低压电器维修电工论文河北工大李奎团队存在
漏电保护器是非常重要的保护类电器，广泛应用于低压配电系统中，可防止电气线路和设备接地故障造成的漏电事故。河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室的李奎教授团队针对漏电保护器的故障问题开展研究，提出一种计及隐藏故障的漏电保护器运行状态划分方法，建立了基于马尔可夫过程的运行状态转移模型，实现漏电保护器的实际服役状态准确描述，适用于不同可靠性水平的漏电保护器的分析与评估，对其定期检查策略的制定具有指导意义。
研究背景
漏电保护器可能会发生拒动或误动，丧失漏电保护功能，存在引发人身触电或漏电火灾的安全隐患。漏电保护器自身发生故障后，只有诱发故障暴露的激励条件出现时，其故障状态才会显现。因此，漏电保护器在服役过程中，如何描述多个运行状态关系及其转移过程，并建立分析模型，对于解决保护类电器可靠性评估和检修策略制定等相关问题具有重要意义。
论文所解决的问题及意义
针对漏电保护器的故障显现问题开展研究，分析漏电保护器的实际服役状态之间的转移关系，建立基于马尔可夫过程的运行状态转移模型，并设计基于蒙特卡洛法的漏电保护器可靠性仿真模型，解决保护类电器的可靠性评估问题，并反映隐藏故障对其服役状态的影响，从而制定出合理的定期检查策略。
论文方法及创新点
1.根据漏电保护器实际工作原理分析其服役状态
河北工业大学李奎教授团队根据漏电保护器处于不同状态，在剩余电流激励下产生不同的响应，通过其响应可以判断出漏电保护器的状态，得到了实际服役过程中漏电保护器对应为五种工作状态，即：正常工作状态（状态1）、拒动故障隐藏状态（状态2）、误动故障隐藏状态（状态3）、拒动故障显现状态（状态4）、误动故障显现状态（状态5）。
2.基于马尔可夫过程的漏电保护器服役可靠性分析
根据漏电保护器五种工作状态和其内在关系，利用马尔可夫过程可以描述漏电保护器在开始运行后各状态之间的转移过程。在实际服役过程中，漏电保护器运行状态受到供电线路或用电设备产生的剩余电流（激励）影响，可靠性框图和转移过程如图1所示。
图1 激励作用下漏电保护器的可靠性框图和状态转移图
基于定期检查的漏电保护器状态转移模型如图2所示。
图2 基于定期检查的漏电保护器状态转移图
通过马尔可夫过程推导方法得到下式，式(1)和式(2)分别对应漏电保护器服役过程中激励作用下和基于定期检查的运行状态状态概率。
式 (1)
式 (2)
3.模拟仿真分析和验证
利用蒙特卡洛法模拟漏电保护器运行场景，包括拒动率、误动率、正常漏电电流、故障漏电发生频次、定期检查频次等参数，验证漏电保护器实际运行状态和服役状态概率的影响。可靠性模拟仿真分析流程如图3所示。
图3 漏电保护器服役可靠性仿真过程
模拟不同情况下定期检查对于漏电保护可靠性的影响，如图4所示。随着定期检查频次的增加，故障隐藏状态概率明显降低，正常工作状态概率增加。
图4 不同检查频次下漏电保护器的状态概率图
结论
本文通过漏电保护器可靠性研究，提出了一种存在误动故障和拒动故障的保护类电器可靠性分析方法，能够解释实际服役中漏电保护器误动故障多于拒动故障的现象，并分析了漏电保护器质量水平、服役环境的恶劣程度以及定期检查等对其可靠性的影响，为提升其服役系统的可靠性和安全性具有重要指导意义。主要结论如下。
（1）漏电保护器发生拒动和误动故障后，在没有诱发其故障显现条件时，漏电保护器自身故障不能立即显现出来，而是处于故障隐藏状态。
（2）建立了基于马尔可夫过程的漏电保护器服役状态转移模型，阐明了不同运行环境下漏电保护器拒动故障或误动故障出现次数不同的原因。
（3）分析了不同检查频次对漏电保护器故障隐藏状态和服役可靠性的影响，得到了满足一定系统供电可靠性和安全性的漏电保护器最低检查频次，可为带自检功能的漏电保护器自检周期的确定提供依据。
（4）通过蒙特卡洛法模拟仿真了漏电保护器服役可靠性，证明了采用激励响应法和马尔可夫过程建立漏电保护器服役可靠性模型能更好的揭示漏电保护器实际服役状态。
团队介绍
该工作发表论文的李奎教授长期从事开关电器的教学与科研工作。在开关电器领域内发表论文150余篇，其中50余篇论文被SCI、EI收录，参加撰写专著4部、国家标准4部；授权发明专利9项、软件著作权7项。完成的科研项目中，有2项获国家科技进步二等奖，5项获河北省科技进步一等奖，4项获天津市科技进步二等奖。
李奎教授先后获教育部新世纪优秀人才、新世纪百千万人才工程国家级人选、国务院特贴专家、全国优秀博士后、天津市劳动模范、河北省杰出青年基金、河北省省管优秀专家、河北省第三批高端人才、河北省杰出专业技术人才等荣誉称号。
本工作成果发表在2023年第18期《电工技术学报》，论文标题为“基于马尔可夫过程的漏电保护器服役状态及其可靠性分析”。本课题得到国家自然科学基金和河北省自然科学基金资助。