三相智能电能表可靠性预计

文章编号：1674-9146(2016)12060-03

随着社会经济的发展，人们对于电力的需求越来越大，智能电能表作为电能计量的基本器具，其稳定性与可靠性对于智能电网建设与用户用电安全都有重要的意义。目前，研究智能电能表可靠性主要从以下5个方面入手，包括：智能电能表可靠性预计、智能电能表可靠性分析、智能电能表可靠性试验、智能电能表可靠性设计、智能电能表软件可靠性[1-5]。其中，智能电能表可靠性预计是根据已知信息推导未来运行状况的一种方法，可根据智能电能表的元器件、部件等可靠性经验数据和可靠性模型，预计其可靠性。

三相智能电能表具有电能计量、远程自动控制、信息存储及处理、信息交互、实时监测等功能，能精确计量电网中的用电数据，正确追溯电网供用电过程中所发生的各类事件，并具备负荷控制功能，采用继电器对用电负荷进行控制，具有脉冲输出及双路独立RS-485通信接口，且使用、维护简单方便，

是电力部门在智能电网建设中的理想计量器具。

笔者基于元器件应力法，结合三相智能电能表的预定工作条件，对中电装备山东电子有限公司研发生产的DTZY9599型三相智能电能表进行可靠性预计，对其可靠性指标进行了分析和预计，并结合实际研发生产经验，给出了提高智能电能表可靠性的应用对策。

1元器件应力法预测模型

元器件应力法是可靠性预计的重要方法，它以数理统计为基础，通过大量样品的统计分析，鉴别元器件失效模型和失效因子，将影响设备可靠性的多个因素独立化、定量化，能够反映失效率的统计平均水平，具有很强的工程实用性[6-7]。

三相智能电能表可靠性预测中，认为所有元器件的失效率都是恒定不变的，即λ(t )=λ,λ为常数。此时，元器件可靠度函数为

R (t )=e

t 0

∫λ(t )dt

.(1)

可简化为

R (t )=e λt .(2)

DTZY9599型三相智能电能表的工作主要由两大功能系统完成：电能测量单元、CPU 数据管理单元。电能测量单元对计量信号采样值进行处理，进行电能计量;CPU 数据管理单元为系统的核心，综合各个单元返送的数据，生成用户需要的电能数据、需量数据、瞬时测量数据，完成分时计费管理、用电事件管理、用户数据显示管理、历史数据管理、用户数据通信管理、电表数据安全管理、控制管理等功能(见第61页图1)。

DTZY9599型三相智能电能表根据功能模块划分，主要分成双路485通信模块、存储模块、安全认证模块、掉电检测模块、继电器报警输出模块、

三相智能电能表可靠性预计

王先强，谢晨晖，吴国强，傅

国，李

琳

收稿日期：2016-10-11；修回日期：2016-11-14

作者简介：王先强(1983-)，男，山东高密人，硕士，工程师，主要从事智能电能表研发测试研究,E -m ail :w x q m 。

液压压力机液压压力机

(中电装备山东电子有限公司，山东

济南

250109)

采样信号调理模块、计量模块、时钟模块、看门狗模块、脉冲输出模块、电源管理模块、红外唤醒模

块、红外通信模块、按键显示模块、主CPU 模块、

主电源模块等，从而建立可靠性串联模型，进行最坏情况的寿命预估(见图2)。

根据DTZY9599型三相智能电能表的功能模块

串联模型，任何模块中的一个元件的失效都会导致采集器的失效。可靠度函数为

R (t )=T

i =1∏R i =e

-(λ1+λ2+…+λT )t

.(3)

此时,DTZY9599三相费控智能电能表的失效率为

λs =λ1+λ2+…+λT .(4)

DTZY9599型三相智能电能表可靠性应力模型的表达式为

λs =n

i =1∑N i (λGi πQ i πEi πWi ).

euht终端(5)

式中:λs 为系统的总失效率;n 为DTZY9599三相智能电能表所用元器件的种类数;N i 为第i 种元器件的数量;λGi 为第i 种元器件参考条件下的通用失效率;πQ i 为第i 种元器件的通用质量系数;πEi 为第i 种元器件的工作环境系数;πWi 为第i 种元器件的工作应力系数。陶粒砂过滤

2模块失效率分析与预计结果

DTZY9599型三相智能电能表平均寿命是指采集器发生故障之前的平均工作时间，称为平均无故障工作时间(Mean-Time To Failure ,MTTF )，其数学表达式为

MTTF=1λs =1λ1+λ2+…+λT

.(6)

防裂霜

即DTZY9599型三相智能电能表平均寿命是其所有元器件工作失效率之和的倒数。由此可知，预测采集器平均寿命的核心是确定其构成元器件的工作失效率。

以双路485通信模块为例，对各个模块的失效率进行分析。双路485通信模块主要由485芯片、热敏电阻、贴片双二极管、单光耦、贴片三极管、贴片电阻、耦合线圈、瞬变抑制器、贴片二极管组成。第62页表1为双路485通信模块失效率预测表。第62页表2为DTZY9599型三相智能电能表整表的各模块失效率预测结果。

DTZY9599型三相智能电能表的失效率为λs =∑λP i =9.88.(7)

DTZY9599型三相智能电能表的平均寿命为

MTTF=1/λs =101214.6h=11.5a .(8)由式(7)和式(8)可知,DTZY9599型三相智能电能表的失效率为9.88，平均寿命为11.5a 。3提高智能电能表可靠性的对策

通过DTZY9599型三相智能电能表可靠性预计的结果可知，提高智能电能表可靠性的重要基础是

图1三相智能电能表原理框图

图2可靠性串联模型

聚氨酯膜

Reliability Prediction of Three-phase Smart Electricity Meter

Wang Xian-qiang ,Xie Chen-hui ,Wu Guo-qiang ,Fu Guo ,Li Lin

(CET Shandong Electronic Co.,Ltd,Jinnan 250109China )

Abstract :Reliability prediction is an important approach to realize reliability targets of smart electricity meter.Based on the component stress method and scheduled working conditions,the paper analyses the failure rate of each module and predicts the reliability of DTZY9599smart electricity meter,then it summarizes the countermeasures of enhancing the reliability of

smart electricity meter.

Key words :smart electricity meter;reliability prediction;component stress method

高品质的元器件材料，因此在元器件采购过程中应对元器件的供应商进行评价，对供应商的研发和品

质保障能力进行考察，优先选用由可靠机构发布质量认证证书的元器件材料。另外智能电能表可靠性与其设计、工艺等因素也都有密不可分的关系。

1)加强智能电能表可靠性设计。在设计方案过程中，必须根据智能电能表工作原理和实际使用条件，对智能电能表各零件的失效机制和连带影响进行分析，制定合理的误差指标和可靠性指标。同时应简化设计，尽量采用集成芯片，并且增加保护、冗余、容错电路。

2)采用先进的生产工艺进行智能电能表的生产。提高可靠性的电能表需要具有符合设计思路，与元器件、材料特性相吻合的工艺支撑。在实际生产过程中，应该系统性验证工艺流程合理性、工艺参数正确性，加强对元器件、材料的保护措施。

综上所述，提高智能电能表可靠性需要从原材料、设计、工艺等多个方面进行综合考虑。4结束语

笔者结合智能电能表的预定工作条件，采用元器件应力法，通过建立智能电能表的可靠性模型和数学模型，对DTZY9599型三相智能电能表进行可靠性预计，预计结果表明，该表失效率为9.88，平均寿命为11.5a ，达到高可靠性、长寿命的要求。

参考文献：[1]张增照，潘勇.电子产品可靠性预计[M ].北京：科学技术出版社,2007.

[2]王蕴辉，于宗光，孙再吉.电子元器件可靠性设计[M ].北京：科学技术出版社,2007.

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[4]G o b le W illiam M .控制系统的安全评估与可靠性[M ].北

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[5]龚庆祥.型号可靠性工程手册[M ].北京：国防工业出版社,2007.

[6]袁金灿，马进，王思彤，等.智能电能表可靠性预计技术[J].电力自动化设备,2013(7):161-166.

[7]

巨汉基，郭丽娟，刘延泉，等.基于元器件应力法的智能电能表可靠性研究与应用[J].电测与仪表,2013(S1):7-11.

(责任编辑

邸开宇)

表1双路485通信模块失效率预测表

表2各模块失效率预测结果

本文发布于:2024-09-22 04:06:08，感谢您对本站的认可！

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