[发明专利]基于统计检验的发电机定子线棒绝缘热老化寿命评估方法

摘要

本发明公开了基于统计检验的发电机定子线棒绝缘热老化寿命评估方法，本发明在传统的热老化寿命评估方法的基础上，使用分布检验、回归分析与假设检验、方差分析等概率论与数理统计的方法，对热老化数据的分布特性、回归方程的显著性、相关系数以及热老化寿命模型的适用性进行验证，进而使绝缘线棒热老化评估的方法更加有效。

主权项

1.基于统计检验的发电机定子线棒绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：本方法以Arrhenius方程对加速老化试验数据进行分析与处理，当以Arrhenius方程对加速老化试验数据进行分析与处理时，认为存在下述基本假设：1)认为相同温度下的老化失效时间服从对数正态分布；2)老化失效时间对数正态分布的数学期望与试验温度存在线性相关性；3)不同温度下的老化失效时间的对数正态分布的方差应具备较为显著的方差齐性，以下为具体步骤：A、加速老化试验数据采集：选择多个实验温度，每个实验温度下选择多个实验平行样进行热老化试验，定期取样，冷却至室温并进行击穿电压试验，当剩余击穿电压下降至初始值的50％时达到寿命终点，线棒退出试验，否则进入下一个试验周期，直至所有样品全部退出，此时可得到每个温度每个样品的退出时间t；B、正态性检验：对步骤A中所得到的试验时间t进行分布检验，看其是否满足对数正态分布，使用W统计量对时间对数lgt进行显著性计算，当计算得到的显著性水平小于给定的显著性水平时，所述给定的显著性水平为0.05，则认为数据不是来自正态分布，反之则认为数据来自正态分布；C、方差齐性检验，方差齐性检验是通过验证对多个样本方差是否相同，从而判断多个样本是否服从同一分布(或来自同一个总体)的检验，进行方差分析的前提是不同应力水平下，各样本均值服从方差相同的正态分布，对于多应力水平下的试验样本，只有存在较为显著的方差齐性的数据，才意味着加速老化所使用的不同应力水平服从相同的反应机理，此时可以使用回归分析对不同应力水平下的试验数据进行参数拟合，以及使用Arrhenius方程进行寿命评估与预测；否则，认为加速老化所使用的不同应力水平涉及到的反应机理不同或不完全相同，此时不能够应用回归分析进行参数拟合，更不能使用Arrhenius方程进行寿命评估与预测，具体为：(1)根据步骤A中采集的实验数据进行实验数据统计，统计的具体数据为各温度下多个样本的时间对数平均值、标准差、平均值95％置信区间的下限和上限以及各温度下多个样本的最大值和最小值；(2)(2)根据统计数据进行方差齐性检验，当显著性大于0.05时，认为多组数据具备方差齐性；D、回归分析与显著性检验：对通过正态性检验和方差齐性检验的温度数据进行回归分析与寿命评估，具体使用Arrhenius方程进行寿命评估；Arrhenius方程具体表示如下：K(t)＝Aaexp(‑Ea/RT)；  (1)其中，K(t)表示反应速率，与在工作温度T下的运行时间τ成反比关系；Aa表示比例常数；Ea为化学反应的活化能(eV)，表示该种材料老化的敏感性；R为波尔茨曼常数(0.862×10‑4eV/K)；对式(1)两边取对数并简单处理，可得到：lnτ＝lnA+Ea/(RT)；  (2)式(2)即为常用的绝缘纸寿命预测模型；对数正态分布的概率密度为：其数学期望为：其中，t为平均试验时间，μ代表正态分布的均值；б代表正态分布的方差；对式(2)进行整理，令：y＝lnτ,x＝1/T,a＝Ea/R,b＝lnA,式(2)化为：y＝ax+b；  (5)利用式(4)可计算出不同温度下的平均老化试验时间，令τ＝t，利用线性回归分析可计算出参数a和b，计算方法如式(6)与式(7)：线性回归的相关系数r可通过式(8)计算，当r<0.95时，认为所得回归方程显著性较低，没有实际价值，也会降低评估结果的有效性；根据方程(5)可知，当x与y之间存在线性相关性时，利用最小二乘法计算得到的线性回归方程才有价值，因此，需要对回归方程进行显著性检验，判断x与y是否存在线性相关性，只要判断斜率a是否为0，于是可提出检验假设：H0：a＝0，若在一定的显著性水平下，经检验拒绝H0，则认为x与y之间存在显著的线性相关关系，这时得到的线性回归方程式是显著的，否则认为回归方程没有价值；引起y变化的因素包括x对y的线性影响和其他随机因素的影响，前者是y的回归值与其平均值之差的平方和，用U表示，后者是y的观测值与回归值之差的平方和，用Q表示，用S表示总离差平方和，则有S＝U+Q，可见，U在S中所占比重越大，说明x对y的线性影响越显著，已证明在H₀为真时U/1～χ² (1)，Q/(n‑2)～χ²(n‑2)，且U与Q相互独立，于是确定统计量：对于给定的显著性水平α，查F分布临界值表可得到F_α(1，n‑2)，若F＞F_α(1，n‑2)，则拒绝原假设H₀，认为回归方程的效果是显著的；否则接受原假设H₀，认为回归方程没有价值；E、寿命评估：当满足上述条件B、C和D时，根据参数a和b可求出绝缘纸的活化能Ea与比例常数A，从而得到线棒绝缘的寿命评估模型，根据该模型，可计算不同温度TU下绝缘纸的使用寿命：