基于多應(yīng)力加速試驗方法的智能電表壽命評估

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1、2015年12月第41卷第12期北京航空航天大學(xué)學(xué)報JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2015V01．4lNo．12http：?{bhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa。edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0788基于多應(yīng)力加速試驗方法的智能電表壽命評估查國清1，黃小凱2，康銳¨(1．北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京100191；2．中國空間技術(shù)研究院北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094)摘要：如何準(zhǔn)確地分析、評估多應(yīng)力．多參數(shù)下智

2、能電表的可靠性和壽命是當(dāng)前熱點．首先分析了在溫度、濕度、電應(yīng)力、振動和磁場等條件下智能電表的性能參數(shù)內(nèi)涵，通過失效機(jī)理分析提煉了關(guān)鍵參數(shù)及其敏感應(yīng)力，然后通過強(qiáng)化試驗探索了關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)力極限條件，設(shè)計了加速壽命試驗方案并實施，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行退化軌跡建模、多應(yīng)力加速模型研究，綜合評估了智能電表可靠性和壽命水平．本文成果能為改善智能電表可靠性和壽命提供方法．關(guān)鍵詞：智能電表；多應(yīng)力；多參數(shù)；強(qiáng)化試驗；加速壽命試驗中圖分類號：TB553文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001—5965(2015)12-2217-08智能電表是指應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等，形成以智能芯片(如CPU)為核心，具有電功率計量計

3、時、計費等功能的電度表，是智能電網(wǎng)的智能終端．隨著智能電表的市場化進(jìn)程不斷深人及多參數(shù)．多應(yīng)力特性，使得如何分析、評價其可靠性和壽命成為了當(dāng)前各智能電表生產(chǎn)廠家亟需解決的關(guān)鍵問題¨4-．自智能電表進(jìn)入電力市場以來，國內(nèi)外在其可靠性和壽命方面開展了相關(guān)研究．Dissanayaka等¨1通過在智能電表內(nèi)應(yīng)用ZigBee模塊及其相關(guān)軟件來監(jiān)控電網(wǎng)電能消耗及其響應(yīng)速度，實現(xiàn)了智能電網(wǎng)可靠性和壽命的改善，美國聯(lián)邦能源管理委員會研發(fā)了一種具有雙向通訊、自動波形記錄和監(jiān)控電壓電流的智能電表，大大地提升其可靠性和壽命水平，Wang等¨’采用歷史數(shù)據(jù)和故障模式影響分析(FMEA)方法研究了智能電表敏感應(yīng)力和

4、薄弱環(huán)節(jié)，且通過強(qiáng)化試驗初步探索了其失效模式和使用極限水平．上述研究一般將智能電表作為智能電網(wǎng)的一部分來進(jìn)行其可靠性和質(zhì)量分析，很少深入挖掘智能電表多參數(shù)-多應(yīng)力作用下的失效機(jī)理及其可靠性水平．因此，本文的研究為智能電表單機(jī)的多應(yīng)力-多參數(shù)特性，提供了可靠性和壽命分析、評估手段．本文首先深入分析了在溫度、濕度、電應(yīng)力、振動和磁場等環(huán)境和工作條件下智能電表各類性能參數(shù)，采用故障模式、機(jī)理及影響分析(FMMEA)，提煉了其可靠性和壽命關(guān)鍵性能參數(shù)及其敏感環(huán)境應(yīng)力，然后通過合理的強(qiáng)化試驗方案摸索了各關(guān)鍵性能參數(shù)響應(yīng)行為，得到了關(guān)鍵性能參數(shù)應(yīng)力極限條件范圍內(nèi)，并據(jù)此設(shè)計了加速壽命試驗方案，采用智能

5、電表綜合測試系統(tǒng)分析了各關(guān)鍵性能參數(shù)試驗數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行了退化軌跡建模研究、多應(yīng)力加速模型分析，綜合得到了各置信水平下智能電表可靠性和壽命水平．本文提出了一種強(qiáng)化試驗和加速壽命試驗相結(jié)合的多應(yīng)力．多參數(shù)智能電表可靠性和壽命評估方法，其研究思路和結(jié)論能為改善智能電表可靠性、提高其壽命水平提供理論支撐．收稿日期：2014．12．15；錄用日期：2015-05-08；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-08—2809：10網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150828．0910．001．html作者簡介：查國清(1979一)，男，安徽黃山人，博士研究生，

6、zgq@buaa．edu．ca+通訊作者：康銳(1966一)，男，遼寧本溪人，教授，kangrui@buaa．edu．ca，主要研究方向為可靠性系統(tǒng)工程．引用格式：查國清，黃小覬，康銳．基于多應(yīng)力加速試驗方法的智能電表壽命評估fJJ．北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2015，41(12)2217—2224．ZhaGQ，HuangxK，KangR．Smartmeterlifetimeevaluationbasedonmulti-stressaccelerationtestmethodfJJournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，201

7、5，41(12)：2217·2224(inChinese)．2218北京航空航天大學(xué)學(xué)報2015年1智能電表主機(jī)理及應(yīng)力分析供電電壓和電流的實時采樣，再采用專用的電能輸出系統(tǒng)等4部分組成，其功能是先通過對用戶1．1智能電表簡介表集成電路，對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理，并某智能電表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示．主要轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片由電能計量單元、數(shù)據(jù)處理單元、供電系統(tǒng)和輸人機(jī)進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為