什么是可靠性試驗？

可靠性試驗是指通過試驗測定和驗證產品的可靠性。研究在有限的樣本、時間和使用費用下，找出產品薄弱環(huán)節(jié)。可靠性試驗是為了解、評價、分析和提高產品的可靠性而進行的各種試驗的總稱。

大部分人有一個認識：提高產品的可靠性，會增加成本。

為什么開展可靠性試驗

1、現(xiàn)階段，我國裝備與國際先進設備相比，面臨一個重要問題：長期質量的差距。

2、產品可靠性不足引發(fā)事故，造成生命財產損失。

3、電力產品的新特點，給可靠性提出新的挑戰(zhàn)。

4、“一帶一路” 對中國產品走向世界提出了更嚴酷的可靠性需求。

5、國家和大客戶對可靠性的需求和要求不斷增強。

國家層面：

中國制造2025明確提出：使重點產品的環(huán)境可靠性，使用壽命達到國際同類產品先進水平。國家十三五科技規(guī)劃中，設立了繼電保護可靠性技術和應用的研究課題。

大客戶層面：

國家電網(wǎng)：在就地化保護入網(wǎng)檢測中，首次引入可靠性試驗，驗證產品可靠性設計水平和壽命指標。在關于新型一、二次設備（例如：電子式互感器）的科研項目中，增加了可靠性驗證和壽命評估等相關研究課題。

南方電網(wǎng)：在自動化產品入網(wǎng)檢測中，要求廠家開展和提供關鍵元器件可靠性試驗，明確選型原則。在配電自動化終端方面深化研究，提出高可靠免維護的目標，并引入環(huán)境和可靠性理念和手段進行驗證。

有哪些可靠性試驗方法

可靠性試驗分類方法很多，可以從標準角度歸納并分析。

1、定時截尾試驗

定時截尾試驗是指事先規(guī)定一個試驗時間，當試驗達到所規(guī)定的時間就停止。樣本中出現(xiàn)故障的樣品數(shù)是隨機的，事先無法知道。

案例：假設在一批數(shù)量為N的產品中，任意抽取數(shù)量為n的樣本，規(guī)定試驗截止時間為T0。按上述方法進行可靠性試驗，設出現(xiàn)故障的序號為r，記錄第r個故障發(fā)生的時刻Tr。如果到規(guī)定的截尾時刻T0還沒有出現(xiàn)r個故障，即Tr≥T0，則判定可靠性試驗合格或接受；如果在規(guī)定的試驗截止時間T0以前，已出現(xiàn)r個故障，即Tr

2、序貫試驗

又稱序貫分析，對現(xiàn)有樣本一個接著一個或一對接著一對地展開試驗，循序而連貫地進行，直至出現(xiàn)規(guī)定的結果便適可而止結束試驗。

特點：這種試驗既可避免盲目加大試驗樣本數(shù)而造成浪費，又不致于因試驗樣本個數(shù)太少而得不到結論-節(jié)約樣本（比一般試驗方法節(jié)約樣本30~50%）。常用的序貫試驗法有對分法、0.618法、分數(shù)法、拋物線法、爬山法和分批試驗法等。

3、可靠性增長試驗

通過對產品施加真實的或模擬的綜合環(huán)境應力，暴露產品的潛在缺陷并采取糾正措施，使產品的可靠性達到預定要求的一種試驗，它是一個有計劃的試驗-分析-改進（TAAF）的過程。

注意：可靠性增長活動不是針對設計低劣的產品的，而是針對經過認真設計仍然由于某些技術原因達不到要求的產品。

切記：可靠性增長的核心是消除影響設計缺陷。但是，把可靠性水平寄托在增長活動上的態(tài)度是錯誤的。

4、加速試驗

5、高加速試驗（HALT）

高加速壽命試驗（簡稱HALT試驗）是由美國軍方所延伸出的設計質量驗證與制造質量驗證的定性試驗方法，利用快速高、低溫變換的震蕩體系來揭示電子和機械裝配件設計缺陷和不足。

HALT試驗箱可提供-100℃～＋200℃的溫度區(qū)間，溫變速率可達到70℃～100℃/min。同時，提供六軸向隨機振動（振動強度0～75Grms，頻率范圍1Hz～1MHz。），在低頻范圍內傳遞較高的振動能量，激發(fā)大型產品潛在的缺陷。

HALT優(yōu)勢1：快速檢測缺陷，消除故障機會。

HALT優(yōu)勢2：評估失效率和MTBF，驗證標準。

基本概念

評估方法

評估案例

1、評估案例一：ALT評估（加速系數(shù)已知）

試驗需求：產品的貯存和使用時間不小于20年；產品的年平均失效率為0.2%。

試驗方法：利用溫度試驗箱為被測樣品施加恒定溫度應力環(huán)境

（1）加速應力試驗組數(shù)和樣品數(shù)：恒定應力加速壽命試驗的組數(shù)選為1組，20 個樣品；試驗樣品采用同一批次生產的；

（2）應力水平：恒定溫度應力選為90℃；加速系數(shù)取AF=25=32；

（3）將試品放入指定溫度箱并安裝固定好，上電檢查試品運行和各項性能指標是否正常，記錄相關參數(shù)跟檢測時間；

（4）試驗從常溫開始，緩慢增加（避免溫度沖擊）到指定溫度應力值（90℃）， 保持相應恒定溫度應力值，誤差不超過±5K；

（5）定時檢測試品運行情況和各項性能指標是否正常，記錄相關參數(shù)跟檢測時間；

（6）試品出現(xiàn)失效后，記錄相關參數(shù)跟檢測時間，繼續(xù)試驗，直到失效樣品數(shù)占投入樣品的比例不小于50%，停止試驗。

數(shù)據(jù)分析與結果判定：

（1）統(tǒng)計累積失效率F(t)；

（2）在威布爾概率紙上描點作圖；

（3）利用威布爾概率紙進行分析，可以得到：a. 確定產品的失效分布規(guī)律；b. 確定產品的壽命特征值（中位壽命、特征壽命、可靠壽命等）。

2、評估案例二：ALT評估（加速系數(shù)未知）

3、評估案例三：HALT評估

美國OPS AlacarteReliability Consultants的 “HALT-to-AFR計算器”，對被試對象在現(xiàn)場的實際失效率和MTBF進行評估，方便用戶甄別不同廠家產品的優(yōu)劣屬性和程度，篩選優(yōu)秀供應商。

配網(wǎng)傳感器HALT試驗

1、測試背景

近年來，在國家電網(wǎng)公司的關心支持和電力行業(yè)智能配電專委會的密切配合下，配電一二次專項工作組積極開展了有關工作，組織有關科研單位和生產企業(yè)研制開發(fā)了12kV智能配電柱上開關，并且在多個省/市和地區(qū)較大規(guī)模試點應用，在支撐精益化線損管理、就地故障處理和專業(yè)化運維等方面取得了較為明顯的成效。

2、測試目的

（1）摸底配電網(wǎng)10kV交流傳感器的可靠性設計水平；

（2）分析產品在不同環(huán)境和應力條件下的失效規(guī)律、失效模式和失效機理;

（3）為企業(yè)改進和完善產品提供依據(jù)，提升產品性能和可靠性。

3、樣品信息

4、試驗方案

溫度應力測試結果：

廠家E：低溫操作極限和高溫操作極限均滿足HALT試驗的期望值，反映出廠家在設計產品時，充分考慮了低溫和高溫適應性，預留的設計裕度較大，在快速溫變和低溫環(huán)境下表現(xiàn)出很好的可靠性。

廠家D：在低溫操作極限滿足HALT試驗的要求，在快速溫變和低溫環(huán)境下表現(xiàn)出較好的可靠性；高溫操作極限雖符合T/CES 018-2018 的要求，但低于HALT試驗的期望值，產品在高溫下的可靠性設計裕度有進一步提升的空間。

其余廠家：在-40℃和+80℃溫度下失效，反應出產品可靠性設計裕度不足。

原因可能包括兩個：（1）產品對低溫和高溫的適應性不夠，精度受溫度影響較大；（2）產品對 60℃以上的溫度變化率適應性差，精度受影響大，且產品出現(xiàn)功能紊亂，在溫度穩(wěn)定后無法恢復正常。

振動實驗結果：5個廠家的產品在振動步進應力上均表現(xiàn)良好，操作極限滿足HALT試驗的期望值。經過6軸隨機振動環(huán)境的規(guī)定時間測試，這些傳感器產品的精度未受到明顯影響。

可能的原因：傳感器本身電子元器件少，內部的焊接點也少，且處于固封狀態(tài)，所以對振動的適應性較強。

結果分析：

配網(wǎng)傳感器壽命評估試驗

需求：產品的貯存和使用時間不小于20年；產品的年平均失效率為0.2%。

標準依據(jù)：

（1）GB/T 2689.1-1981 恒定應力壽命試驗和加速壽命試驗方法總則；

（2）GB/T 2689.2-1981 壽命試驗和加速壽命試驗的圖估計法（用于威布爾分布）；

（3）T/ZDG 018-2018 配電網(wǎng)10kV及20kV交流傳感器技術條件。

數(shù)據(jù)分析與結果判定：

（1）統(tǒng)計累積失效率F(t)；

（2） 在威布爾概率紙上描點作圖；

（3）利用威布爾概率紙進行分析，可以得到：a. 確定產品的失效分布規(guī)律；b. 確定產品的壽命特征值（中位壽命、特征壽命、可靠壽命等）。

試驗方法：利用溫度試驗箱為被測樣品施加恒定溫度應力環(huán)境

（1）加速應力試驗組數(shù)和樣品數(shù)：恒定應力加速壽命試驗的組數(shù)選為 1組，20個樣品；試驗樣品采用同一批次生產的；

（2）應力水平：恒定溫度應力選為90℃；加速系數(shù)取AF=25=32；

（3）將試品放入指定溫度箱并安裝固定好，上電檢查試品運行和各項性能指標是否正常，記錄相關參數(shù)跟檢測時間；

（4）試驗從常溫開始，緩慢增加（避免溫度沖擊）到指定溫度應力值 （90℃），保持相應恒定溫度應力值，誤差不超過±5K;

（5）定時檢測試品運行情況和各項性能指標是否正常，記錄相關參數(shù) 跟檢測時間；

（6）試品出現(xiàn)失效后，記錄相關參數(shù)跟檢測時間，繼續(xù)試驗，直到失效樣品數(shù)占投入樣品的比例不小于50%，停止試驗。

配網(wǎng)傳感器測試意義：

（1）首次引入HALT試驗理念，快速驗證10kV配網(wǎng)傳感器的可靠性設計水平。

（2）首次借助加速試驗理論和壽命評估模型，驗證10kV配網(wǎng)傳感器的壽命指標。

（3）為建立配網(wǎng)傳感器可靠性試驗、評估和標準體系積累數(shù)據(jù)，篩選優(yōu)質產品及供應商。

（4）積極探索，從可靠性領域為配網(wǎng)一二次融合產品提供經驗支撐，助推國家在配網(wǎng)方面的戰(zhàn)略部署。

可靠性試驗的驅動力

（1）第一驅動力是企業(yè)；

（2）需要用戶的要求和引導；

（3）需要行業(yè)的刺激和支撐。

正確認識可靠性試驗

（1）與型式試驗相區(qū)分；

（2）對企業(yè)生存競爭的意義；

（3）對行業(yè)進步的支撐作用。

構建可靠性體系

（1）試驗是驗證和提高可靠性的重要環(huán)節(jié)，但試驗不等于可靠性；

（2）可靠性是設計和管理出來的，需要用戶、企業(yè)和檢測機構共同努力；

（3）可靠性是一個系統(tǒng)工程，需要從設計、研發(fā)、制造、運行等各個角度入手，構建可靠性管理體系。