智能電能表可靠性評(píng)價(jià)方法研究與探討

1、智能電能表可靠性評(píng)價(jià)方法研究與探討薛陽張蓬鶴1,王雅濤:何勝宗2,彭澤亞2,武慧薇2（1.中國電力科學(xué)研究院，北京100192;2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州510610）摘要：智能電能表批量上線之前如何評(píng)價(jià)其可靠性是一項(xiàng)重要的研究課題。闡述了產(chǎn)品典型失效特征以及當(dāng)前用于考核電能表的可靠性特征指標(biāo)的不足之處。從電能表的環(huán)境剖面和任務(wù)剖面入手，探討分析了當(dāng)前的驗(yàn)收檢驗(yàn)項(xiàng)目，以及電能表的主要缺陷和敏感應(yīng)力。提出了一種電能表的可靠性評(píng)價(jià)建議方案，實(shí)際評(píng)價(jià)案例結(jié)果表明該方案具有一定的評(píng)價(jià)效果，也為可靠性量化評(píng)價(jià)作了鋪墊。關(guān)鍵詞：智能電能表；可靠性評(píng)價(jià)；可靠性；缺陷中圖分類號(hào)：TP202文獻(xiàn)標(biāo)志

2、碼：A文章編號(hào)：1001-1390（2015）00-0000-00StudyandexplorationonreliabilityassessmentmethodforsmartmetersXueYang1,ZhangPenghe1,WangYatao1,HeShengzong2,PengZeya2,WuHuiwei2(1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192,China.2.TheFifthElectronicsResearchInstituteofMinistryofIndustryandInformationTechnolog

3、y,Guangzhou510610,China)Abstract:Howtoassessthereliabilityofthesmartmetersbeforebatchinginstallationhasbecomeanimportantresearchissue.Typicalfailurefeaturesandtheshortageofthereliabilitycharacteristicindexusedbyelectricityenergymeterswereexpatiated.Startingfromtheenvironmentplaneandtaskplane,thechec

4、kandtestitems,maindefectsandsensitivestresseswerediscussedandanalyzed.Arecommendedreliabilityassessmentschemeforelectricityenergymeterwasputforward.Theresultsofanactualassessmentcaseprovedtheeffectivenessofthescheme,whichlayafoundationforquantitativereliabilityassessment.Keywords:smartmeter,reliabil

5、ityassessment,reliability,defect層檢測驗(yàn)收，還不足以有效地剔除潛在缺陷的產(chǎn)品，0引言近幾年來，隨著智能電能表大批量上線，其可靠性問題逐漸暴露出來，引起了電力管理部門的高度重視。如何在批量上線之前對(duì)智能電能表進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)驗(yàn)收，成為一項(xiàng)重要的研究課題。國家電網(wǎng)于2009年頒布了Q/GDW3641等一系列智能電能表規(guī)范，涵蓋了技術(shù)指標(biāo)、機(jī)械性能、環(huán)境適應(yīng)性、功能要求、電氣性能、抗干擾及可靠性等技術(shù)要求、驗(yàn)收要求以及運(yùn)行質(zhì)量管理要求。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于提高和完善電能表的標(biāo)準(zhǔn)體系和管理水平起到了重要作用2,然而，依據(jù)這些規(guī)范進(jìn)行層電能表的可靠性評(píng)價(jià)和驗(yàn)收工作有待進(jìn)一步加強(qiáng)。J

6、B/T50070-20023規(guī)定了電能表的可靠性要求和考核方法，該方法模擬現(xiàn)場使用條件，與現(xiàn)場存在一定的對(duì)應(yīng)性，但該標(biāo)準(zhǔn)是從傳統(tǒng)機(jī)械式電能表移植到電子式電能表，而且可靠性驗(yàn)證的單臺(tái)樣品試驗(yàn)時(shí)間長、試驗(yàn)成本高，試驗(yàn)可執(zhí)行性差，不適用于當(dāng)前大批量采購、驗(yàn)收工作。IEC62059系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流電測量設(shè)備的可信性進(jìn)行了定義，并給出了其可靠性加速試驗(yàn)和部分耐久性試驗(yàn)的方法。其中，IEC62059-31-1圖提供了一種利用恒定加速應(yīng)力（高溫和潮濕條件）對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行可靠性壽命估計(jì)的試驗(yàn)方法，并給出了溫度、濕度的應(yīng)力壽命模型，同時(shí)還考慮了電壓、電流變化導(dǎo)致的溫度變化因素。利用該方法，使單臺(tái)樣品試驗(yàn)時(shí)間從幾千

7、小時(shí)下降到幾百小時(shí)，縮短了可靠性評(píng)價(jià)白時(shí)間。IEC62059-32-15給出了高溫條件下考查測量設(shè)備計(jì)量穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法。文獻(xiàn)6-8是在IEC62059-31-1的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用或者改進(jìn)的電能表可靠性的預(yù)計(jì)和驗(yàn)證試驗(yàn)方法。然而，在實(shí)際環(huán)境中，電能表所面臨的環(huán)境條件是多變的，恒定高溫、潮濕以及高溫條件下暴露出的產(chǎn)品問題，不一定能夠覆蓋所有故障類型。因此，一種有效的可靠性評(píng)價(jià)方法仍然值得深入研究。文章結(jié)合電子產(chǎn)品可靠性工程經(jīng)驗(yàn)，分析智能電能表的整個(gè)生命周期過程所面臨的環(huán)境條件，各階段存在的可靠性問題，探討了智能電能表可靠性評(píng)價(jià)的考慮要素，提出了一種電能表的可靠性評(píng)價(jià)建議方案，并用實(shí)際案例進(jìn)行了簡單

8、闡述。1 可靠性基本概念1.1 可靠性特征指標(biāo)產(chǎn)品的可靠性可以用可靠度來定量表述，它是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，滿足特定功能的概率。根據(jù)Q/GDW364-2009,電能表產(chǎn)品的可靠性特征量規(guī)定為平均壽命（MTTF,MeanTimeToFailure,故障前的平均工作或存儲(chǔ)時(shí)間），要求電能表在正常工作條件下，MTTF不少于10年。出廠前經(jīng)過嚴(yán)格篩選、老練和調(diào)校的電能表的壽命分布可以用指數(shù)分布描述9,其可靠度R（t）為：tR（t）=e=eTT式中九為失效率，對(duì)于指數(shù)分布，%是MTTF的倒數(shù)。按照（1）式計(jì)算，到第10年結(jié)束時(shí)，電能表的可靠度為0.368,意味著累計(jì)63.2%的電能表已經(jīng)出

9、現(xiàn)故障，需要維修或報(bào)廢，這種結(jié)果對(duì)于電力公司而言，顯然是不可接受的8,10。規(guī)定電能表可靠性特征指標(biāo)時(shí)，一種更為恰當(dāng)?shù)姆椒ㄊ侵该髌淅塾?jì)失效率，例如，正常條件下工作十年的累計(jì)失效率不超過10%（置信度90%）。這種規(guī)定方法，比指定MTTF更加合理和具有約束力。1.2 電子產(chǎn)品失效特征根據(jù)電能表現(xiàn)場運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，電能表同樣具有類似浴盆曲線”的失效分布特征，呈現(xiàn)早期和損耗期失效率高、偶然失效率低的特點(diǎn)10。其中，早期失效期大多是由于質(zhì)量控制不嚴(yán)引入的缺陷和損傷導(dǎo)致的，如電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、物料缺陷以及裝配、運(yùn)輸和安裝過程中引入的損傷等。偶然失效一般是由于產(chǎn)品自身耐受電、熱、化學(xué)等的強(qiáng)度不足并在外

10、部隨機(jī)應(yīng)力條件下觸發(fā)的，如產(chǎn)品的耐壓、熱設(shè)計(jì)和雷擊防護(hù)等的余度不足或出現(xiàn)退化，在外部偶然性的異常高電壓、高溫和雷擊放電等作用下導(dǎo)致故障。偶然失效還包括產(chǎn)品的誤用濫用、不明原因?qū)е碌氖?。損耗期失效主要是由于元器件材料老化、界面疲勞以及維護(hù)不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致，如溫度、水汽、溫度變化、輻射等應(yīng)力的長時(shí)間累積作用所致。結(jié)合表廠對(duì)返修電能表的故障分析結(jié)果，大多數(shù)現(xiàn)場失效屬于早期失效和偶然失效。1.3 可靠性評(píng)價(jià)工作可靠性評(píng)價(jià)是定性或定量地對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、物料、生產(chǎn)和使用過程進(jìn)行可靠性評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其中可能影響產(chǎn)品功能、性能的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)。它涵蓋了量化的壽命評(píng)價(jià)內(nèi)容，即評(píng)估產(chǎn)品能否達(dá)到預(yù)期的使用壽命。一般來說，可靠

11、性評(píng)價(jià)的對(duì)象是按照正常工藝生產(chǎn)的批產(chǎn)品，根據(jù)當(dāng)前國家電網(wǎng)電能表的采購招標(biāo)供貨模式，應(yīng)當(dāng)在決定批量供貨之前對(duì)電能表進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)?？煽啃栽u(píng)價(jià)的目的包括：（a）定量地評(píng)估電能表產(chǎn)品批的可靠性壽命水平是否達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。定量評(píng)估電能表的壽命可以通過它的壽命件進(jìn)行評(píng)估來獲得，如電池、LCD、電解電容等易損元器件；（b）評(píng)估產(chǎn)品批所采用的電路結(jié)構(gòu)、物料、生產(chǎn)工藝等是否存在容易引起現(xiàn)場故障的潛在缺陷，如貼片陶瓷電容存在裂紋、焊接過程存在虛焊等；（c）評(píng)估產(chǎn)品對(duì)于某種應(yīng)力條件的適應(yīng)性、耐久性，如高溫、潮熱、電磁干擾等環(huán)境條件下電能表的適應(yīng)性和耐久性；（d）評(píng)估產(chǎn)品批的實(shí)際安全工作極限，如臨界輸入電壓、最高工作

12、溫度、最大負(fù)載水平等?？煽啃栽u(píng)價(jià)與一般質(zhì)量檢驗(yàn)的差別在于，質(zhì)量檢驗(yàn)的重點(diǎn)在于測試產(chǎn)品的性能是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范，而可靠性評(píng)價(jià)更關(guān)注特定條件下產(chǎn)品的性能適應(yīng)性和變化趨勢。因此，可靠性評(píng)價(jià)是要通過適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)手段、方法把產(chǎn)品中潛在的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露出來，避免應(yīng)用后才逐漸表現(xiàn)出來。2電能表可靠性評(píng)價(jià)考慮要素2.1環(huán)境剖面和任務(wù)剖面電能表的環(huán)境剖面是指出廠開始直至現(xiàn)場使用壽命終了或退出使用的整個(gè)壽命期可能經(jīng)歷的事件和條件。結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電能表在運(yùn)輸、貯存、安裝、使用過程中的環(huán)境應(yīng)力，主要有：機(jī)械振動(dòng)、溫度、濕度，部分地區(qū)可能還要考慮灰塵、鹽霧等條件。環(huán)境剖面可參考GB/T4798-2008標(biāo)準(zhǔn)制訂。

13、任務(wù)剖面是指在預(yù)期工作任務(wù)中，主要可能經(jīng)歷的事件和條件，它是產(chǎn)品壽命期間環(huán)境剖面的一個(gè)片段。具體來說，電能表的任務(wù)剖面是指在一個(gè)自然日（月、年）的時(shí)段內(nèi)，電能表所經(jīng)歷的電壓、負(fù)載條件以及外部氣候環(huán)境條件。從整個(gè)壽命期來看，還應(yīng)當(dāng)考慮電壓、負(fù)載條件隨時(shí)間的變化情況。電能表產(chǎn)品生命周期過程如圖1所示。圖1電能表產(chǎn)品生命周期過程Fig.1Procedureduringtheproductlifeperiodofelectricenergymeters2.2現(xiàn)有廣品檢驗(yàn)過程Q/GDW364-2009等規(guī)范中的檢驗(yàn)項(xiàng)目主要是考查電能表產(chǎn)品在出廠或到貨時(shí)的質(zhì)量水平，所進(jìn)行的環(huán)境試驗(yàn)也主要是考察電能表的環(huán)境

14、適應(yīng)性，并沒有考查產(chǎn)品的環(huán)境耐久性問題。根據(jù)可靠性工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)的合格產(chǎn)品在初期階段的功能、性能狀態(tài)都較好，常規(guī)檢測一般都不易暴露產(chǎn)品潛在的缺陷和薄弱點(diǎn)。而這些缺陷和薄弱點(diǎn)正是可靠性評(píng)估工作需要關(guān)注的重點(diǎn)。另外，現(xiàn)有的驗(yàn)收檢驗(yàn)方法主要是通過電學(xué)測試的方式進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于工藝中存在的焊點(diǎn)虛焊、開裂、離子污染等影響產(chǎn)品可靠性的缺陷不一定能夠發(fā)現(xiàn)，必須通過顯微鏡觀察等手段才能檢測出來。2.3主要缺陷和敏感應(yīng)力分析根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)場故障率從高到低排序依次是通信、計(jì)量功能、顯示、控制、處理單元、電源電池等。故障原因主要有幾種類型：（a）電路設(shè)計(jì)缺陷，如電壓浪涌防護(hù)不足、降額設(shè)計(jì)不足、參數(shù)漂

15、移考慮不到位等；（b）工藝相關(guān)的缺陷，如組裝焊接缺陷等；（c）物料自身質(zhì)量缺陷；（d）超技術(shù)規(guī)范使用，如輸入電壓過高、環(huán)境溫度過高等。引起產(chǎn)品現(xiàn)場故障的原因可能是復(fù)雜的，需要對(duì)故障表進(jìn)行失效分析，并統(tǒng)計(jì)導(dǎo)致故障發(fā)生的主要缺陷和薄弱環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的外部應(yīng)力，另外，還需要對(duì)關(guān)鍵電路、工藝以及物料進(jìn)行可靠性關(guān)鍵因素分析，然后有針對(duì)性地評(píng)價(jià)產(chǎn)品中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。表1給出了影響電能表可靠性的部分缺陷及其相應(yīng)的檢測（暴露）方法。表1電能表部分缺陷及其檢測方法Tab.1Partialdefectsandtestmethodsofthemeters類別影響產(chǎn)品可靠性的缺陷電路電路功耗大導(dǎo)致耗電快功耗測試設(shè)計(jì)熱

16、降額設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致高溫失效高溫工作評(píng)價(jià)類溫漂設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致高溫參數(shù)超差高溫工作評(píng)價(jià)組裝焊接缺陷（虛焊、開裂等）光學(xué)顯微鏡觀察、機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)工藝類PCBA表面殘留離子導(dǎo)致漏電離子清潔度測試、潮熱試驗(yàn)評(píng)價(jià)軸向引線二極管彎腳損傷芯片潮熱試驗(yàn)評(píng)價(jià)、溫度循環(huán)評(píng)價(jià)多層陶瓷電容內(nèi)部裂紋潮熱試驗(yàn)評(píng)價(jià)、溫度循環(huán)評(píng)價(jià)物料變壓器內(nèi)部線圈絕緣漆破裂潮熱試驗(yàn)評(píng)價(jià)類光耦封裝污染導(dǎo)致鍵合腐蝕開路溫度循環(huán)評(píng)價(jià)貼片電阻端電極開裂、銀遷移等潮熱試驗(yàn)評(píng)價(jià)、溫度循環(huán)評(píng)價(jià)3可靠性評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)基于以上分析結(jié)果，提出一種智能電能表的可靠性定性評(píng)價(jià)方案，如圖2所示。B外觀檢查與電性能測試質(zhì)量評(píng)價(jià)D環(huán)境耐久性試驗(yàn)C1組裝工|C3表囿子藝外觀檢

17、查清潔度測試D1帶電潮熱試驗(yàn)D2高溫D3帶電存儲(chǔ)工作溫度循環(huán)C2焊點(diǎn)切片觀察C4絕緣阻抗測試C4C1、C2工評(píng)價(jià)結(jié)果圖2可靠性評(píng)價(jià)方案Fig.2Diagramforreliabilityassessmentscheme帶包裝機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)本試驗(yàn)是模擬電能表產(chǎn)品（帶包裝）在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移、安裝過程受到的機(jī)械應(yīng)力的影響，主要考慮隨機(jī)振動(dòng)、沖擊兩種類型。目的是評(píng)估電能表的結(jié)構(gòu)件、焊點(diǎn)在運(yùn)輸和安裝過程中抵抗機(jī)械應(yīng)力的能力，具體包括：（a）考查振動(dòng)過程對(duì)LCD、變壓器、負(fù)荷開關(guān)、電解電容、電池等大體積組件的影響；（b）考查內(nèi)部焊點(diǎn)、連接線、鎰銅片等的互連可靠性。進(jìn)行本試驗(yàn)的樣品包裝應(yīng)當(dāng)進(jìn)行額外防護(hù)，或者在試驗(yàn)

18、現(xiàn)場由包裝方重新包裝。一般電能表的帶包裝機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)可以參考國際包裝運(yùn)輸協(xié)會(huì)ISTA-3E-2004等規(guī)定的隨機(jī)振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)條件和方法進(jìn)行。外觀檢查與電性能測試機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)后，拆除包裝再對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行外觀檢查和電性能測試，以考查機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)后電能表外觀、電氣性能的狀態(tài)是否符合產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范要求，測得的合格結(jié)果參數(shù)也可以作為后續(xù)試驗(yàn)的參考基準(zhǔn)。需要說明的是，電能表可靠性評(píng)價(jià)項(xiàng)目試驗(yàn)前后都應(yīng)判斷產(chǎn)品是否出現(xiàn)功能失效或性能變化，且應(yīng)當(dāng)盡量覆蓋所有的功能和性能參數(shù)。表2給出了一般試驗(yàn)前后需要監(jiān)測的主要功能和性能參數(shù)。表2電能表電測項(xiàng)目Tab.2Electricaltestitemsofthemeters類

19、別監(jiān)測項(xiàng)目主要相關(guān)電路性能類基本誤差、起動(dòng)、潛動(dòng)、日計(jì)時(shí)誤差計(jì)量、計(jì)時(shí)電路485、紅外、載波通信通信、存儲(chǔ)電路功能類停電、上電查表LCD、電池、按鈕、存儲(chǔ)拉閘功能控制、負(fù)荷報(bào)警電路組裝工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)產(chǎn)品的組裝工藝質(zhì)量是影響產(chǎn)品的應(yīng)用可靠性的重要內(nèi)容，也是導(dǎo)致現(xiàn)場失效的重要原因。組裝工藝缺陷主要包括：（a）焊接缺陷，如焊錫珠、焊料過多、連焊、虛焊、焊點(diǎn)開裂、漏焊等；（b）裝配損傷，如LCD、陶瓷電容、貼片電阻的損傷；（c）導(dǎo)線壓傷；（d）電池、電解電容等大體積元件未加固；（e）PCB表面存在離子殘留、臟污，可能導(dǎo)致電遷移、漏電。因此，需要對(duì)電能表內(nèi)部電路板進(jìn)行組裝工藝外觀檢查、關(guān)鍵焊點(diǎn)切片觀察、離

20、子清潔度測試以及小間距布線之間的絕緣阻抗測試，從而有效而快速地發(fā)現(xiàn)此類工藝缺陷。電能表的組裝工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)可參考IPC-A-610E（組裝工藝焊點(diǎn)外觀）、IPC-TM-6502.1.1（切片觀察）、IPC-TM-6502.3.25c（離子清潔度測試）、IPC-TM-6502.6.3（絕緣阻抗測試）等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。環(huán)境耐久性試驗(yàn)電能表安裝后需要長期運(yùn)行，必須考慮長期持續(xù)的氣候環(huán)境對(duì)可靠性帶來的影響。結(jié)合電能表的使用環(huán)境，主要考慮以下幾種環(huán)境耐久性試驗(yàn)：（1）帶電濕熱試驗(yàn)本試驗(yàn)?zāi)康脑谟诒┞懂a(chǎn)品由潮氣導(dǎo)致的相關(guān)失效，如：（a）PCB的過孔間可能出現(xiàn)導(dǎo)電陽極絲現(xiàn)象；（b）接線端子、鎰銅片出現(xiàn)腐蝕，可能導(dǎo)致漏

21、電、接觸不良、斷裂等；（c）存在污染的焊點(diǎn)可能出現(xiàn)電遷移；（d）陶瓷電容器、計(jì)量芯片、光耦、二三極管、變壓器、電解電容等隨著水汽的侵入可能導(dǎo)致漏電；（e）水汽在溫度變化條件下，或者經(jīng)歷局部工作發(fā)熱后，可能出現(xiàn)凝露、水膜等現(xiàn)象。本試驗(yàn)結(jié)束后，除了電性能測試外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部進(jìn)行絕緣阻抗測試，以檢測是否存在劣化現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)6個(gè)不同型號(hào)電能表的摸底試驗(yàn)結(jié)果，推薦先根據(jù)GB/T2423.34-2008試3敘Z/AD進(jìn)行條件為（65立）C,（95匕）RH的帶電交變濕熱試驗(yàn)（條件1）,試驗(yàn)共10個(gè)循環(huán)（240小時(shí)），再進(jìn)行（240500）小時(shí)溫度、濕度條件為（852）C,（853）%RH的帶電穩(wěn)態(tài)濕熱試

22、驗(yàn)。（2）高溫存儲(chǔ)、工作本試驗(yàn)的目的是暴露產(chǎn)品在存儲(chǔ)或工作條件下由于持續(xù)高溫導(dǎo)致材料膨脹、性能劣化、熱疲勞等缺陷和薄弱點(diǎn)，例如：（a）7805、二三極管芯片的熱設(shè)計(jì)余量不足導(dǎo)致失效；（b）晶振經(jīng)歷高溫后可能出現(xiàn)無法起振、頻率漂移的問題；（c）貼片電阻、陶瓷電容等元器件在高溫條件下性能漂移、退化。根據(jù)電能表摸底試驗(yàn)結(jié)果，推薦進(jìn)行（240500）小時(shí)（85105,蟲）C的高溫存儲(chǔ)、工作試驗(yàn)。（3）帶電溫度循環(huán)本試驗(yàn)?zāi)康脑谟诒┞懂a(chǎn)品由于材料的熱膨脹系數(shù)不一致導(dǎo)致的缺陷和薄弱點(diǎn)：例如：（a）焊接不良引起的連接問題，如虛焊、冷焊、焊錫不足等；（b）多層陶瓷電容內(nèi)部微裂紋在溫變條件下擴(kuò)大；（c）用粘膠固定

23、的時(shí)鐘晶振經(jīng)歷溫變條件下松動(dòng)；（d）光耦、紅外接收頭等經(jīng)歷溫變條件后可能出現(xiàn)信號(hào)傳輸異常；（e）PCB、玻璃二極管等在溫變條件下出現(xiàn)開裂、開路；（f）LED、計(jì)量芯片、MCU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、ESAM、RS485通信芯片等器件內(nèi)部不同材料界面分層引起的電連接問題；（g）變壓器連接端子在溫變條件下可能出現(xiàn)拉脫斷裂的問題。試驗(yàn)結(jié)束后，除了電性能測試外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)品的焊點(diǎn)進(jìn)行外觀和切片觀察，以檢測是否存在劣化現(xiàn)象。根據(jù)電能表摸底試驗(yàn)結(jié)果，推薦進(jìn)行（240500）次高溫為+125C,低溫為-55C,駐留時(shí)間為30分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于3分鐘的快速溫度循環(huán)試驗(yàn)。（4）鹽霧試驗(yàn)本試驗(yàn)的目的是評(píng)價(jià)電能表長期暴露在含鹽

24、大氣環(huán)境中的防護(hù)能力，同時(shí)模擬可能經(jīng)歷的大氣污染物對(duì)電能表可靠性的影響，考查產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)密封性和電路的抗腐蝕性能。本試驗(yàn)作為可選試驗(yàn)，例如在濱海、島嶼等海洋環(huán)境氣候影響嚴(yán)重的地區(qū)使用的電能表應(yīng)當(dāng)進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。本試驗(yàn)可參考GB/T-2000試3僉Kb進(jìn)行。強(qiáng)度、時(shí)間的考慮電能表的環(huán)境耐久性評(píng)價(jià)的應(yīng)力強(qiáng)度（溫度、濕度）、試驗(yàn)時(shí)間可以參考通用的壽命應(yīng)力模型進(jìn)行計(jì)算。常用的模型有Arrhenius溫度加速模型、Eyring模型、以及Peck溫度濕度模型等。應(yīng)用這些模型需要設(shè)定各自產(chǎn)品的激活能系數(shù)，否則可能導(dǎo)致計(jì)算出結(jié)果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。一種可行的方法是首先獲得產(chǎn)品的現(xiàn)場壽命分布數(shù)據(jù)，然后對(duì)同型號(hào)批產(chǎn)品進(jìn)行

25、加速試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)來計(jì)算激活能，并不斷進(jìn)行迭代修正才能獲得產(chǎn)品準(zhǔn)確的激活能系數(shù)。這種繁瑣過程對(duì)于廠家型號(hào)都較多的電能表驗(yàn)收評(píng)價(jià)是不適用的。因此，當(dāng)前條件下可以設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)不同廠家型號(hào)的電能表的可靠性水平進(jìn)行定性考查。LCD及電池考慮智能電能表所用鋰電池（ER14250型）的典型工作溫度范圍是-55C+85C,在高溫條件下容易出現(xiàn)電解液揮發(fā)、漏液并存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，因此在高溫存儲(chǔ)、工作試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)先將電池拆卸?，F(xiàn)場使用過程中電池壽命下降的另一種原因是電池以外的電路功耗過大，需要考查不同環(huán)境下電池以外的電路耗電情況。LCD的典型工作溫度范圍是-20+70。當(dāng)試驗(yàn)超過其工作溫

26、度一定范圍后，會(huì)出現(xiàn)支架形變、黑屏等故障，這些故障一般是由于材料本身局限導(dǎo)致的，應(yīng)當(dāng)予以排除。因此，電池和LCD的可靠性，需要單獨(dú)進(jìn)行考核。4可靠性評(píng)價(jià)實(shí)施案例案例說明某電能表廠家按照相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)要求和正常工藝生產(chǎn)一小批量產(chǎn)品作為試驗(yàn)樣本母體，從中隨機(jī)抽取一定數(shù)量作為可靠性評(píng)價(jià)的試驗(yàn)樣品，并由廠家進(jìn)行包裝后送檢進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn)。按照上述評(píng)價(jià)方案，送檢的全部樣品（帶包裝）依次進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)以及外觀、電測，然后從中隨機(jī)選?。?6）只樣品分別進(jìn)行組裝工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)，再隨機(jī)從前述步驟檢3合格的樣品中選取22只樣品分別進(jìn)行濕熱、高溫存儲(chǔ)工作和溫度循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果與分析通過可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該批次電

27、能表存在以下問題：（1）組裝工藝外觀檢查發(fā)現(xiàn)電路殘留焊錫較多，貼片電阻兩端出現(xiàn)連錫現(xiàn)象；（2）帶電潮熱試驗(yàn)約300小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)2只樣品的計(jì)量功能出現(xiàn)故障，分析是由于內(nèi)部電路焊點(diǎn)間出現(xiàn)焊料遷移導(dǎo)致。根據(jù)分析結(jié)果，判斷該批次電能表的生產(chǎn)工藝較差，主要表現(xiàn)為焊接和清洗工序控制不到位。如果該批次電能表大批量安裝使用，出現(xiàn)類似故障的風(fēng)險(xiǎn)將增加。5結(jié)束語文中研究探討了電能表可靠性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵要素，提出了一種電能表的可靠性評(píng)價(jià)建議方案，同時(shí)給出了一些推薦的試驗(yàn)方法和條件，并用實(shí)際評(píng)價(jià)案例進(jìn)行了簡單闡述。下一步相關(guān)工作包括：（1）研究可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場壽命分布之間的量化關(guān)系，從而可以給出明確的量化評(píng)價(jià)判據(jù)

28、；（2）研究LCD、電池等關(guān)鍵物料的可靠性評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)依據(jù)及其與整表可靠性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。產(chǎn)品可靠性工程涉及到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，前期需要較多的人力、物力投入，但隨著可靠性工作不斷推進(jìn)，它必定也能帶來豐厚的產(chǎn)出，為提升產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性提供技術(shù)保障。參考文獻(xiàn)Q/GDW364-2009,單相智能電能表技術(shù)規(guī)范S.Q/GDW364-2009,TechnicalspecificationforsinglephasesmartelectricitymetersS.2馮守超.單相智能電能表電氣性能評(píng)價(jià)方法研究D.華北電力大學(xué)，2013.FengShouchao.TheresearchonElectr

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