低壓電器可靠性概況及其發(fā)展
| 引 言 低壓電器的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，產(chǎn)品的可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量 的一個(gè)重要組成部分。產(chǎn)品的質(zhì)量嚴(yán)格說起來應(yīng)包括其性能及可靠性兩個(gè)方面，一個(gè)產(chǎn)品盡管其性能指標(biāo)很高， 但若其可靠性不高的話，就不能算是一個(gè)質(zhì)量好的產(chǎn)品。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性基本上取決于該系統(tǒng)所用元 件的可靠性，同時(shí)系統(tǒng)的可靠性一般隨系統(tǒng)中所用元件的數(shù)量增加而下降。隨著系統(tǒng)向大型化方向的發(fā)展，一個(gè) 自動(dòng)控制系統(tǒng)所用元件的數(shù)量越來越多，只要其中一個(gè)元件發(fā)生故障，一般就可導(dǎo)致整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故 障，并可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)中所用的電氣元件的可靠性就顯得越來越重要。 電力系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)中使用了各種低壓電器，如果這些低壓電器發(fā)生故障就導(dǎo)致電力系統(tǒng)與低壓配電系 統(tǒng)發(fā)生故障而造成停電事故，甚至?xí)＜肮╇娋€路和用電設(shè)備的安全，它所造成的經(jīng)濟(jì)損失將更為巨大。因此， 開展各種低壓電器的可靠性研究與應(yīng)用工作具有十分重要的意義。 可靠性技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一門新技術(shù)?？煽啃匝芯渴加诿绹?，在20世紀(jì)40年代美國發(fā)現(xiàn) 軍用雷達(dá)處于故障狀態(tài)的時(shí)間高達(dá)84%，這就促使美國深入開展電子元件和電子設(shè)備的可靠性研究，并制訂了有關(guān) 可靠性管理、可靠性設(shè)計(jì)及可靠性試驗(yàn)等方面的標(biāo)準(zhǔn)。到20世紀(jì)60年代，美國在電子產(chǎn)品的可靠性研究方面已逐 漸成熟，這對(duì)提高美國電子產(chǎn)品的可靠性起到了很大作用。從20世紀(jì)70年代起可靠性工作逐漸擴(kuò)展到美國的機(jī) 械、電力、電工及化工等工業(yè)部門。 美國是世界上從事可靠性研究最早、范圍最廣、最有成效的國家。原蘇聯(lián)、日本、德、英、法等國在美國之 后也積極開展了可靠性工作，并取得了不少進(jìn)展。 國外電器產(chǎn)品可靠性工作概況 1 可靠性標(biāo)準(zhǔn)的制訂 國外的電氣公司與各種國際機(jī)構(gòu)(如lEE、IEEE等)中，可靠性工作都很受重視，一些著名的電氣公司都設(shè)有 可靠性管理部門或設(shè)有專職的可靠性工程師。有些產(chǎn)品已規(guī)定了可靠性指標(biāo)，有些產(chǎn)品雖還未規(guī)定可靠性指標(biāo)， 但在公司內(nèi)部已開展可靠性研究工作，產(chǎn)品可靠性的高低已成為國外各公司間競爭的重要手段。 IEC在1965年成立了技術(shù)委員會(huì)TC56(可靠性與維修性技術(shù)委員會(huì))，至今已發(fā)布了不少關(guān)于可靠性與維修性 方面基礎(chǔ)性或共性的標(biāo)準(zhǔn)：如IEC300《可靠性與維修性管理》，它為產(chǎn)品在制訂可靠性與維修性時(shí)提供管理導(dǎo) 則，還作為IS09000系列標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充文件提供有關(guān)可靠性方面的內(nèi)容；還有IEC605《設(shè)備可靠性試驗(yàn)》與IEC706 《維修性導(dǎo)則》 IEC605是關(guān)于設(shè)備(既可指電子設(shè)備，也可指電工設(shè)備或機(jī)械設(shè)備；既可指元件，也可指裝置)可 靠性試驗(yàn)方面一套較為完整的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了設(shè)備可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)和可靠性測定試驗(yàn)的總原則、具體程序 及試驗(yàn)方案。 在電器產(chǎn)品可靠性標(biāo)準(zhǔn)的制訂方面，IEC255電氣繼電器標(biāo)準(zhǔn)中的IEC255——0——20《電氣繼電器的觸點(diǎn)性 能》、IEC255——0——10《電子元件質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)在有或無繼電器上的應(yīng)用》及IEC255——19《機(jī)電式有或無繼 電器的質(zhì)量評(píng)價(jià)》等標(biāo)準(zhǔn)都有可靠性的內(nèi)容IECSC41A在1988年6月發(fā)出46號(hào)文件，提出在現(xiàn)有IEC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上應(yīng) 補(bǔ)充“應(yīng)用于小電流的有或無繼電器的可靠性試驗(yàn)”、2002年IEC發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)IEC60050——444《電工術(shù)語基本繼 電器》的444——07節(jié)中也列入了12條關(guān)于可靠性方面的術(shù)語。 美國于1964年發(fā)布了軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL——R——39016《有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范》；日本于1980年發(fā) 布了日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISC5440《有可靠性要求的控制用小型繼電器通則》；前蘇聯(lián)于1983年發(fā)布的rOCTl2434-83 《低壓開關(guān)電器通用技術(shù)條件》中規(guī)定了產(chǎn)品的可靠性要求和可靠性試驗(yàn)方法；德國的VDE0660《低壓開關(guān)電器規(guī) 范》中規(guī)定：“產(chǎn)品機(jī)械壽命和電壽命的額定值是取占90%的接觸器所能達(dá)到的極限通斷次數(shù)”，這意味著用可靠 壽命(可靠度等于0.9)的概念來考核接觸器的機(jī)械壽命和電壽命。 法國在工業(yè)用控制設(shè)備——接觸器標(biāo)準(zhǔn)NFC63——100中規(guī)定：“對(duì)成批生產(chǎn)的電器，特別足約定發(fā)熱電流小 于或等于40A的電器，機(jī)械壽命足在有代表性的樣機(jī)上以重復(fù)方式進(jìn)行試驗(yàn)的，制造廠在統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)結(jié)果后給出產(chǎn) 品的機(jī)械壽命值”，這實(shí)際上也是規(guī)定了用可靠性的概念來確定接觸器的機(jī)械壽命。 2 可靠性試驗(yàn)研究 美國、日本在繼電器的可靠性壽命試驗(yàn)中已普遍采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，如日本安川公司在繼電器的接觸 可靠性中采用了Inter8008型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的自動(dòng)試驗(yàn)裝置；日本松下電器公司在繼電器可靠性試驗(yàn)中采用 了微型計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)試驗(yàn)裝置；日本富土通公司在舌簧繼電器的可靠性試驗(yàn)中采用了計(jì)算機(jī)控制的試驗(yàn)裝 置，該裝置可同時(shí)進(jìn)行200個(gè)舌簧管的壽命試驗(yàn)。 美國、日本等國家都在對(duì)電器產(chǎn)品加速壽命試驗(yàn)的模式、方法及數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行研究。例如，日本以負(fù)載 電壓及負(fù)載電流為加速變量進(jìn)行了開關(guān)的加速壽命試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果算出了不同負(fù)載電壓和負(fù)載電流值時(shí)的加 速系數(shù)。 3 可靠性物理的研究 國外是從20世紀(jì)60年代才開始研究可靠性物理的，美國空軍ROME航空發(fā)展中心在20世紀(jì)60年代初首先開始對(duì) 現(xiàn)場失效的元器件進(jìn)行失效分析。J．Vaccro首先提出用“失效物理學(xué)”這一概念來研究元器件的可靠性，1962年 起美國每年召開一次“失效物理”會(huì)議，1967年起改稱“可靠性物理”會(huì)議。 所謂“可靠性物理學(xué)”就是專門研究產(chǎn)品失效機(jī)理的科學(xué)，它對(duì)產(chǎn)品怎樣失效及為什么失效的具體物理、化 學(xué)過程進(jìn)行研究?？梢钥闯觯煽啃晕锢韺W(xué)的研究是提高產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)性措施。美國、日本等國家對(duì)可靠性 物理的研究都很重視。 4 可靠性學(xué)術(shù)會(huì)議 國外在可靠性學(xué)術(shù)交流方面也很活躍，涉及到可靠性的國際學(xué)術(shù)會(huì)議有： IEEE霍姆電接觸會(huì)議(每年召開一次)；國際電接觸會(huì)議(每年召開一次)國際可靠性物理會(huì)議(每年召開一次) 國際可靠性與維修性會(huì)議(每年召開一次)。 5 可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與調(diào)查 可靠性數(shù)據(jù)是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)(特別足可靠性預(yù)計(jì))、可靠性分析及可靠性增長的基本依據(jù)，所以國外十 分重視可靠性數(shù)據(jù)的建立。如美國政府的一個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)交換中心(GIDEP)，它包括美國及加拿大的六百多個(gè)成員單 位，共建立了失效數(shù)據(jù)庫、可靠性及維修性數(shù)據(jù)庫等；前蘇聯(lián)電工研究所建立了包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、 繼電保護(hù)裝置等電力設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)庫。 20世紀(jì)70年代起，斷路器的可靠性研究工作開始受到了國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注與重視。IEEE開關(guān)設(shè)備技術(shù)委員會(huì) 斷路器可靠性工作小組從1971年到1985年15年間在全球范圍內(nèi)開展了高壓斷路器的可靠性研究，其中一個(gè)重要部 分就是對(duì)使用中的高壓斷路器的故障進(jìn)行了第一次國際性可靠性調(diào)查。此次調(diào)查中的77892個(gè)斷路器來自22個(gè)國家 的102個(gè)公司，涉及額定電壓在63kV及以上的各種類別斷路器。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)斷路器運(yùn)行中的絕大多數(shù)故障(70%)足 機(jī)械方面的原因，19%是輔助電路和控制電路上的電故障；而絕緣問題引起的故障占所有故障的8.3%。通過分析， 該工作小組認(rèn)為特別需要提高斷路器的機(jī)械可靠性。 1986年，IEEE開關(guān)設(shè)備技術(shù)委員會(huì)又成立了一個(gè)新的斷路器可靠性工作組，其主要目的足進(jìn)行第二次高壓斷 路器可靠性國際調(diào)查。此次調(diào)查于1988年1月1日起到1991年12月31日止。調(diào)查中來自22個(gè)國家132個(gè)公司的70708 個(gè)斷路器，是1978年1月1日后使的、額定電壓為72.5kV及以上的SF6斷路器。由3833張故障卡分析看出：第二次調(diào) 查中斷路器的故障率比第一次調(diào)查時(shí)顯著降低。但操作機(jī)構(gòu)故障(機(jī)械故障)仍是造成斷路器故障的主要原因，其 次是電氣控制和輔助電路故障。 近年來，IEEE電力系統(tǒng)可靠性委員會(huì)低壓斷路器可靠性工作組對(duì)低壓斷路器可靠性進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查中脫扣 器和脫扣校準(zhǔn)故障率最高，為其他故障模式(機(jī)械故障、電觸頭故障)的兩倍或更高，而IEEE工業(yè)應(yīng)用學(xué)會(huì)可靠性 委員會(huì)1985年對(duì)工業(yè)用斷路器的可靠性進(jìn)行的調(diào)查表明，對(duì)于使用時(shí)間少于15年的斷路器(不包括塑殼式斷路器) 來說①室外安裝斷路器的故障率比室內(nèi)的高1.54倍。②具有電子脫扣器的斷路器故障分為“拒閉合”44%和“誤打 開”56%。③具有機(jī)電脫扣器的斷路器故障很大比例為“拒閉合”93%。由此可見，國外已對(duì)高低壓斷路器做了較 細(xì)致的可靠性調(diào)查，并歸納出了主要故障模式。但僅限于總結(jié)調(diào)查的結(jié)果，未做任何結(jié)論性評(píng)論。關(guān)于斷路器可 靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方法、斷路器可靠性指標(biāo)的制訂及評(píng)估方法等理論研究方面的內(nèi)容未見有相關(guān)公開發(fā)表的文獻(xiàn)。 國內(nèi)電器產(chǎn)品可靠性 工作概況 原機(jī)械工業(yè)部對(duì)電器產(chǎn)品的可靠性工作十分重視，早在1980年原機(jī)械工業(yè)部電工局委托河北工業(yè)大學(xué)舉辦了 兩期電器新技術(shù)學(xué)習(xí)班，可靠性技術(shù)是其中主要內(nèi)容之一，1983年10月成立了中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電工產(chǎn)品可靠 |
