真空断路器的可靠性研究

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作者：

高鹏

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摘要：

断路器在供配电系统中起到控制与保护的双重作用,其可靠性水平直接影响着电网运行的可靠性水平。由于真空断路器在性能及环保方面的独特优势,使得其在中压开关领域占据了主导地位。永磁机构具有结构简单可靠、能耗小等优点,已逐渐成为真空断路器的理想操动机构。现在配永磁机构的真空断路器在我国得到了广泛的使用,其可靠性也得到了各单位部门的极大关注,因此对永磁操动式真空断路器的可靠性进行研究有着极其重要的意义。本文以12kV户内永磁操动式真空断路器为研究对象,开展了真空断路器的可靠性研究,旨在找到真空断路器设计的薄弱环节以及真空断路器可靠性的有效评估方法,为真空断路器可靠性的提高提供参考依据。论文首先介绍了真空断路器可靠性的基础概念以及断路器可靠性的国内外研究情况;接着分析了真空断路器及永磁机构的结构及操作过程,并以其功能、结构及工作环境为出发点,分析了真空断路器在现场运行中存在的可靠性问题。参照可靠性及断路器相关标准制定了真空断路器可靠性试验方案,确定了试验的失效判定准则。选取6台断路器样机开展试验,记录了真空断路器试验过程中的失效情况,并对真空断路器的机械特性参数进行跟踪测试。试验结果表明,断路器合分闸时间随断路器操作次数变化不大,分散性较小;合分闸速度和超程基本呈下降趋势,但幅度较小且均在技术指标要求之内;合闸弹跳时间在试验过程中呈上升趋势,部分断路器的合闸弹跳时间在试验中逐渐超出技术指标要求。基于永磁操动式真空断路器的可靠性试验数据和历史故障信息,采用失效模式与影响分析法结合故障树分析法对真空断路器可靠性进行定性分析,获得了真空断路器的主要失效模式及失效机理。根据获得的失效模式,结合各可靠性分布模型提出的物理背景,采用Weibull分布作为真空断路器寿命分析的假设模型,并应用拟合优度方法验证了该模型选择的合理性。接着根据定时截尾试验情况下Weibull分布的极大似然估计模型,对试验数据进行迭代计算,获得了真空断路器的可靠性估计模型,计算出试验永磁操动式真空断路器的各可靠性特征参量。定性及定量分析结果为真空断路器的设计、改进及运行维护提供有效依据。

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关键词：

真空断路器 可靠性 失效分析 Weibull分布 极大似然估计 Vacuum Circuit Breaker Reliability Failure Analysis Weibull Distribution Maximum Likelihood Estimation

被引量：

6