文介绍了万能式断路器故障的查找与判断的步骤和检修方法。     

基于性能退化预测的数控机床预防维修方法

为解决数控机床传统维修方法存在的\"欠维护\"或\"过维护\"弊端,提出了一种基于系统性能退化预测的预防维修方法,利用统计过程控制技术分析产品质量数据,实现机床工作状态的预测。建立了关键零部件的Wiener退化模型来预测寿命分布,从而可结合剩余寿命和收益确定最优预防维修策略。以某汽车活塞生产线上的数控机床异常数据为例,验证了所提方法的有效性。     

基于卷积变分自编码和多头自注意力机制的断路器剩余机械寿命预测

针对万能式断路器退化过程的不确定性,考虑到振动信号对机械性能退化的完善表征,提出了一种基于卷积变分自编码(CVAE)和多头自注意力机制(MSA)的断路器分闸机械机构寿命预测方法。首先依据断路器不同的事件区间提取参数特征,再通过CVAE挖掘信号成分中的深度特征,将参数特征与深度特征融合得到完备退化特征,最后建立GRU-MSA的定量寿命预测模型,引入了多头自注意力机制,在多个不同表征子空间中捕捉信号的不同依赖关系,对重要的时间步赋予更大的权重。最后利用3台试品的振动信号测量数据对所提断路器分闸机械机构寿命预测方法进行测试,结果表明,所提出的方法在3个数据集中寿命预测均方根误差(RMSE)分别为141.46、128.75和134.16,平均绝对误差(MAE)分别为112.17、101.52和106.22,预测精度高且稳定性好,相对于其他混合预测模型更具优势。     

基于性能退化的智能脱扣器电源模块健康状态预测

一般情况下电子产品在失效前性能已经发生退化,而传统的寿命预测方法没有利用退化信息。以智能脱扣器电源模块为研究对象,分析MOSFET开关周期和电路薄弱环节储能电容退化之间的关联关系,提出将MOSFET开关周期作为电源模块性能退化的特征量,建立以MOSFET开关周期为特征参量的智能脱扣器电源模块性能退化模型;将电源模块划分为健康、注意和危险3种健康状态,确定健康状态转移图和转移时间的计算方法,建立其健康状态评估模型;对电源模块进行温度应力下的加速退化实验,验证性能退化模型和健康状态评估模型,并预测电源模块在40℃工作环境下由健康状态转移至注意状态的平均转移时间为3 906天,转移至危险状态的平均转移时间为9 296天。     

万能式断路器电磁兼容性试验技术研究

基于万能式断路器在低压配电系统中占有重要位置并不断向智能化发展这一背景,为保证该设备在一定的电磁环境下能安全可靠地运行,并使行业相关人员对万能式断路器电磁兼容性试验有更深入和系统的认识,以现行国家标准为依据,对万能式断路器电磁兼容性试验技术进行了系统的分析和研究.研究内容主要包括电磁骚扰和电磁敏感度两类测试,对其试验对象、试验等级、试验端口、试验方法及合格性判据等内容进行了探讨.试验结果表明,获得的大量电磁兼容试验数据能对万能式断路器可能出现的问题进行预估,从而得到了其可能的解决对策,可为万能式断路器用户、制造商和相关的电磁兼容性测试人员提供参考.     

轴承自驱式独立退化轨迹构建与剩余寿命灰色预测

针对轴承退化轨迹的个体差异性及退化阶段划分的人为主观性问题,提出了自监测数据驱动的轴承独立退化轨迹的提取与退化阶段的自主分割方法。该方法采用多尺度残差深度卷积自编码器对轴承自身历史监测数据进行无监督学习,实现了轴承性能退化特征的自主提取,并结合支持向量数据描述模型构建单个轴承的独立退化轨迹。引入基于去趋势化超阈波峰法的退化起始点自动检测方法与基于逻辑回归失效概率的失效阈值自主设定方法,对轴承独立退化轨迹进行了自适应分割。以轨迹分割得到的退化阶段数据为驱动,结合全阶时间幂灰色预测模型实现了轴承寿命的准确预测。试验结果表明,提出的多尺度残差深度卷积自编码器能够根据轴承各自工况环境构建反映轴承自身服役性能变化规律的退化轨迹,提出的退化轨迹自适应分割方法能够无参考地检测出轴承的起始退化点与失效阈值,从而提高轴承退化评估的科学客观性与寿命预测的工程可操作性。     

基于电机电流分析的万能式断路器机械故障诊断

电机电流信号常用于分析电动机本身的故障问题,但对其应用于与电机相连机构的故障分析的研究较少。提出一种基于储能电机电流分析的万能式断路器操作机构故障诊断方法。首先采用Hilbert幅值解调法和改进的小波包阈值法相结合获取交流电流信号的包络线,以解决随机噪声干扰造成的所提取包络线粗糙的问题;然后通过包络线提取电流信号的时间量、电流量以及峭度作为不同故障状态电流波形的特征参数;最后融合模糊聚类和量子粒子群优化的相关向量机实现对断路器正常状态、传动齿轮卡涩、储能弹簧卡涩以及脱落的4种状态的辨识。构建了基于电流分析的万能式断路器故障诊断系统,在不同工况下进行了验证,结果表明该方法能有效提取操作机构储能相关部件的故障特征,实现了对操作机构储能相关部件的故障诊断。     

基于Gamma退化过程的剩余寿命预测及维修决策优化模型研究

通过研究产品故障发生的机理,建立了基于Gamma退化过程的状态空间模型,运用EM-PF参数估计方法对模型中的参数进行求解,确定模型的具体形式,进而得出产品剩余寿命的分布函数和概率密度函数。该剩余寿命预测方法将退化状态与故障阈值联系起来,从而降低了剩余寿命预测的误差,以轴承磨损量特征进行建模,完善了状态信息与剩余寿命之间的相互关系。利用剩余寿命的概率密度函数建立了以费用最小为目标的维修决策模型,确定最优的维修更换时间并实现维修决策的优化。最后用轴承寿命试验所得到的数据对模型进行了验证,实例结果证明该模型是可行有效的。     

新型非线性退化建模与剩余寿命预测

鉴于数据驱动的寿命预测方法多采用线性退化模型建模,而实际退化数据多呈现为非线性形式,为此,提出一种新型非线性退化模型,利用首达时间原理推导出模型剩余寿命概率密度函数的解析表达式,采用极大似然法估计模型中的未知参数,并用AIC准则检验了模型的准确性。通过仿真数据与激光发生器的性能退化数据对模型进行了验证分析,结果表明了新型非线性退化模型的准确性和实用性。     

基于二元维纳过程的小样本齿轮泵可靠寿命预测

提出了一种基于二元维纳过程的小样本齿轮泵可靠寿命预测方法。利用具有随机效应的维纳过程建立齿轮泵容积效率和总效率退化过程模型,表征了齿轮泵退化特征随时间的波动性和个体差异性。基于赤池信息量准则(AIC)筛选了合适的Copula函数来描述两个退化特征之间的相关关系。建立了二元退化模型,采用马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法进行了模型未知参数识别。针对齿轮泵性能退化试验通常是小样本的特点,利用Bootstrap抽样方法对表征个体差异的参数进行了再抽样估计。最后通过齿轮泵性能退化试验实现了可靠寿命预测,验证了所提方法的有效性与准确性。试验结果表明,齿轮泵性能退化过程中两个特征存在非线性相关关系,考虑相关关系的可靠寿命预测较单一特征预测结果更保守,且受最先达到失效阈值的性能特征影响更大。     

基于可拓分析的低压断路器虚拟样机动作特性评价

目前低压断路器的动作特性分析主要考虑合闸/分闸速度和合闸/分闸时间两个因素,没有系统地考虑动作特性的其他内在因素并进行综合评价,针对该问题,建立了断路器动作特性多维分析的过程模型,提出"速度—位移—力"三维度十标度的断路器虚拟样机的动作特性分析评价指标体系。基于该指标体系,研究了基于可拓分析的断路器虚拟样机动作特性的评价方法,该方法的特点是:改进了传统的经典域物元模型,建立了一种断路器动作特性评价的物元模型;设计了断路器动作特性的可拓评价算法,改进了传统的关联函数,使提出的关联函数适用于断路器动作特性评价的特点。以一款CDM1-100型断路器的设计和分析过程为例验证了该评价方法的可行性和有效性。     

永磁操作机构的发展及初步研究

介绍了永磁操作机构的发展历史,归纳了现有永磁操作机构的种类,总结了永磁操作机构的性能优势,分析了学者们近年来为提高永磁操作机构的操作性能而做出的最新研究。鉴于典型永磁操作机构采用电磁驱动,只有吸力没有斥力,在分合闸过程中容易加速、不易减速,分合闸特性不理想,而改进的永磁操作机构结构较为复杂、可靠性低,为此,从操作机构的工作原理出发,提出了一种永磁驱动、永磁保持的新型操作机构。     

基于振动-电流广域特征与软共享机制的断路器多故障诊断

万能式断路器机械结构复杂,其产生的故障具有多源性,对多源故障进行失效溯源分析是十分必要的。然而,传统的多任务诊断方法不能很好地处理任务间存在的干扰问题,导致故障识别率降低。针对此问题,提出一种基于振动-电流广域特征与软共享机制的多故障诊断方法。首先利用TKEO与DTM,实现分合闸振动信号片段的精准分割,在此基础上分别融合触头动作关联振动信号和附件电流信号的广域特征信息合成彩色图像样本以丰富故障表征信息。然后基于多任务学习的软共享机制构建多故障诊断模型,并通过自适应加权方法来自动的调整两个任务损失函数的权重比例,消除了任务间的相互干扰,进而提高了故障诊断的性能。最后分别从合闸和分闸两个过程进行实例分析,结果表明本文所提方法在两个任务的分类准确率分别达到了99.78%和99.85%,可以有效地实现万能式断路器多故障诊断。     

塑壳式断路器操作机构的动力学模型及性能分析

针对目前塑壳式断路器操作机构的设计过程中存在性能判定依据单一、专用的操作机构性能分析软件缺乏的问题,分析了断路器操作机构分闸与分断的区别,采用拉格朗日方程建立了断路器操作机构的动力学模型,分析了操作机构的等效转动惯量和广义作用力的确定方法。建立了操作机构设计参数与性能指标之间的映射关系,来支持操作机构的性能指标分析,提出包括动触头—基座角度、手柄弹簧力、弹簧测试角度等的断路器操作机构的动态性能指标体系。基于建立的动力学模型对ADAMS软件进行二次开发,以辅助断路器操作机构的动力学分析,输出速度、位移、力等性能曲线,帮助实现操作机构设计参数的分析优化,并以一款CDM1-100型断路器操作机构的设计为例对所提动力学模型进行了验证。     

新型500 kV超高压断路器液压操动机构的研究

介绍新型500kV超高压断路器液压操动机构的结构原理、计算机仿真和试验结果。理论分析和试验表明,该机构结构合理,团分时间达到17．5ms,触头刚分速度10．2m／s,达到了设计要求。