基于马尔可夫过程的漏电断路器服役状态及可靠性研究

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漏电断路器是非常重要的保护类电器,广泛应用于低压配电系统,显著降低供电线路和用电设备发生漏电时带来的恶劣影响,在保证人员安全、防止漏电事故扩大等方面起着关键作用。实际服役过程中,漏电断路器可能会出现故障,不具备诱发其故障暴露的漏电激励条件时,故障不能显现。因此,本文为了有效评估漏电断路器的服役可靠性,提出一种考虑隐藏故障的漏电断路器服役状态划分方法,针对漏电断路器发生偶然失效和退化失效两种不同情况,分别进行漏电保护可靠性研究。首先,在研究漏电断路器故障模式的基础上,建立基于马尔可夫过程的漏电断路器状态转移模型。通过分析漏电断路器的工作原理和故障模式,明确漏电保护特点,并采用激励响应法描述断路器失效情况,将漏电断路器实际运行过程中的服役状态归纳为五类;经分析发现各个状态之间的转移情况满足马尔可夫性,在此基础上利用马尔可夫过程理论建立状态转移模型。其次,在漏电断路器只存在偶然失效时,建立无检查和定期检查系统的运行状态转移模型。深入分析无检查情况时漏电断路器状态概率的变化情况,研究得出断路器可靠性水平主要影响正常工作状态和故障状态概率、不同激励条件会影响故障隐藏状态和显现状态概率的结论;考虑定期检查后,漏电断路器服役可靠性会提高,并分析此时拒动和误动故障显现概率不同的原因。然后,考虑长期服役过程中漏电断路器动作性能发生退化的问题,建立基于线性退化的漏电断路器可靠性模型。在分析漏电断路器退化形式的基础上,得到性能退化条件下五种运行状态的转移情况;利用线性退化模型描述动作值退化过程,研究退化时漏电断路器的服役状态和可靠性,并与偶然失效形式下的服役可靠性进行对比分析。最后,利用蒙特卡洛法模拟漏电断路器实际运行场景,以故障漏电频次、漏电电流大小、断路器可靠性水平和运行时间为变量,对偶然失效和性能退化情况下漏电断路器的状态概率和服役可靠度曲线进行仿真,验证采用激励响应法和马尔可夫过程建立漏电断路器可靠性模型的合理性和有效性。
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