江長杰

0 引 言

低壓電器的能否正常運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)能否能正常供電配電?，F(xiàn)階段，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的管理也體現(xiàn)在可靠性和性能兩個(gè)方面。隨著未來電力系統(tǒng)的升級(jí)和優(yōu)化，人們用電需求的提升，大型化系統(tǒng)成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。所以，系統(tǒng)中需要的電器元件數(shù)量也將大幅提升，其穩(wěn)定性意義顯而易見，是本文主要的研究方向。

1 國內(nèi)外低壓電器可靠性研究概述

低壓電器的可靠性試驗(yàn)，在一些國際機(jī)構(gòu)和電氣企業(yè)中受到了高度重視。而這些單位通常也有專門的工程師或管理人員進(jìn)行管控，企業(yè)內(nèi)部也針對(duì)電氣的可靠性進(jìn)行了針對(duì)性研究，是企業(yè)未來發(fā)展和行業(yè)競(jìng)爭的主要模式。國際電工委員會(huì)（IEC）早在1965年就成立了專門的技術(shù)委員會(huì)，并制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC300《可靠性與維修性管理》。這些制度的確定對(duì)電器設(shè)備的可靠性檢驗(yàn)作出了明確要求，也制定了具體的程序。之后，世界各國也相繼在這項(xiàng)工作中投入了大量研究[1]。例如，日本、美國等發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)普遍采用信息技術(shù)來分析繼電器的可靠性，然后研究其壽命試驗(yàn)的結(jié)果，判斷在不同負(fù)載電壓下的加速系數(shù)，為電器的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

在國內(nèi)，對(duì)各類繼電器的失效機(jī)理與可靠性研究較多，同時(shí)在可靠性標(biāo)準(zhǔn)方面制定了很多制度，如小容量交流接觸器和量度繼電器方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且研制了各類微機(jī)控制的繼電器實(shí)驗(yàn)裝置等。目前已完成部分工作，并獲得了階段性的研究成果。然而，在設(shè)計(jì)與制造新產(chǎn)品以及其可靠性研究領(lǐng)域，我國的重視程度仍然存在很大不足，很多企業(yè)通過對(duì)其他單位生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行仿制來獲得利潤，而這種產(chǎn)品具有很低的可靠性?？梢姡诘蛪弘娖鳟a(chǎn)品的可靠性方面，我國塑殼斷路器制造企業(yè)還有很長的路要走。

2 低壓電器可靠性試驗(yàn)原理與方案

2.1 可靠性指標(biāo)

低壓電器各類故障模式的可靠指標(biāo)可以選擇失效率λ。所謂失效率，指的是在單位時(shí)間t內(nèi)，該產(chǎn)品失效的概率，可以使用最大失效率λmax作為斷路器的可靠性指標(biāo)。該指標(biāo)指的是對(duì)操作失敗的等級(jí)進(jìn)行規(guī)定，共有四個(gè)等級(jí)，分別為四級(jí)、亞四級(jí)、三級(jí)和亞三級(jí)，具體見表1。

表1 塑殼斷路器操作失效率及最大失效率λmax

繼電器采用失效率作為操作可靠性的可靠性特征量時(shí)，依據(jù)其最大失效率（最小成功率）的數(shù)值，劃分為三級(jí)、四級(jí)、亞五級(jí)、五級(jí)、六級(jí)、七級(jí)共六個(gè)等級(jí)。等級(jí)的名稱和最大失效率見表2。

2.2 可靠性試驗(yàn)抽樣方案

采用定數(shù)截尾試驗(yàn)作為電器的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)。抽樣方案選擇失效率驗(yàn)證抽樣方案，對(duì)其操作性能的可靠性進(jìn)行試驗(yàn)。圖1為失效率的抽樣特性，符合可靠性抽樣理論，可將失效率λ和失效率概率L(λ)之間的關(guān)系明確表現(xiàn)出來。

表2 繼電器操作失效率等級(jí)及最大失效率λmax

圖1 失效率抽樣方案的ROC曲線

圖1 是合格失效率水平或是可靠性水平。當(dāng)產(chǎn)品的真實(shí)失效率λ≤λ0時(shí)，則判定該批試品為合格；λ=λ0時(shí)，產(chǎn)品被誤判為不合格而拒收的概率為α，α為生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)率，一般取為0.05或0.1。λ1為批失效率容限，當(dāng)λ＞λ1時(shí)，則認(rèn)為這批產(chǎn)品不合格；λ=λ1時(shí)，則認(rèn)為產(chǎn)品被誤判為合格而接收的概率為β，β為使用者風(fēng)險(xiǎn)，一般取為0.1。

L(λ)可用二項(xiàng)概率式（3）計(jì)算，即：

失效率抽樣檢查方案是根據(jù)給定的α、β、λ0、λ1和Ac（合格判定數(shù)）的值來確定抽樣數(shù)n。

當(dāng)nλt＜5及λt＜0.1時(shí)，有：

式（4）中，f(x,2Ac+2)是χ2分布的密度函數(shù)，且自由度為2Ac+2。根據(jù)χ2分布的特點(diǎn)，2λ1T等于χ2分布的1-β的下側(cè)分位點(diǎn)，可得出：

式（5）中λ1用最大失效率等級(jí)λmax代替，令β=0.1，通過上式算出的T，即試驗(yàn)截尾次數(shù)Tc。設(shè)定不同的Ac，可得出相應(yīng)的Tc。

2.3 可靠性試驗(yàn)失效判據(jù)

操作可靠性試驗(yàn)中的試品出現(xiàn)以下任意一種情況，則此試品失效。

（1）出現(xiàn)零部件的破壞性損壞或松動(dòng)，或連接導(dǎo)線松動(dòng)；

（2）在對(duì)斷路器進(jìn)行閉合操作時(shí)未能準(zhǔn)確閉合，在進(jìn)行分?jǐn)嗖僮鲿r(shí)未能準(zhǔn)確分?jǐn)啵?/p>

（3）出現(xiàn)觸頭粘結(jié)問題；

（4）分?jǐn)嘤|頭回路壓降低于觸頭回路開路電壓的90%；

（5）閉合觸頭回路電壓降超過觸頭回路開路電壓的10%。

3 低壓電器試驗(yàn)技術(shù)要求

3.1 試驗(yàn)設(shè)備的功能要求

通過分析電器性質(zhì)如判斷繼電器的性能，考慮壽命試驗(yàn)的結(jié)果，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。試驗(yàn)設(shè)備首先應(yīng)該具備一定的監(jiān)測(cè)要求，尤其是監(jiān)測(cè)試驗(yàn)電流和接觸壓降。此外，當(dāng)試驗(yàn)樣品出現(xiàn)故障時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備要對(duì)故障情況和類型進(jìn)行判斷，通過故障發(fā)生的形式來記錄故障時(shí)間和故障類型，具有同時(shí)進(jìn)行多臺(tái)樣品試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)的能力[2]。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該滿足實(shí)際的電器使用要求，結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)電路共包含以下幾個(gè)部分。首先，以打印機(jī)、PC機(jī)主機(jī)和鍵盤構(gòu)成的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的作用在于記錄試驗(yàn)過程和試驗(yàn)參數(shù)，然后計(jì)算和分析結(jié)果。其次，線圈驅(qū)動(dòng)電路。它是基于計(jì)算機(jī)的線圈控制信號(hào)進(jìn)行設(shè)置的。其次，負(fù)載電源，主要負(fù)責(zé)樣品的帶電負(fù)載，測(cè)量在不同電壓和電阻下的負(fù)載能力。最后，通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路換算電壓量，然后將觸頭電壓量和換算值進(jìn)行對(duì)比，利用計(jì)算機(jī)判斷電器的運(yùn)行狀態(tài)是否出現(xiàn)了故障以及是否需要進(jìn)行檢修工作[3]。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)

4 低壓電器可靠性試驗(yàn)和型式試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)

雖然從試驗(yàn)?zāi)Ｊ缴峡矗覈F(xiàn)階段已經(jīng)取得了一定成果，但對(duì)于低壓電器的可靠性研究工作，我國起步相對(duì)較晚，對(duì)于一些新產(chǎn)品的開發(fā)還缺乏重視。而電工行業(yè)的部分企業(yè)對(duì)于可靠性的認(rèn)識(shí)程度還有所欠缺，因而未來應(yīng)該做好可靠性研究工作。首先，要制定低壓電器的可靠性指標(biāo)，這是對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行判斷核查的主要方式，同時(shí)是提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。對(duì)于一些普遍使用的低壓電器，如低壓成套開關(guān)設(shè)備，需要針對(duì)性地展開可靠性試驗(yàn)和型式試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括功能單元、介電強(qiáng)度、保護(hù)電路連續(xù)性試驗(yàn)、母線短路強(qiáng)度和防護(hù)等級(jí)等多個(gè)方面，然后通過參數(shù)分析為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供技術(shù)支持。此類可靠性試驗(yàn)希望低壓電器能夠保持相對(duì)較長的使用周期，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。需要注意，相關(guān)企業(yè)也應(yīng)該加強(qiáng)可靠性的管理工作，要在企業(yè)內(nèi)部設(shè)定專門的管理部門，收集生產(chǎn)環(huán)節(jié)中因質(zhì)量問題淘汰的產(chǎn)品信息，再將信息反饋給生產(chǎn)部門和管理部門，以便采取有效的應(yīng)對(duì)方案。

5 結(jié) 論

未來社會(huì)對(duì)電力和電器的需求將會(huì)不斷提升，而低壓電器的廣泛使用使得其可靠性試驗(yàn)和型式試驗(yàn)工作面臨了更大挑戰(zhàn)。通過這些工作，可以消除早期產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷問題，并調(diào)查產(chǎn)品質(zhì)量的各類影響因素，以便在今后的生產(chǎn)過程中達(dá)到質(zhì)量控制的最終目的，使產(chǎn)品能更好地為社會(huì)服務(wù)。

[1] 王小川，胡彥雪，李石頭.低壓成套開關(guān)設(shè)備型式試驗(yàn)的問題及改進(jìn)方法[J].硅谷，2014，（22）：226-227.

[2] 王 超，劉志黨.低壓成套開關(guān)設(shè)備型式試驗(yàn)的問題與完善[J].電氣開關(guān)，2014，52（3）：107-108.

[3] 王曉旭，李 奎，李維濤，等.遠(yuǎn)程控制技術(shù)在低壓電器可靠性試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].電器與能效管理技術(shù)，2010，（3）：61-63.