矿用低压开关柜可靠性增长预测.pdf

第 4 1卷 第 2期 2 O 1 5年 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Aut oma t i on Vo 1 ． 4 1 NO ． 2 Fe b ． 2 Ol 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 2 0 0 3 6 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 1 0 夏浩碹 ， 刘子胥 ， 王景芹 ， 等． 矿用低压开关柜可靠性增长预测E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 2 3 6 3 9 ． 矿用低压开关柜可靠性增长预测 夏 浩碹 ， 刘子胥 ， 王景 芹 ， 杨春 稳。 ， 王丽 1 ． 河北 工业 大学 电磁场 和 电器 可靠 性 省部共 建重 点实 验室 ，天津 3 0 0 1 3 0 ； 2 ． 开滦 集 团 有 限责 任公 司 ，河北 唐 山 O 6 3 O 1 8 摘 要 以 某 矿 用低 压 开 关柜 为研 究对 象 ， 研 究 其 在 煤 矿 井 下 试 运 行 阶段 的 可 靠 性 增 长过 程 。根 据 La p l a c e检 验 理论 和 B a y e s统 计理 论 ， 阐 明矿 用低 压 开 关柜 试 运 行 过 程 中伴 随 维修 的 失 效 次数 服 从 非 齐 次 P o i s s o n过程 ； 在 无信 息先验 下 ， 讨论 其平 均故 障 间隔 时间和 故障 强度 的 B a y e s 点估 计 与 区间估 计 ； 并 用试 运 行 阶段 获得 的 实际数 据预 测 出该矿 用低 压 开 关柜 的平均 故 障间 隔时 间 ， 验证 B a y e s 方 法的有 效性 ， 为及早 发 现 设备 运行 中的安全 隐 患提 供 了依据 。 关键词 低压开关柜；可靠性增长预测；B a y e s方法；平均故障间隔时间 中图分类 号 T D6 1 1 文献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 0 2 0 3 1 5 1 5 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 2 0 3 ． 1 5 1 5 ． 0 1 0 ． h t ml Re l i a b i l i t y gr o wt h p r e d i c t i o n o f mi ne u s e d l o w v o l t a ge s wi t c hg e a r XI A Ha o x u a n ， LI U Zi x u ， W ANG J i n g q i n ， YANG Ch u n we n ， W ANG Li 1 ． Pr o v i n c e Mi n i s t r y J o i n t Ke y La b o r a t o r y o f El e c t r o ma g n e t i c F i e l d a n d El e c t r i c a l Ap p a r a t u s Re l i a b i l i t y，He b e i Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ti a n j i n 3 0 0 1 3 0 ，Ch i n a ； 2 ． Ka i l u a n Gr o u p Co． ，Lt d． ， Ta n g s h a n 0 6 3 0 1 8 ，Ch i n a Ab s t r a c t A mi n e l O W v o l t a g e s wi t c h g e a r wa s t a k e n a s o b j e c t t o s t u d y i t s r e l i a b i l i t y g r o wt h p r o c e s s i n t he c o mm i s s i on i ng p ha s e i n un de r g r ou nd c o a l mi ne ．I t wa s c l a r i f i e d t h a t numbe r o f m i n e us e d l o w v o l t a ge s wi t e hg e a r f a i l u r e o c c ur r e n c e a c c o m p a n i e d wi t h r e p a i r o be y s n o n ho m o g e ne ou s Poi s s on pr oc e s s a c c o r d i ng t o La p l a c e h y p o t h e s i s t e s t i n g t h e o r y a n d B a y e s t h e o r y ．Th e Ba y e s p o i n t a n d i n t e r v a l e s t i ma t i o n s f o r me a n t i m e b e t we e n f a i l u r e s a n d f a i l u r e i nt e ns i t y o f s y nc hr o no us t i m e we r e p r e s e nt e d t a ki n g t he no n i nf or ma t i o n p r i o r i d i s t r i b u t i o n，a n d t h e a c t u a l d a t a o b t a i n e d i n t h e c o mmi s s i o n i n g p h a s e wa s u s e d t o p r e d i c t me a n t i me be t we e n f a i l u r e s o f t he m i ne us e d l o w v o l t a g e s wi t c hg e a r t o ve r i f y e f f e c t i v e n e s s o f Ba y e s m e t ho d s，whi c h pr o v i d e d ba s i s f or f i n di n g o f s a f e t y l o o p ho l e o f t he s wi t c hge a r ． Ke y wo r d s l ow v o l t a g e s wi t c hg e a r ；r e l i a bi l i t y g r owt h p r e d i c t i on；Ba ye s m e t ho d；M TBF 0 引 言 矿用低压开关柜负责矿井 内电能的控制 、 保护 、 测量、 转换和分配， 它的可靠运行关系到整个煤矿生 产过程的安全 ， 在煤矿 电气设备中起着至关重要的 作用。因此 ， 对矿用低压开关柜进行可靠性分析是 当前 一 项势 在 必行 的工 作 。工程 上传统 的可 靠性 增 长预 测方 法是 基 于研 制 阶段 的可靠 性 增 长 试 验 ， 根 据试 验 数 据 和 美 国 陆 军 装 备 系 统 分 析 中 心 AMS AA 模 型I 1 ] ， 绘 制 可 靠 性 增 长 曲 线 ， 从 而 预 测未来故障发生的时间， 这种方法未能给 出预测区 问且 预 测精度 较低 。而 B a y e s 方 法 以煤 矿 井下 开关 柜历史数据作为先验信息 ， 将先验信息与试验数据 综合 ， 根据 B a y e s定理， 求得未知参数 的后验信 息， 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 0 7 ； 修 回日期 2 0 1 4 - 1 2 1 7 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 0 7 7 0 3 9 ； 河北省 自然科学基金项 目 E 2 0 1 2 2 0 2 1 l 1 。 作者简介 夏浩碹 1 9 8 8 ， 男 ， 河南项城人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为电机与电器可靠性 ， E ma i l x i a h a o x u a n t o u g a o 7 1 6 3 ． C O rn。 2 0 1 5年 第 2期 夏 浩 碹等 矿 用低 压开 关柜 可靠性 增 长预 测 3 7 最后 由后 验 信息 推 断 未 知参 数 ， 从 而计 算 出矿 用 开 关柜可靠 性信息 。该方法 给出平均故 障间隔时 间 Me a n Ti me B e t we e n F a i l u r e ， MT B F 的 点估 计 和 区间估计 ， 提 高 了预 测 精度 。通 过 试 验 过程 中 的 即 时纠正措施不断提高设备运行时的可靠性 ， 同时用 B a y e s 方 法 预测 矿 用 低 压 开 关 柜 的 MT B F ， 预 测 结 果为提早发现设备运行中的安全隐患提供 了有力依 据 ， 对减 少 和避 免矿 井重 大安 全事 故 发生 ， 确保 煤 矿 井 下供 电系统 安全 高效 稳定 运行 具有 指 导意 义 。 本 文 通 过 煤矿 井 下 实 地 跟踪 、 监测 某 矿 用 低 压 开关柜 的试运行情形 ， 根据监测到 的试运行数据信 息 ， 建 立矿 用低 压开 关 柜 的可靠 性增 长 预测模 型 。 1矿 用低 压 开关柜 试 运行 过 程 对于使用寿命较长 的产 品， 常常采用截尾寿命 试 验 。截 尾 寿 命 试 验 有 定 时 截 尾 和 定 数 截 尾 2 种 _ 3 ] 。定 时截 尾 也称 时 间截 尾 ， 是 指到 规定 的截 尾时 间就 停止 的试 验 ； 定 数 截 尾也 称故 障截 尾 或 失 效 截尾 ， 是 指 达 到规 定 失 效 次 数 就 停 止 的试 验 。针 对矿 用低 压成 套 开关 柜 ， 本 文 采用 故 障截尾 试验 。 河北 省唐 山市 某 大 型 国 有煤 矿 集 团 于 2 0 1 1年 将 2台带 选 择性 检漏 保护 装置 的矿用低 压 开关 柜 同 时在矿井下进行试运行。为全面检验低压开关柜的 制造和安装质量 ， 进一步提高其运行的可靠性 ， 延长 其在井下的安全稳定运行时间， 对该设备进行跟踪 监测 ， 发 现并 记 录 因隔离 开关 、 接 触器 、 热 继 电器 、 变 压器和显示屏等故障引起 的停机或非正常运行 的失 效 时 间 ， 并 及 时 排 除 故 障 ， 至 2 0 1 3年 共 记 录 故 障 1 4次 ， 其试 运 行故 障数 据 见表 1 。 表 1 矿 用低 压 开 关 柜 试 运 行 故 障 数 据 序号 设备故障时间／ h 第 1台 第 2台 2可靠 性增 长趋 势判 定 在矿用低压 开关柜 的试运行 阶段使用趋势检 验 ， 以确定针对故障所做的改进措施是否有效 。常 用 的趋 势检 验 方法 是 L a p l a c e检验[ 5 ， 它 的零 假设 为单 台设 备 或 多 台 设 备 失 效 过 程 服 从 P o i s s o n过 程 。假设 表示 单 台设 备或 多 台设 备 的失 效过程 服从 P o i s s o n过 程 ， 即设备 可靠 性 没有 趋 势 ， 拒 绝 表 示设 备 的可靠 性 增长 或者 下 降 。 可靠性 增长试 验采 用故 障截尾 ， 则 截 尾时 间 t 一1 4 7 2 9 h ， 设 ， z 一1 ， 2 为单 台 开关 柜 的故 障 次 数 ， 总故 障 次数 为 1 4 t表示 第 i台矿用 低压 开 关 柜 第 次 被监测 到 的失 效 时 间 一 1 ， 2 ， ⋯ ， n 。选 取 检验 统计 量 为_ 6 k ”i f ∑∑ to 一 1 ／ M 一 0 ． 5 l 1 L_ i 1， 一 1 一 当可靠 性 增 长试 验 为 时 间 截尾 时 ， M T t ； 故 障 截 尾 时 ， M ～ 1 。根 据 表 1中 的 数 据 可 知 ， 一 一 2 ． 6 2 9 9 。给定显著水平 a为 0 ． 0 1 ， 查趋势检验统 计量临界值表 ， 得临界值 一一0 ． 4 9 5 ， 因此 ，拒绝假设 ， 表明有显著的可靠性增长趋势， 纠正 措 施 使设 备安 全稳 定运 行 时问延 长 。 3 Ba y e s 预 测 理论 在矿用低压开关柜进行可靠性增长试验的过程 中 ， 对 出现 的故 障采取 即时纠正 的规 划 ， 假设其 故 障 过程 为非 齐 次 P o i s s o n过 程 ， 矿 用 低 压 开 关 柜 试 运 行到时刻 t 后不再作改进或纠正 ， 其故障时间 t 服 从 指数分 布 ， 则其 故 障强度 ￡ 为 一 ， t ≥ t 2 式中 a ， b 分别为尺度参数和增长参数 。 设 备 的 MTB F预测值 为 M 一 1 ／ a 一 t ／ ， t ≥ t 3 3 ． 1 多台矿 用低 压开 关柜故 障 截尾 对 k台矿 用低 压 开 关 柜进 行 可 靠 性增 长 试 验 ， 采 用 故 障截 尾 ， 系 统 的 Y t 次 失 效 时 间 分 别 记 为 t t 2 ， ⋯ ， t 4， ⋯ ， t i 一1 ， 2 ， ⋯ ， k； 一1， 2， ⋯ ， 。试 验后 ， n ， 6 的后 验概 率 密度 函数 _ 7 简写 为 p d f 为 ， 1 一 e x p 一 k a 生 b e x P 一 4 I 1 一 1 ⋯ ⋯ ⋯ 式中 W 一∑ ∑I n ； r n 为参数为 的 伽玛 1 1 t 1 分布 。 b的边缘后 验 p d I 为 f b t 一 6 ，r e X p 一 b w 5 3 8 工 矿 自动化 2 O 1 5年 第 4 1卷 f2 b 服 从 P ～ 1 ， 叫1 分 布 且 2 b wl ～ - ，其中P n --1 ， 73 3 1 为不完全伽玛函数， ； 为 自由度为 2 n -1 的卡 方 分布 。故 b的 B a y e s点 估 计为 E 6 一 一 1 ／ w 6 6 的 置 信 水 平 为y 的B a y e s IX ． 问 为 l 2 ， ， 1 z ， ] ， 给 定 6 后 ， n 的 条 件 后 验 p d f 为 f 3 n ／ b 一 e X p ～ 7 f 3 a ／ b 服从 F n ， k t 分 布 ， 故 a的 B a y e s 点估 计 为 a B E n 一 _ _ 一 8 忌 1 1 n 由式 3 一 式 8 可得 矿 用 低 压 开 关 柜 MTB F 的点估 计 为 MR E M 一晟 E 1 ．． b E b 一 1 1 ～ r r 一 、 l P n b r n b 6 。 e x p 一 1 9 置 信 度 为y 的B a y e s 区 间 为 [ ID n -- 1 1 I e ， n - n 1 M eJ ， 其 中 f D ， lD 。 为 区 间 估 计 系 数 ， 查 参 考 文 献[ 6 ] 附录 B表 B ． 5可得 。 3 。 2 多台矿 用低 压开 关柜 时问截 尾 对 志台矿 用低压 开关 柜进 行 同步可 靠性 增长 试 验， 设T为试验截尾时问， 一∑ 为总 失效次 数 。试 验后 ， n ， 6 的后验 p d f 为 f 4 ， 一 n e x p 一 丁 e x p 一 z 1 0 b的边缘 后验 p d f 为 方 分布 。故 b的 B a y e s 点估 计为 E 6 一 n ／ w2 1 2 b的置信水平为 7的 B a y e s区问为1 L ’ z 2 ， z 2 ， J ， 给 定b 后 ， n 的 条 件 后 验p d f 服从 r 1 ， 分 布 ， 故 a的 B a y e s 点估 计为 一 E 口 一 一 1 3 忌 1 6 B ／ I n T 由式 1 0 一式 1 3 可得 设备 MTB F的点估 计 为 一 E M 一 k a { 0 一 』 L l 1 4 置 信 度 为7 的B a y e s 区 间 为 l ， P 2 1 ej ， 其 中 P l j 和 P 2 j 是 故 障 次 数 为 1 时 故 障 截 尾 场 合 下 当 前 矿 用 低 压 开 关 柜 MTB F的 区间估计 系 数 。 4 矿用 开关柜 可 靠性增 长预 测 根据这 2台矿用低压开关柜的 1 4次故障数据 ， 给定置信度为 0 ． 8 ， 用 B a y e s预测理论对其未来 的 可靠性 进行 分析 ， 得 到 参数 a ， b的 B a y e s点估 计 分 别 为 a B 一0 ． 0 5 6 1 ， b B 一0 ． 6 0 8 9 ； 参 数 b的 B a y e s 双 侧置信 区间为[ 0 ． 4 0 5 0 ， 0 ． 8 3 2 8 ] ； 预测试验进行到 2 2 4 3 8 h时 ， 矿 用 低 压 开 关 柜 的 MTB F为 Me t 一 2 2 4 3 8一 1 61 0． 2 h。 继续 对 这 2台 矿 用 设 备 进 行 故 障 跟 踪 ， 记 录 2次故 障 发生 时 间为 t 1 一2 O 1 2 7 h ， t 。 一 2 2 4 3 8 h ， 此时参数 a ， b的 B a y e s 点估计分别为 a 一0 ． 0 7 4 1 ， 一0 ． 5 4 8 4 ； 参 数 b的 B a y e s双侧 置 信 区 问 为 E o ． 4 0 7 1 ， 0 ． 7 7 8 5 ] ； 设 备 MTB F的 B a y e s 点估 计 为 M B l ￡ 一 2 2 4 3 8 一 1 7 7 9 ． 4 h 。 比 较 预 测 结 果 与 试 验 结 果 ，两 者 相 差 1 6 9 ． 2 h ， 误 差为 9 ． 5 ， 说 明 B a y e s 方法 可 以准确 预 测矿 用开关 柜 的可靠 性趋 势 。 f b t 6 e x p 一 2 1 1 5结语 i 式中 训 一∑∑I n T ／ t 。 i - l J l ， s 6 t 4 服 从 r ， 叫 2 分布 且 2 6 叫z ～ ， 其 中 P n ， z 为 不完 全伽 玛 函数 ， [ 为 自由度 为 2 的卡 1 矿 用低 压 开 关 柜 试 运 行 过 程 中 ， 伴 随维 修 的失效 次数 服 从 非 齐 次 P o i s s o n过 程 ， 可 靠 性 有 增 长 趋势 ， 表 明可靠 性 预 测 过程 中采 取 的 即时 纠 正 措 施 有效 ， 使设 备安 全稳 定运 行 时 间延 长 。 第 4 1 卷 第 2期 2 0 1 5年 2月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o m a t i on Vo1 ． 4 1 NO ． 2 Fe b ． 2 01 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 2 0 0 3 9 ～ 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 1 1 郭振新 ， 赵中太 ， 谭强 ， 等． 矿用湿式除尘器变频调速性能试验研究I- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 2 3 9 4 1 矿用湿式除 ， I、 士 器变频调速性能试验研究 郭振 新 ， 赵 中太 ， 谭 强 ， 尹震飚 中煤科 工集 团重庆研 究 院有 限公 司 ， 重 庆4 0 0 0 3 7 摘 要 针 对 由于掘 进 工作 面的不 断推 进 导致掘 进巷 道 的压 、 抽风 量 比值 减 小， 从 而影响 湿 式除 尘器控 尘 、 除 尘效 果 的 问题 ， 介 绍 了通风 机 变频 调速 原理 ， 并通过 试 验 的手段 得 到 湿 式 除 尘器 风 量 与频 率 、 风 量 与功 率 及 除 尘效率 与频 率 的关 系， 为湿 式除 尘 器的风 量控 制 、 变频调 速 区间的确 定 等提 供 了依 据 。 关键 词 湿式除 尘 器 ；变频 调速 ；通风机 ；风 量控 制 中图分 类号 T D7 1 4 文献标 志 码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 0 2 0 3 1 5 1 6 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 2 0 3 ． 1 5 1 6 ． 0 l 1 ． h t ml Ex pe r i me n t a l s t u dy o n f r e q ue nc y - c o n v e r s i o n s pe e d r e gu l a t i o n p e r f o r ma n c e o f mi ne u s e d w e t s c r ub be r GUO Z h e n x i n ， ZHAO Z h o n g t a i ， TAN Qi a n g， YI N Zh e n b i a o CCTEG Ch o n g q i a n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 7，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f pr o bl e m t h a t c o nt i nuo us a dv a nc i n g of e xc a v a t i o n wo r ki ng f a c e r e s ul t s i n d e c r e as i n g of s pe c i f i c v a l u e of pr e s s e d a nd e xh au s t e d a i r v o l u m e i n e xc a v a t i o n r o a d wa y，a nd i mpa c t s du s t c o nt r ol a nd c o l l e c t i on e f f e c t s o f we t s c r u bbe r ， f r e qu e nc y - c on v e r s i o n s pe e d r e g ul a t i on p r i nc i pl e wa s i nt r o du c e d， a n d r e l a t i o ns b e t we e n a i r vo l ume a n d f r e q ue n c y， a i r v ol u m e a nd po we r， du s t c o l l e c t i o n e f f i c i e nc y a nd f r e q ue nc y o f we t s c r u bbe r w e r e o bt a i ne d t hr ou gh t e s t i ng， whi c h p r o vi d e d a ba s i s f o r a i r v ol ume c o nt r o l an d de t e r mi na t i on o f f r e q ue nc y c o nt r o l r a n ge o f we t s c r ubb e r ． Ke y wo r d s we t s c r u b b e r ；f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s p e e d r e g u l a t i o n；v e n t i l a t o r ；a i r v o l u me c o n t r o l 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 0 7 ； 修回 日期 2 0 1 4 1 1 2 l ； 责任编辑 胡娴 。 作者 简介 郭振 新 1 9 8 O 一 ， 男 ， 贵州遵义人 ， 助理工程师 ，主要从事煤矿粉尘 防治技术 的研究 ， Ema i l 8 4 6 3 1 8 0 7 1 q q ． c o m。 2 试 验 结 束 时 ， 增 长参 数 b的双 侧 区 间上 限 值 小 于 1 ， 说 明该 矿 用设 备仍 有 明显 的增 长潜 力 ， 可 对设 备继 续进 行 故 障 跟踪 ， 并 及 时 改进 和 排 除故 障 隐患 ， 使矿用开关柜的可靠性进一步提高 。 3 通 过 B a y e s 方法对 实 际 运 行数 据 进 行建 模 分析 ， 可 得 到 精 确 的矿 用 开 关 柜 MTB F， 预 测 结 果 可为提早发现设备运行 中的安全隐患提供依据 ， 从 而减 少 和避 免 矿井 重大 安全 事故 发 生 。 参考 文献 1- 3 ] [ 4 ] [ 5 ] E 6 ] [ 1 ] 孙永全． 系统可靠性增长 预测理 论与方 法研究 [ D] ． 哈 [ 7 ] 尔滨 哈尔滨理工大学 ， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 郭 建英 ， 孙永全 ， 陈洪科 ， 等． 基 于条 件分布的陆军 装备 系统分 析中心模 型可 靠 性增 长 预 测 [ J ] ． 机 械 工程 学 报 ， 2 0 1 z ， 4 8 4 1 8 8 1 9 2 ． 陆俭 国． 电器可靠 性性 理论 及其应 用 [ M] ． 北 京 机械 工 业 出 版社 ， 1 9 9 6 ． 陆俭 国， 王 景芹． 低 压保 护 电器 可靠 性理论 及 其 应用 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 王智明 ， 杨建 国， 王 国强 ， 等 ． 多 台数控机床最 小维修 的 可靠性评估 I- J ] ． 哈 尔滨 工业 大 学 学报 ， 2 0 1 1 ， 4 3 7 1 27 13 0． 周 源泉 ， 翁朝 曦． 可靠性 增长 [ M] ． 北京 科学 出版 社 ， 1 99 2． 周源泉 ， 郭建英 ． 可靠性增长幂 律模型 的 B a y e s 推断及 在 发动机上 的应用[ J ] ． 推进技术 ， 2 0 0 0 ， 2 1 1 4 9 5 3 ．