開關(guān)觸頭電壽命預(yù)測(cè)方法分析

開關(guān)觸頭電壽命預(yù)測(cè)方法分析2006-7-515:24:19【文章字體：大中小】打印收藏關(guān)閉2006-7-515:24:19【文章字體：大中小】打印收藏關(guān)閉一、引言開關(guān)電器的可靠性直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性。電觸頭是開關(guān)電器的關(guān)鍵部件之一，其性能直接關(guān)系到電器的整體電性能，故研究觸頭的電壽命對(duì)故障診斷和系統(tǒng)維修等具有重要作用。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電壽命的預(yù)測(cè)方法主要包括表面粗糙度法、有效接觸距離法、接觸電阻法、簇射電弧法、燃弧參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析法、質(zhì)量損耗法、頻譜分析法、多變量壽命預(yù)測(cè)法等。但是，上述方法都難以實(shí)時(shí)反映觸頭剩余電壽命狀態(tài)。因此，需要尋找一種通用、合理、能反映開關(guān)電器觸頭實(shí)時(shí)剩余電壽命的預(yù)測(cè)方法。二、利用觸頭表面機(jī)械狀態(tài)預(yù)測(cè)電壽命本方法主要利用觸頭開閉過程中表面機(jī)械狀態(tài)與操作次數(shù)N的關(guān)系預(yù)測(cè)電壽命。（一）表面粗糙度法電磁繼電器在DC10V,操作107次，分?jǐn)喔行载?fù)載的情況下，通過激光顯微鏡測(cè)量出每次開閉后的表面粗糙度，建立表面粗糙度與N的關(guān)系，進(jìn)而預(yù)測(cè)觸頭的電壽命。結(jié)果表明，隨著N的增加，觸頭表面粗糙度H會(huì)發(fā)生變化。由圖1可知，操作105次后，觸頭允許的最大粗糙度H迅速增加，具體關(guān)系為max占“一一-H-RI4reIfl459.沁、iL：.占亠-x10r：V--S.j：?5式中H――陽(yáng)極最大粗糙度maxaHmax，c――陰極最大粗糙度max，cN操作次數(shù)若H和H超過允許的最大值，就認(rèn)為觸頭失效，從而就能預(yù)測(cè)出觸頭的max，amax，c電壽命。其中，H可由試驗(yàn)得出。maxHmaxc與N的關(guān)系（見圖2）。其中，曲線1表示DC100V,曲線2表示DC0V。可見，用H預(yù)測(cè)電壽命的方法具有不確定性。32巨盡*也-可貯扌.H工”靜*J（二）有效接觸距離法通過常開觸頭的有效接觸距離與N的關(guān)系預(yù)測(cè)觸頭電壽命的方法。有效接觸距離是指觸頭完全打開時(shí)動(dòng)、靜觸頭間的距離。觸頭的有效接觸距離是吸合時(shí)間和釋放時(shí)間的函數(shù)（見圖3）。吸合時(shí)間是指從線圈通電時(shí)刻起到常開觸頭第1次閉合的時(shí)間間隔。釋放時(shí)間是指從線圈斷電到常開觸頭第1次打開的時(shí)間間隔。通過測(cè)得每次操作過程中的吸合時(shí)間和釋放時(shí)間，計(jì)算出有效接觸距離，從而找出有效接觸距離隨操作次數(shù)的變化規(guī)律（見圖4）。由圖4可知，隨著N的增加，觸頭的有效接觸距離增加。當(dāng)實(shí)際測(cè)得的有效接觸距離大于觸頭的最大有效接觸距離時(shí)，說明觸頭失效，從而預(yù)測(cè)出觸頭的電壽命。該方法適用于各種類型的電器，但困難之處是需要事先了解吸合、釋放時(shí)間與接觸距離之間的函數(shù)關(guān)系，需要試驗(yàn)確定最大有效距離。三、接觸電阻法接觸電阻R是收縮電陰R和表面膜電阻R的和。R隨N的增加而變化，在觸頭開eSmc閉的操作過程中，一方面舊膜被破壞，降低了R；另一方面，由于觸頭間的多次撞擊C使觸頭材料的內(nèi)部晶格發(fā)生畸變，造成內(nèi)部電場(chǎng)不均勻，從而導(dǎo)致電子散射增加，增大了材料自身的電阻率。同時(shí)，在帶載操作時(shí)，接觸溫升增高，也可能形成新的表面膜，增大接觸電阻。實(shí)際R與N的關(guān)系取決于上述3種作用效果的總和，如圖5所示。C由圖5可知，不同材料的觸頭其R隨N表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，只有Au-60Ag隨CN的增加表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)，其他的變化都不明顯。Rc隨N增加變化不明顯，如圖6所示。因此，用R預(yù)測(cè)電壽命的方法目前尚無統(tǒng)一定論，需作進(jìn)一步研究。C使用此方法的困難之處在于建立簇射電弧T等參數(shù)與N之間的關(guān)系。此外，簇射u電弧還與電壓有關(guān)，不同電壓下的簇射波形不同。一）燃弧參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析法針對(duì)真空斷路器的燃弧時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性（均值分析和標(biāo)準(zhǔn)偏差分析），說明燃弧時(shí)間與真空斷路器開斷能力之間的關(guān)系，試圖預(yù)示開斷是否達(dá)到極限。用標(biāo)準(zhǔn)偏差s表示燃弧時(shí)間的分散程度，其計(jì)算式如下：式中xi——每次操作的燃弧時(shí)間東――平均燃弧時(shí)間n樣本數(shù)通過對(duì)測(cè)得的大量燃弧時(shí)間值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制定一方差的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)分散程度S大于評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，壽命終止。在實(shí)際使用此方法時(shí)，關(guān)鍵是N的選取，N的不同會(huì)導(dǎo)致彳、S的不同，從而使N的變化規(guī)律也會(huì)不同。（二）質(zhì)量損耗法本方法利用觸頭的質(zhì)量損損耗Am與N的關(guān)系預(yù)測(cè)電壽命。其中Am包括分?jǐn)嗪烷]合過程中的損耗。以Ag/Cd0為例，在電壓為32V,電流為DC400A，燃弧時(shí)間為1ms條件下，每次動(dòng)作后測(cè)出Am。根據(jù)Am與N之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)觸頭的壽命，如圖10所示。由圖10可知，Am隨N的增加而增加，當(dāng)Am接近最大時(shí)，表明觸頭失效，從而終結(jié)壽命。該方法使用時(shí)的困難之處在于如何確定真實(shí)磨損量，如何處理局部嚴(yán)重磨損與整體均勻磨損。（三）頻譜分析法頻譜分析法的主要思想是：對(duì)電弧電壓波形進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），找出某一頻率下頻譜幅值隨N的變化規(guī)律，從而預(yù)測(cè)電壽命。圖11所示AC電弧電壓波形下的頻譜分布示意圖。圖12為電流DC15A,Ag-CdO材料下，400Hz頻譜幅值與N的關(guān)系。在0?3000次間，頻譜幅值是下降的，之后表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。但是，不同頻譜變化規(guī)律可能不同，需要找到一種更精確的分析方法（如Neuro-Fuzzy法）來分析這種關(guān)系。四、多變量壽命預(yù)測(cè)法該方法的實(shí)質(zhì)是：考慮影響壽命的多個(gè)參數(shù)，對(duì)所采集的電參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，然后根據(jù)各元素的限定范圍計(jì)算壽命。該方法的關(guān)鍵是監(jiān)測(cè)哪些參數(shù)。選擇了8個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)：接觸電阻、接觸壓降、開路壓降、燃弧時(shí)間、燃弧能量、回跳時(shí)間、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間。但是，對(duì)于參數(shù)的合理選擇尚需作進(jìn)一步研究。五、結(jié)束語(yǔ)電氣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化要求對(duì)各種電器設(shè)備與元件進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，開關(guān)電器電壽命的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)是其中的重要方面之一。目前，電壽命預(yù)測(cè)方法有表面粗糙度法、有效距離法、接觸電阻法、簇射電弧法、燃弧參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析法、質(zhì)量損耗法、頻譜分析法、多變量壽命預(yù)測(cè)法等。但它們多難以實(shí)時(shí)反映觸頭剩余電壽命狀態(tài)。比如隨著操作次數(shù)的增加，接觸電阻或表面粗糙度可能增加也可