一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法

本发明涉及电气设备寿命预测，更具体的说是涉及一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法。

背景技术：

1、目前，断路器触头在长期服役过程中，持续承受电弧烧蚀、载流摩擦磨损及热-电耦合等多重损伤因素的共同作用，导致其接触界面发生材料迁移、熔融沉积及结构退化等累积性损伤，从而引起接触电阻升高、导电性能下降，严重时甚至引发触头熔焊或误动作，对断路器的安全运行构成直接威胁。

2、然而，上述损伤演化过程具有渐进性和突发性并存的特征，即接触电阻在服役初期变化缓慢，一旦达到某一临界阶段则迅速恶化，传统依赖实时监测的被动防护手段难以及时响应此类突变风险。因此，若能在性能退化进程中提前评估剩余寿命，预判失效临界点，则可为运维人员争取充足的预警时间，合理安排检修窗口，从而有效规避非计划停机与安全事故。

3、但目前寿命评估方法多基于操作次数或经验统计模型，难以反映触头在复杂工况下的真实损伤演化过程，特别是缺乏对电-热-力多场耦合作用下界面累积损伤机制的定量描述，导致寿命预测精度不足。

4、因此，亟需发展一种能够定量描述多场耦合作用下界面累积损伤与性能退化关系的全新寿命预测方法。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提出了一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法，以便克服上述问题或者至少部分解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法，步骤包括：

4、根据断路器触头的接触界面累积总损伤变量确定接触电阻退化速率常数；

5、基于所述接触电阻退化速率常数建立接触电阻退化模型；

6、将所述断路器触头允许的最大接触电阻阈值代入至所述接触电阻退化模型中，得到触头寿命极限运行次数；

7、根据所述触头寿命极限运行次数，结合触头当前运行次数，得到触头剩余电接触次数。

8、优选地，根据断路器触头的接触界面累积总损伤变量确定接触电阻退化速率常数，包括根据所述接触界面累积总损伤变量对循环次数的变化率，通过损伤速率调控函数确定所述接触电阻退化速率常数。

9、优选地，所述接触界面累积总损伤变量包括由机械摩擦引起的材料去除损伤、由电弧烧蚀导致的材料熔融与蒸发损伤和/或由温升循环引起的组织退化及热疲劳损伤。

10、优选地，所述由机械摩擦引起的材料去除损伤为触头磨损体积与触头允许最大磨损体积间的之比；所述触头磨损体积表示为：

11、

12、式中，表示触头磨损体积，表示法向载荷，表示滑动距离，表示在温度t时的材料硬度，表示磨损系数，n表示断路器触头当前运行次数。

13、优选地，所述由电弧烧蚀导致的材料熔融与蒸发损伤表示为：

14、

15、式中，为断路器触头运行至第次时由电弧烧蚀导致的材料熔融与蒸发损伤，表示触头材料的电弧侵蚀率，表示开断操作次数索引，表示断路器触头当前运行次数，和分别表示第次开断过程中t时刻的电弧电流波形和电弧电压波形，表示第次开断过程中的电弧持续时间，表示触头允许的最大电弧烧蚀质量损失。

16、优选地，所述由温升循环引起的组织退化及热疲劳损伤表示为：

17、

18、式中，表示断路器触头运行至第次时由温升循环引起的组织退化及热疲劳损伤，表示操作次数索引，表示断路器触头当前运行次数，表示第次操作中由于触头界面温升错配引起的塑性应变幅值，下标表示塑性应变，下标表示应变幅值，表示触头材料的疲劳延性系数，表示触头材料的疲劳延性指数。

19、优选地，基于所述接触电阻退化速率常数建立接触电阻退化模型中，所述接触电阻退化模型表示为：

20、

21、式中，为断路器触头运行n次时的接触电阻，为初始接触电阻，为接触电阻退化速率常数。

22、优选地，所述断路器触头允许的最大接触电阻阈值为：

23、

24、式中，为断路器触头允许的最大温升，为触头材料散热系数，为断路器的额定运行电流。

25、第二方面，本发明实施例提供一种断路器触头剩余电接触寿命预测装置，用于实现如上任一项所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，包括：

26、接触电阻退化模型构建模块，用于计算断路器触头的接触界面累积总损伤变量，确定接触电阻退化速率常数；以及基于所述接触电阻退化速率常数建立接触电阻退化模型；

27、剩余电接触寿命预测模块，用于获取所述断路器触头允许的最大接触电阻阈值，输入至所述接触电阻退化模型中，得到触头寿命极限运行次数；并根据所述触头寿命极限运行次数，结合触头当前运行次数，得到触头剩余电接触次数。

28、第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法。

29、本发明实施例提供了一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法；与现有技术相比，本发明突破传统依赖操作次数或经验统计的寿命评估模式，通过构建断路器触头电-热-力多物理场耦合模型，从机理层面建立电流分布、温升与接触压力的耦合关系，实现了对接触界面累积损伤过程的定量描述。同时，引入接触电阻退化速率常数及变化率作为动态退化表征参数，并建立含修正因子的退化模型，使寿命预测能够灵敏反映触头在复杂工况下的真实非线性退化过程，大幅提升了预测的科学性与精度，最终为断路器的状态检修和备件管理提供可靠依据。

1.一种断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，根据断路器触头的接触界面累积总损伤变量确定接触电阻退化速率常数，包括根据所述接触界面累积总损伤变量对循环次数的变化率，通过损伤速率调控函数确定所述接触电阻退化速率常数。

3.如权利要求1或2所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，所述接触界面累积总损伤变量包括由机械摩擦引起的材料去除损伤、由电弧烧蚀导致的材料熔融与蒸发损伤和/或由温升循环引起的组织退化及热疲劳损伤。

4.如权利要求3所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，所述由机械摩擦引起的材料去除损伤为触头磨损体积与触头允许最大磨损体积间的之比；所述触头磨损体积表示为：

5.如权利要求3所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，所述由电弧烧蚀导致的材料熔融与蒸发损伤表示为：

6.如权利要求3所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，所述由温升循环引起的组织退化及热疲劳损伤表示为：

7.如权利要求1所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，基于所述接触电阻退化速率常数建立接触电阻退化模型中，所述接触电阻退化模型表示为：

8.如权利要求1所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，其特征在于，所述断路器触头允许的最大接触电阻阈值为：

9.一种断路器触头剩余电接触寿命预测装置，其特征在于，用于实现如权利要求1~8中任一项所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~8中任一项所述的断路器触头剩余电接触寿命预测方法。