CHINT正泰仪表强调电能表可靠性是系统性工程,需贯穿设计、生产、管理、评估全流程协同实现。其核心观点包括:
背景与意义
电能表作为法制计量器具,其可靠性直接影响计量准确性和交易公正性,是交易公信力、运营确定性、合规可证据化的关键要素。可靠性是系统性工程,需跨阶段、跨职能协同,结合上下游供应链一体化实现。
现状与挑战
- 可靠性定义:可靠性定义为在规定条件下、规定时间内完成规定功能的能力,需关注关键要素边界条件、失效概率等。
- 评价标准现状:型式评价聚焦符合性,寿命期可靠性能力评估存在多应力耦合缺位、在役数据积累不足、极端叠加应力稳健性证据链薄弱等问题。
- 多应力挑战:南方电能表安装环境存在阳光辐射、高温高湿、盐雾组合应力,超出产品标准要求,影响材料、芯片、电容等。
- 走超边界挑战:合闸瞬间过电压应力超出极限工作电压,影响保护器件寿命。
- 应对思路:从过应力场景出发,以“过应力场景—根因—失效模型”为主线,建立统一模型库与评估准则。
- 寿命期内可靠度评估:采用威布尔分布模型,期望产品在目标寿命段处于偶然失效期,即失效率低且稳定。
- 可靠性预测现状与挑战:现行预测标准GB/T17215.941-2012采用串联模型,存在设计与评估脱节、数据积累薄弱、模型过度简化等问题。
- 可靠度评估试验现状与挑战:标准、模型与试验设计存在时间长、费用高、应力组设置穴余、统计与可比性差等问题。
- 软件可靠性评估现状与挑战:常见评估内容场景覆盖难、长期可靠性可观测性低、方法不统一、诉求高、缺口大、故障复现极难、隐藏时序缺陷易漏检等问题。
- 可靠性设计挑战:可靠性源于设计,需在设计阶段评估并平衡成本/性能,提前预知风险。可靠性设计是持续发现、模型化、验证、迭代的过程,芯片层面钝化层厚度缺少可量化设计模型、工艺离散难以受控是关键痛点。
方法与实践
- 可靠性设计的本质:可靠性是概率问题,需通过系统化设计提升产品耐受/防护能力,将失效概率“设计到够低”。
- 可靠性工程:测评设计流程包括可靠性设计评审、硬件标准电路设计、可靠性设计准则、EMC设计、可靠性器件概要设计、硬件原理设计、可靠性设计方法、环境适应性设计、可靠性分配、可靠性工程性DFM/DFA/DFT设计、电路WCCA分析/容差分析、设计仿真技术、降额设计、白盒测试等。
- 可靠性设计方法:从故障收集/分析、可靠性设计—预测、HALT试验、降额设计(热设计)、硬件白盒测试、软件白盒测试等方面进行可靠性设计。
- 元器件测评:导入生产使用可购性,进行全流程管控,体系支撑多源可得、交期可控管理。参考相关标准,结合各元器件的物理可靠性关键点、薄弱点,通过电学、物理和化学等各种分析技术和手段,识别器件的固有可靠性隐患和使用风险。
- 整机测评:除型式评价大纲、国南网企标之外,基于现场故障数据,建多应力、非标试验的企业标准,提升产品可靠性能力。软件测评除功能、协议符合性测试外,基于现场故障数据,对边界、压力等方面加强用例覆盖率。实际环境模拟测评,模拟现场运行的“实负荷仿真测试”环境,对采集数据进行分析,尽早发现故障。温湿度应力下的可靠度评估试验,使用卡方分布对可靠度评估试验进行改进,避免了早期失效对试验结果的影响。
结语
复杂环境下的电能表可靠性,必须由“定义清晰—设计可证—评估一致—在役反哺”的系统工程来保障。概率本质、标准协同、设计为先、模型沉淀、数据—模型闭环、标准与证据链合作机制是未来发展方向。