提高配电终端可靠性的技术研究与探讨(威胜电气).pptx

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提高配电终端可靠性的技术研究与探讨提高配电终端可靠性的技术研究与探讨宣讲人：

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阳武阳武阳武阳武威胜电气有限公司2014年8月内容内容1.威胜集团简介2.配电终端可靠性概述3.配电终端可靠性的提升与技术改进4.应用案例与总结2000年，威胜集团成立2005年，威胜集团在香港主板成功上市2006年，通过ISO14001环境管理体系认证自上市以来，实现了业务持续较快的增长2013年，实现销售收入近25亿元，综合上缴税金2.9亿元目前集团员工共约3800余人，连续10年纳税过亿元3集团简介集团简介主要历程主要历程2013年11月4日，习近平总书记考察威胜集团，并鼓励企业继续加强研发创新2009年10月16日，全国人大常委会委员长、时任国务院副总理张德江视察威胜科技园2009年6月13日，时任国务院总理温家宝视察威胜科技园2009年7月9日，时任全国政协主席贾庆林视察威胜科技园集团简介集团简介集团简介集团简介领导关怀领导关怀领导关怀领导关怀45威胜产业集群威胜产业集群威胜产业集群威胜产业集群6持续创新持续创新持续创新持续创新系统的技术创新机制系统的技术创新机制系统的技术创新机制系统的技术创新机制研发技术人员600人，硕士及以上人员210人，博士10人，有12名国家和行业标准化委员，并有2名院士担任集团研发顾问每年将营业收入的7%以上投入到研发和技术创新领域与清华大学、华中科技大学、国防科技大学、浙江大学、中南大学、湖南大学等多家高校广泛开展“产、学、研”合作拥有国家级企业技术中心、智能化综合能效管理技术国家地方联合工程研究中心、湖南省电测仪表工程技术研究中心、院士专家工作站、博士后科研工作站截至2014年3月，威胜集团拥有495项有效专利，其中发明专利25项、实用新型339项、外观设计127项，拥有307项软件著作权，获得1项国家级科技进步二等奖，省、市级科技奖多项研发大楼，总面积8000平米电气性能实验室通信实验室系统及终端通信研发中心2名院士担任研发顾问电能计量研发中心内容内容1.威胜集团简介2.配电终端可靠性概述与模型3.配电终端可靠性的提升与技术改进4.应用案例与总结配电终端是配电自动化的基石配电终端是配电自动化的基石配电终端是配电自动化的基石配电终端是配电自动化的基石l配网自动化是电力系统安全、可靠运行的关键；l配电终端是自动化系统的关键设备；l工作在雷击、静电、高温、高湿环境，可靠性不高的终端容易拒动、误动，严重影响配网自动化系统的正常运行，威胁着整个电网的安全。

配电终端可靠性水平不高配电终端可靠性水平不高配电终端可靠性水平不高配电终端可靠性水平不高u近年配电自动化试点和应用过程中体现出了基础技术方面的技术进步，同时也出现了不少问题，行业专家多次提到配电终端水平参差不齐，运行可靠性行业专家多次提到配电终端水平参差不齐，运行可靠性低的问题。

低的问题。

u下表是配电终端国网专项检测统计表国网专项检测统计表，参与检测的配电终端约有250台，全部符合要求的有8台，不合格项目主要分布在电气性能、高低温、电源、冲击耐压、防抖、浪涌等实验。

配电终端可靠性有待进一步提高。

不合格率不合格率电气性能低温试验高温试验电源试验冲击耐压防抖试验浪涌试验新版DL/T721-2013在性能与可靠性方面进行了较大调整：

新版行业标准增加可靠性要求新版行业标准增加可靠性要求新版行业标准增加可靠性要求新版行业标准增加可靠性要求后备电源增加了超级电容的描述，后备电源为超级电容时，应保持停电后能分合闸三次，维持终端及通信模块至少运行15分钟终端结构进一步明确和提高了防护等级要求，安装在户外的装置防护等级由IP54提高到IP55蓄电池储存在干燥、通风、阴凉的环境条件下停放或储存，严禁受潮、雨淋；长期储存时，应每36个月充电一次。

热拔插功能终端应采用模块化、可扩展、低功耗的产品，具有高可靠性和适应性，应支持热插拔功能。

研究产品可靠性最基本的指标是失效率，它表示系统已经无故障的工作到时间t后，在单位时间t内失效的概率。

失效率曲线（浴盘曲线）：

产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点。

多数设备及器件失效率曲线形同浴盘的剖面,它明显地分为三段：

失效率曲线可靠性的浴盘曲线可靠性的浴盘曲线可靠性的浴盘曲线可靠性的浴盘曲线第一阶段是早期失效期；表明器件在开始使用时，失效率很高。

第二阶段是偶然失效期，这一阶段的特点是失效率较低，近似看作常数，产品可靠性指标就是这个时期。

第三阶段，耗损失效期，该阶段的失效率随时间的延长而急速增加,主要原因是器件的损失己非常的严重，可适当的维修或直接更换了。

根据美国军用标准电子设备可靠性预计手册MIL-HDBK-217E来计算装置中元器件和各硬件模块的失效率。

根据该模型，电子器件的失效率和模块的失效率可表示为：

式中:

为器件质量系数；为应用环境系数；为电路复杂系数；为器件成熟系数；为温度加速系数；N为模块M中的器件数；为电压应用力减额系数；为封装复杂系数；可靠性的预计方法可靠性的预计方法可靠性的预计方法可靠性的预计方法描述产品可靠性另外一个重要指标是MTBF，即平均无故障工作时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间：

配电自动化终端功能模块结构图配电终端可靠性的预计方法配电终端可靠性的预计方法配电终端可靠性的预计方法配电终端可靠性的预计方法常见配电终端由7个功能模块组成，是串联系统，终端总失效率是各模块失效率之和：

Z=PSU+AI+DI+DO+BU+CPU+CUN个系统并联工作时，总失效率之和为：

以某配电终端为例进行可靠性评估，根据经验，如下系数变化较小：

应用环境系数=2.5；器件质量系数=1；器件成熟系数=1；根据MIL-HDBK-217E模型可得各硬件模块失效率如下表所示。

表1，电源模块失效率计算模块IC数量C1TVC2106/h-1PSULM28471.000.0405.402.000.0500.56MC78L051.000.0206.102.000.0070.26SS1104.000.0051.002.000.0030.073300uf5.000.0072.101.800.0070.220.1uF56.000.0050.101.000.0020.31100021.000.0050.101.000.0020.12其它0.60PSU2.132.13配电终端可靠性的预计案例配电终端可靠性的预计案例配电终端可靠性的预计案例配电终端可靠性的预计案例模块106/h-1电源模块失效率2.13采样模块失效率1.98开入模块失效率1.56开出模块失效率1.66背板模块失效率2.25主控模块失效率2.63通信模块失效率1.03终端总的失效率终端总的失效率13.24配电终端可靠性的预计小结配电终端可靠性的预计小结配电终端可靠性的预计小结配电终端可靠性的预计小结通过对各模块失效率分析，该终端总失效率为13.24106/h-1，MTBF为75528小时，两台级联时总失效率为19.86，MTBF为50352小时。

影响可靠性的因素主要分布在模块数量、封装复杂系数、电压应力影响系数，电路复杂系数等方面。

配电终端可靠性的提升，也应重点从这几方面改进。

内容内容1.威胜集团简介2.配电终端可靠性概述与模型3.配电终端可靠性的提升与技术改进4.应用案例与总结通过对上述配电终端可靠性分析，可从模块数量、封装复杂系数、电压应力影响系数，电路复杂系数等方面进行优化，优化方案如下：

1，一体化测控模块方案；2，一体化通讯模块设计；3，热插拔控制优化4，生产制造工艺的优化；配电终端可靠性的优化方案配电终端可靠性的优化方案配电终端可靠性的优化方案配电终端可靠性的优化方案快速自愈快速自愈快速自愈快速自愈测控一体化测控一体化测控一体化测控一体化电源板备用板备用板遥信板遥信板遥控板遥控板遥测板遥测板CPUAD板遥测遥信遥控板电源板遥测遥信遥控板主控板1，测控模块以专用DSP为测控管理核心，可接入4个回路的三遥信息；2，测控模块通过RS485、CAN总线与主控进行信息交互，互为备用，总线接口简单可靠；3，发明专利，用于配电自动化终端的测控系统及其测控模组，申请号：

201410049330.X；实用新型专利：

用于用于配电自动化终端的测控模块及其测控模组，专利号：

201420064151.9微功率无线维护模块支持免开箱、免爬杆定值修改、参数配置集成EPON等通信模块于DTU插板内部标准的SC光纤接口，易于安装、调试减少通信单元的接线，提高可靠性一体化通信模块与热插拔设计一体化通信模块与热插拔设计一体化通信模块与热插拔设计一体化通信模块与热插拔设计背板采用RS485、CAN总线，简单可靠；电源延时上电与通信总线热插拔设计，提高产品可扩展性与易维护性；罩式馈线终端罩式馈线终端罩式馈线终端罩式馈线终端FTUFTUFTUFTU的通信集成的通信集成的通信集成的通信集成特点：

高集成特点：

高集成解决方案：

通信模块内置在罩体内部。

解决方案：

通信模块内置在罩体内部。

好处：

取消通信连接电缆，可靠性更高。

好处：

取消通信连接电缆，可靠性更高。

威胜配电终端功能模块结构图威胜配电终端仅有4个功能模块：

，PSU，电源模块，包括后备电源，影响整机正常工作；，CK，测控一体模块：

包含遥信开入、遥控开出、模拟量输入，集成度高，可靠性高。

，BU，背板总线：

背板采用两条串行总线，互为备用，热插拔及总线匹配较易实现，可提高产品可靠性。

，CPU，主控模块：

主板采用邮票孔工艺，并在板上集成通讯模块。

威胜配电终端模块结构威胜配电终端模块结构威胜配电终端模块结构威胜配电终端模块结构复杂的主板连接方式测控一体化模块DSP主板邮票孔SMT贴片复杂主控单元电路由连接器方式改为邮票孔SMT贴片方式故障指示器无线主板邮票孔SMT贴片可靠的邮票孔连接方式可靠的邮票孔连接方式可靠的邮票孔连接方式可靠的邮票孔连接方式潮湿环境易腐蚀全自动三防处理，耐恶劣环境全自动三防处理，提升产品抗腐蚀能力三防处理三防处理三防处理三防处理贴片缺陷引发质量问题贴片缺陷自动检测无尘及防静电车间降低电过应力和静电放电导致的影响贴片自动检测与无尘及防静电车间贴片自动检测与无尘及防静电车间贴片自动检测与无尘及防静电车间贴片自动检测与无尘及防静电车间综合检测：

综合检测：

模拟量采样精度SOE分辩率遥控可靠性通信接口保护功能绝缘性能规约及用户定义功能断路器模拟配电终端自动化配电终端自动化配电终端自动化配电终端自动化综合检测台体综合检测台体综合检测台体综合检测台体26故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体针对故障指示器的自动化综合检测，投入生产制造，产能可倍增，质量更易于管控。

高效率：

一次检高效率：

一次检120160只只高精度：

高精度：

1%，满足各省要求，满足各省要求全方案：

支持有源、无源法等全方案：

支持有源、无源法等各种故障检测判据各种故障检测判据额定最大功率额定最大功率15kVA输入电压输入电压220/380V输入频率输入频率50Hz输出电压输出电压0.510kV可调可调输出电流输出电流01000A可调可调输出频率输出频率50Hz（3、5、7次谐波可调）次谐波可调）线径尺寸线径尺寸1040mm2基本电气参数基本电气参数综合检测：

综合检测：

功能检测和性能检测故障指示器和通信终端检测电流和电压同步检测检测算法自定义试验波形可波形可编辑故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体故障指示器自动化综合检测台体某电科院某电科院原检测设备原检测设备功能有限功能有限效率低下效率低下采用综合检测台体，采用综合检测台体，16小时完成小时完成8个厂家共计个厂家共计20套设备套设备（120台终端台终端+480台指示器）的检测。

台指示器）