交流接觸器是一種廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中的低壓控制電器，其優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟涣髦麟娐泛痛笕萘靠刂齐娐罚湫阅芎脡闹苯佑绊懙接秒娤到y(tǒng)的可靠性和安全性。

機(jī)械壽命和電壽命是評(píng)價(jià)交流接觸器性能好壞的主要指標(biāo)，隨著操作次數(shù)的增加，由電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力引起的觸頭質(zhì)量損耗不斷累積，使其性能不斷退化，最終引起交流接觸器失效。因此，交流接觸器的可靠性和剩余電壽命的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，對(duì)提高用電控制系統(tǒng)的可靠性及用電設(shè)備的安全性有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)開關(guān)電器的可靠性和剩余電壽命預(yù)測(cè)做了大量的研究。可靠性可以反映產(chǎn)品功能與性能持久能力，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。

• 翟國(guó)富等針對(duì)可靠性失效分析方法中存在的問(wèn)題，提出了一種極大似然估計(jì)方法，提高了電器可靠性失效分析的計(jì)算精度和工作效率。
• 李玲玲等綜合考慮隨機(jī)性、模糊性和不完全可信性這三種不確定性，在云理論的基礎(chǔ)上提出了可靠性度量云模型，通過(guò)計(jì)算繼電器吸合過(guò)程的可靠性驗(yàn)證了方法的實(shí)用性。
• 陸儉國(guó)等系統(tǒng)地研究了小型斷路器和塑殼斷路器的機(jī)械操作和保護(hù)動(dòng)作可靠性指標(biāo)鑒定方法，制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CAS）標(biāo)準(zhǔn)。
• 在剩余電壽命的研究方面，吳自然等對(duì)交流接觸器分?jǐn)噙^(guò)程的電弧特性進(jìn)行了研究，選取燃弧時(shí)間、燃弧電量、起弧相角和燃弧能量作為反映觸頭磨損的特征變量，并應(yīng)用到條件密度估計(jì)模型中，實(shí)現(xiàn)了交流接觸器剩余電壽命預(yù)測(cè)。
• 李志剛等提出了繼電器初始接觸電阻與壽命的關(guān)系，得出初期接觸電阻連續(xù)出現(xiàn)較大值時(shí)，繼電器易發(fā)生早期失效的結(jié)論。

隨著傳感器技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，基于概率統(tǒng)計(jì)的壽命預(yù)測(cè)方法成為人們研究的熱點(diǎn)。概率統(tǒng)計(jì)的壽命預(yù)測(cè)方法是基于隨機(jī)過(guò)程、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、貝葉斯理論等建立性能退化模型的過(guò)程。它的優(yōu)勢(shì)在于可以給出預(yù)測(cè)結(jié)果的概率密度函數(shù)和可靠度函數(shù)。Wiener過(guò)程應(yīng)用較為廣泛的概率統(tǒng)計(jì)模型，可以較好地描述非單調(diào)的性能退化過(guò)程。

• 劉君強(qiáng)等利用歷史性能退化數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行先驗(yàn)分布估計(jì)，通過(guò)實(shí)時(shí)退化數(shù)據(jù)建立基于Wiener過(guò)程的航空發(fā)動(dòng)機(jī)多階段性能退化模型，并給出了預(yù)測(cè)其剩余壽命的方法。
• Tang Shengjin等將遺傳算法和Wiener過(guò)程相結(jié)合，建立了基于非線性數(shù)據(jù)的壽命預(yù)測(cè)模型。
• 王小林等通過(guò)融合產(chǎn)品自身退化信息和先驗(yàn)信息建立了兩階段Wiener性能退化模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品可靠性的實(shí)時(shí)評(píng)估。

針對(duì)非線性退化過(guò)程，除了上述建模方法外，還可以建立基于統(tǒng)計(jì)回歸和非線性Wiener過(guò)程的性能退化模型。

在電負(fù)荷應(yīng)力下交流接觸器性能不斷退化，結(jié)果表現(xiàn)為觸頭質(zhì)量不斷損耗，因此可以將交流接觸器觸頭系統(tǒng)的質(zhì)量損耗作為其性能退化變量。交流接觸器觸頭質(zhì)量損耗與燃弧能量密切相關(guān)，并受觸頭分?jǐn)鄷r(shí)電流的起弧相角影響，由于起弧相角具有隨機(jī)特征，因此單次觸頭質(zhì)量損耗具有隨機(jī)性。

在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝非常成熟的條件下，可以認(rèn)為同批產(chǎn)品具有相同的失效閾值，產(chǎn)品的工作條件相同時(shí)，其性能退化服從同一分布，可以根據(jù)同批產(chǎn)品中已做試品的歷史退化信息對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品的性能退化過(guò)程進(jìn)行建模預(yù)測(cè)。

本文從交流接觸器的性能退化機(jī)理出發(fā)，建立基于統(tǒng)計(jì)回歸和非線性Wiener過(guò)程的交流接觸器性能退化模型，并根據(jù)性能退化模型對(duì)時(shí)間尺度變換模型進(jìn)行建模，建立三階函數(shù)時(shí)間尺度變換模型，對(duì)操作次數(shù)進(jìn)行時(shí)間尺度變換。建立基于Wiener過(guò)程的交流接觸器可靠度模型和剩余壽命預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)交流接觸器剩余壽命的預(yù)測(cè)。

圖3 交流接觸器電壽命試驗(yàn)裝置

結(jié)論

本文用累積觸頭質(zhì)量損耗作為交流接觸器性能退化變量，采用統(tǒng)計(jì)回歸的方法，利用同批產(chǎn)品中已做試品完整歷史退化信息建立時(shí)間尺度變換模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行時(shí)間尺度變換，建立了基于Wiener過(guò)程的交流接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了交流接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)。主要結(jié)論如下：

1）每隔固定次數(shù)對(duì)觸頭質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，由中心極限定理可知分段累積觸頭質(zhì)量損耗服從正態(tài)分布，為建立基于Wiener過(guò)程的交流接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)模型奠定了理論基礎(chǔ)。

2）采用統(tǒng)計(jì)回歸的建模方法，對(duì)交流接觸器累積觸頭質(zhì)量損耗進(jìn)行曲線擬合，選擇R2和MSE作為擬合優(yōu)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了三階函數(shù)性能退化軌跡模型，分析表明三階函數(shù)最適合建立交流接觸器的性能退化軌跡模型。并根據(jù)同批產(chǎn)品中已做試品的完整歷史退化信息推導(dǎo)出時(shí)間尺度變換模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行時(shí)間尺度變換。

3）建立了基于非線性Wiener過(guò)程的可靠度模型和剩余壽命預(yù)測(cè)模型，對(duì)交流接觸器進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的剩余壽命平均相對(duì)誤差整體呈下降趨勢(shì)，且最后三個(gè)階段相對(duì)誤差均在10%以下，因此本文提出的方法可以用于交流接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)。

4）本文根據(jù)剩余壽命的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了兩種對(duì)比，分別為經(jīng)時(shí)間尺度模型變換與未變換的對(duì)比，和時(shí)間尺度模型參數(shù)不同估計(jì)方法的對(duì)比。結(jié)果表明，利用同批已做試品完整歷史退化信息建立的三階函數(shù)時(shí)間尺度模型，對(duì)交流接觸器進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)的結(jié)果更準(zhǔn)確。

本文建立交流接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)模型時(shí)，選取的是同批同型號(hào)的產(chǎn)品，且認(rèn)為同批產(chǎn)品性能退化軌跡相似。但是對(duì)于型號(hào)相同、批次不同的產(chǎn)品之間，能否利用已做試品完整歷史退化信息進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，還需進(jìn)一步研究，并找到衡量不同批次產(chǎn)品差異的特征參數(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大剩余壽命預(yù)測(cè)模型的覆蓋范圍。