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基于统计检验的漏电断路器寿命预测方法研究
孔维相, 石颉, 杜国庆, 袁晨翔, 张鑫越
电气工程学报    2024, 19 (1): 382-390.   DOI: 10.11985/2024.01.041
摘要   (252 HTML24 PDF(pc) (391KB)(285)  

漏电断路器是电力系统中重要的终端保护器,为了避免其超龄服役,保障用电人员的生命财产安全,需要对其寿命预测方法进行研究。提出了一套基于统计检验的寿命预测方法,该方法将统计学理论和Arrhenius模型相结合,通过正态性检验和相关性检验解决了Arrhenius模型的适用性问题,通过方差齐性检验解决了加速老化试验的老化机理问题,通过异方差检验、残差正态性检验及残差独立性检验解决了拟合模型的质量问题,进一步提高了预测模型的准确性。使用该方法对电子式漏电断路器进行寿命预测,预测结果同厂家提供的参考寿命相近,表明该方法能够有效地解决寿命预测过程存在的问题,同时对其他同类产品的寿命预测也具有一定的参考价值。


解释变量xh 显著性p 决定系数R2
x0.5 0.038 5 0.535 3
x-0.5 0.036 3 0.548 1
x 0.039 7 0.528 9
x-1 0.034 1 0.554 9
x2 0.042 2 0.515 9
x-2 0.033 2 0.567 1
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表4 Gleiser检验结果
正文中引用本图/表的段落
拟合模型具有残差独立性是线性回归的基本前提之一,如果拟合模型存在残差独立性,说明可能存在与因变量相关的因素没有引入回归方程,导致整体模型构建较差,进而影响模型的预测效果。因此需要对拟合模型进行残差独立性检验。常用的残差独立性检验方法是德宾沃森(Durbin-Watson)检验,又称DW检验,其检验结果DW值一般介于0~4。得到检验结果后,根据解释变量数量k和样本容量n查DW分布表,得到临界值dldu,当0<DW<dl时,表示存在正相关性;当dl<DW<du时,表示不能确定是否具有相关性;当du<DW<4-du时,表示不存在相关性;当4-du<DW<4-dl时,表示不能确定是否具有相关性;当4-dl<DW<4时,表示存在负相关性。
在通过试验数据经过分析后,可以确定绝对环境温度55~90 ℃的老化试验数据满足寿命评估的基本要求,可针对这些数据进行模型拟合与寿命计算。使用传统的寿命预测方法对表3中的数据进行拟合,拟合模型为y=5 962.100x-8.987 229,拟合模型的决定系数R2=0.953>0.95,初步表明拟合情况较好,但是根据第4.2节的介绍,在模型拟合后,为了保证拟合模型性的质量,提高寿命预测的准确性,还需要进一步对拟合模型进行残差独立性检验、残差正态性检验和异方差检验。
采用White检验对上述通过传统寿命预测方法得到的拟合模型进行异方差检验,通过计算得R2=0.825 8,nR2=6.60,当取显著水平α=0.05时,$\chi _{\text{0}\text{.05}}^{\text{2}}\left( \text{2} \right)$=5.99<6.60,故原假设不成立,认为存在异方差性。由于异方差的形式未知,需要进一步通过Park检验和Gleiser检验来探索异方差形式,Park检验得到的辅助回归方程的显著性p=0.056 7>0.05,说明误差项的方差与解释变量不存在相关性,即认为不存在幂指数形式的异方差。Gleiser检验结果如表4所示。
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