高干熱現(xiàn)場環(huán)境下智能電能表可靠性驗證方法

李寧,張偉,王海磊

(國網(wǎng)新疆電力有限公司營銷服務(wù)中心,烏魯木齊 830000)

0 引 言

智能電能表是智能電網(wǎng)進(jìn)行末端感知的重要量測設(shè)備,其可靠壽命要求不低于16年,當(dāng)前掛網(wǎng)已超過6億臺,具有數(shù)量多、壽命長、應(yīng)用地域廣的特點(diǎn)。國家電網(wǎng)每年都采購大量智能電能表,如何驗證電能表可靠性是否滿足規(guī)定要求成為行業(yè)內(nèi)迫切需要解決的難點(diǎn)問題。一直以來,行業(yè)內(nèi)普遍采用在溫度85℃和相對濕度85% RH的條件下累計試驗1 000 h模式驗證電能表可靠性,若期間無故障發(fā)生則認(rèn)為表計滿足可靠性指標(biāo)要求。實際調(diào)研發(fā)現(xiàn),雙85驗證試驗存在弊端:1)試驗中暴露的故障往往在電能表掛網(wǎng)現(xiàn)場不能復(fù)現(xiàn),標(biāo)示試驗中電能表故障機(jī)理發(fā)生變化;2)不能進(jìn)一步定量評價表計壽命與可靠性,雖然認(rèn)同滿足可靠性指標(biāo)要求,但表計壽命是多少仍然不能回答[1]。智能電能表是典型的高可靠、長壽命型產(chǎn)品,其壽命與可靠性驗證不僅是工程需求提出的挑戰(zhàn),更是可靠性理論與方法研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

智能電能表可靠性驗證試驗是為了驗證表計可靠性指標(biāo)是否達(dá)到規(guī)定要求而進(jìn)行的試驗,需要解決的核心問題是確定試驗樣本容量、試驗持續(xù)時間、以及允許發(fā)生的故障數(shù),常用的標(biāo)準(zhǔn)有GJB 899和MIL-STD-785[2-3]。圍繞該問題產(chǎn)生了諸多研究成果,如文獻(xiàn)[4-5]采用隨機(jī)加權(quán)法估計Weibull分布形狀參數(shù)和待檢驗指標(biāo)驗前超參數(shù),構(gòu)建二參數(shù)Weibull分布下平均壽命指標(biāo)驗證的序貫驗后加權(quán)概率比檢驗方法。文獻(xiàn)[6-7]以光電儀器為對象,討論了Weibull分布下的貝葉斯可靠性序貫驗證試驗方法,制定了針對平均壽命指標(biāo)的序貫驗證試驗方案。文獻(xiàn)[8-11]針對失效率和可靠度指標(biāo)給出了標(biāo)準(zhǔn)抽樣檢驗方案和僅考慮生產(chǎn)方風(fēng)險的二參數(shù)抽樣檢驗方案,據(jù)此制定了電工設(shè)備的可靠性驗證試驗方案。文獻(xiàn)[12]討論了以平均壽命(mean time between failures, MTBF)為指標(biāo)的對數(shù)正態(tài)分布壽命型產(chǎn)品序貫驗證試驗方案的制定方法。文獻(xiàn)[13]基于雙參數(shù)Weibull分布,以估計量相對偏差作為精度指標(biāo),推導(dǎo)出確定最少試件數(shù)的公式,為解決可靠性試驗中最少試件數(shù)確定問題提供了參考方法。文獻(xiàn)[14]借助Beta分布函數(shù)將抽樣函數(shù)所表示的接收概率轉(zhuǎn)化為F分布的下側(cè)分位數(shù),構(gòu)建了驗證試驗中產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步推斷的估計方法。樣本量與數(shù)據(jù)量少、試驗時間不能過長是可靠性驗證試驗方案設(shè)計時面臨的難點(diǎn)[15-17]。

為了擴(kuò)充數(shù)據(jù)量,文獻(xiàn)[18]將貝葉斯方法引用到可靠性驗證試驗中,針對平均壽命指標(biāo)構(gòu)建了指數(shù)分布條件下代碼轉(zhuǎn)換器貝葉斯可靠性序貫驗證試驗設(shè)計方法。文獻(xiàn)[19]則利用證據(jù)理論融合研制試驗數(shù)據(jù)、可靠性評估結(jié)果和專家信息構(gòu)建基本可信度分配函數(shù),針對成功率給出了決策級數(shù)據(jù)融合的可靠性綜合驗證試驗方案。進(jìn)一步針對現(xiàn)有液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性驗證未考慮開/關(guān)機(jī)影響的問題,利用權(quán)重系數(shù)模型綜合基于二項分布和基于威布爾分布的可靠性驗證試驗方案,文獻(xiàn)[20]提出基于權(quán)重系數(shù)的液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性驗證方案。文獻(xiàn)[21]在子系統(tǒng)級開展可靠性驗證,進(jìn)而通過系統(tǒng)可靠性綜合的方式開展系統(tǒng)級可靠性驗證。文獻(xiàn)[22]進(jìn)一步綜合利用可靠性增長試驗數(shù)據(jù),通過利用樞軸量構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量,給出產(chǎn)品可靠性綜合驗證方法,在增長信息不夠充分時,還給出追加試驗方案制訂方法。文獻(xiàn)[23]在對壽命與可靠性綜合驗證試驗的可行性研究的基礎(chǔ)上,提出了對其可靠性與壽命指標(biāo)同時進(jìn)行綜合驗證的試驗方案。針對高可靠長壽命型產(chǎn)品在有限的時間內(nèi)難以觀測到故障的問題,文獻(xiàn)[24]基于加速退化模型和量測數(shù)據(jù)估計試驗對象在規(guī)定時間內(nèi)的退化量及方差,在使用方風(fēng)險和樣本量約束下,得到試驗方案,提出了二項分布場合下加速退化零失效可靠性驗證試驗設(shè)計方法。此外,文獻(xiàn)[25]分析了樣本量及Weibull分布形狀參數(shù)對可靠性驗證試驗統(tǒng)計方案抽樣風(fēng)險的影響,指出指數(shù)分布場合下,隨著樣本量增大,生產(chǎn)方風(fēng)險不斷上升而使用方風(fēng)險不斷降低。Weibull分布場合下,樣本量越大機(jī)電設(shè)備通過可靠性驗證試驗被接收的概率越大,且Weibull分布形狀參數(shù)越大,理論抽樣特性越接近于理想的陡峭“臺階”形狀。文獻(xiàn)[26]綜合考慮風(fēng)險損失與試驗成本,建立了基于試驗損失的可靠性試驗設(shè)計模型,給出了棄真和采偽兩類風(fēng)險的計算公式,完成了成敗型產(chǎn)品的可靠性驗證試驗方案優(yōu)化設(shè)計。但關(guān)于電力量測設(shè)備可靠性驗證的研究成果相對較少,僅見文獻(xiàn)[27]在溫度、濕度恒定應(yīng)力下開展采集設(shè)備可靠性驗證,但該驗證是通過將基于Peck模型的采集設(shè)備可靠性評估結(jié)果與可靠性目標(biāo)值“5年時失效概率≤10%,置信度50%”相比較的方式進(jìn)行,未涉及以確定樣本量、試驗時間、可接受失效數(shù)為特征的可靠性驗證方案設(shè)計問題。

2021年,我國電力行業(yè)電測量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會多次召開會議研討《智能電能表現(xiàn)場運(yùn)行可靠性試驗規(guī)程》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂問題,基于現(xiàn)場運(yùn)行開展智能電能表可靠性驗證是發(fā)展趨勢。國家電網(wǎng)為了檢驗智能電能表現(xiàn)場運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性,在黑龍江漠河、福建湄洲島、西藏羊八井以及新疆吐魯番建設(shè)了四個典型環(huán)境試驗基地,檢驗低溫、高干熱、高濕熱、高海拔環(huán)境對電能表可靠性的影響。在吐魯番基地內(nèi)高溫超過60 ℃,持續(xù)時間長,氣候干燥,是典型的高干熱環(huán)境。智能電能表由大量電子元器件組成,電子產(chǎn)品壽命與可靠性受溫度影響嚴(yán)重。如何借助新疆高干熱環(huán)境基地開展電能表可靠性驗證是當(dāng)前需要解決的問題。

綜上,文中結(jié)合吐魯番高干熱典型現(xiàn)場環(huán)境,針對可靠壽命、MTBF和失效率三個指標(biāo)開展Weibull分布下產(chǎn)品可靠性加速驗證方法研究,通過構(gòu)造關(guān)于可靠壽命、MTBF和失效率的抽樣特性函數(shù),利用加速因子標(biāo)示高干熱環(huán)境的加速效應(yīng),更新可靠性驗證抽樣特性函數(shù),給出可靠性抽樣方案的建議。所提方法對智能電能表16年壽命驗證,以及其他產(chǎn)品的可靠性驗證具有重要參考意義,應(yīng)用前景廣闊。

表1 電能表可靠壽命與加速因子

1 抽樣檢驗方案與抽樣特性函數(shù)

智能電能表由機(jī)械部件和電子器件構(gòu)成,是典型的機(jī)電產(chǎn)品,對于機(jī)電產(chǎn)品的壽命分布行業(yè)內(nèi)認(rèn)可服從Weibull分布[28]。Weibull分布具有較好的適應(yīng)性,當(dāng)形狀參數(shù)等于1時,Weibull分布退化為指數(shù)分布。

在Weibull分布條件下,分別針對可靠壽命、平均壽命和失效率三個可靠性指標(biāo)給出了產(chǎn)品的抽樣特性函數(shù)。

1.1 抽樣檢驗方案

電能表可靠性抽樣檢驗方案框圖如圖1所示。

圖1 可靠壽命抽樣檢驗方案框圖

任取n臺電能表進(jìn)行定時截尾壽命試驗至?xí)r間t時,在(0,t]這段時間內(nèi)失效r臺,若r≤c,則認(rèn)為批產(chǎn)品合格,接收這批產(chǎn)品,否則產(chǎn)品不合格,拒收該批產(chǎn)品。

1.2 高干熱環(huán)境下的抽樣特性函數(shù)

高干熱環(huán)境下智能電能表壽命服從Weibull分布,其概率密度函數(shù)f(t)、可靠度函數(shù)R(t)、累積失效概率函數(shù)F(t)、平均壽命θ和失效率λ(t)分別為:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中m、η是形狀參數(shù)和尺度參數(shù);n臺電能表在[0,t]內(nèi)故障數(shù)為r,則t時刻電能表發(fā)生故障的數(shù)量r服從二項分布B(n,F(t)),批次電能表的接收概率為:

(6)

(7)

從而獲得針對高干熱環(huán)境下電能表可靠壽命tR,H的抽樣特性函數(shù):

L(tR,H)=P(r≤c;tR,H)=

(8)

L(tR,H)是針對高干熱環(huán)境下電能表可靠壽命tR,H的抽樣特性函數(shù),它是可靠壽命tR,H的增函數(shù)。

根據(jù)平均壽命θ與Weibull分布尺度參數(shù)的關(guān)系,η=θ/Г(1+1/m)。獲得高干熱環(huán)境下針對電能表平均壽命θH的抽樣特性函數(shù):

L(θH)=P(r≤c;θH)=

(9)

根據(jù)τ時刻的失效率λτ與Weibull分布尺度參數(shù)的關(guān)系,η=(mτm-1/λτ)1/m。獲得針對高干熱環(huán)境下電能表失效率λτ,H的抽樣特性函數(shù):

(10)

2 計及高干熱加速效應(yīng)的電能表抽樣方案

2.1 高干熱環(huán)境加速效應(yīng)

我國西北地區(qū)深居內(nèi)陸,距海遙遠(yuǎn),由于高原、山地對濕潤氣流的阻擋,導(dǎo)致西北地區(qū)降水稀少,氣候干旱。高干熱典型環(huán)境試驗基地位于吐魯番東北部,年平均氣溫13.9 ℃,5月—8月最高氣溫均在40 ℃以上,歷史最高氣溫49.6 ℃,地表溫度高達(dá)70 ℃以上,降雨稀少,年平均降雨量不足16 mm,年均陽光總輻射量6 500 MJ/m2,高溫干熱條件集中,是國內(nèi)天然的高干熱自然環(huán)境實驗場。

溫度升高使錳銅電阻的電阻率變大,導(dǎo)致采樣電流值偏大,從而使錳銅分流器和電流互感器的精度和穩(wěn)定性降低,影響電能表計量誤差。高溫使晶體振蕩器頻率偏差增大,導(dǎo)致時鐘準(zhǔn)確度下降,影響日計時誤差[29-30]。電能表置于高干熱現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境,屬于典型的實際運(yùn)行工況。驗證試驗中暴露的故障機(jī)理就是現(xiàn)場運(yùn)行的故障機(jī)理,不發(fā)生改變。高溫對電能表壽命與可靠性衰減具有加速效應(yīng),即在高干熱環(huán)境下電能表可靠性衰減速度比常溫環(huán)境下電能表可靠性衰減速度快,該加速效應(yīng)可采用加速因子A表示。

規(guī)定的電能表可靠性指標(biāo)是可靠壽命,因此,文中提出采用常溫應(yīng)力下的可靠壽命與高干熱環(huán)境下電能表可靠壽命之比作為加速因子。此外,平均壽命和失效率也是二項重要的電能表可靠性指標(biāo),為了便于工程應(yīng)用,同時采用二種應(yīng)力下的平均壽命和失效率給出了加速因子。據(jù)此,將加速因子細(xì)分為二種環(huán)境下的可靠壽命之比AtR、平均壽命之比Aθ或者τ時刻的失效率之比Aλτ,具體為:

AtR=tR,Nor/tR,H

(11)

Aθ=θNor/θH

(12)

Aλτ=λτ,H/λτ,Nor

(13)

式中tR,Nor、θNor、λτ,Nor是掛網(wǎng)條件下電能表可靠壽命、平均壽命和失效率;tR,H、θH、λτ,H分別是高干熱環(huán)境下電能表可靠壽命、平均壽命和失效率。在獲得相應(yīng)環(huán)境下電能表故障數(shù)據(jù)后,采用極大似然估計計算可靠壽命、平均壽命和失效率,將估值代入式(11)～式(13) 計算得到。

2.2 高干熱環(huán)境加速條件下的抽樣特性函數(shù)

借助加速因子表征高干熱環(huán)境和掛網(wǎng)環(huán)境下的可靠性特征量關(guān)系,可對抽樣特性函數(shù)更新。將可靠壽命tR,H=tR,Nor/AtR代入式(8),更新后的針對正常掛網(wǎng)環(huán)境下可靠壽命tR,Nor的抽樣特性函數(shù)為:

(14)

式中n是試驗樣本量;r是試驗中電能表失效數(shù);R為可靠度;AtR為對于可靠壽命數(shù)據(jù)的加速因子;t為試驗時間;m為Weibull分布參數(shù)。

對平均壽命θH=θNor/Aθ,更新后的針對正常掛網(wǎng)環(huán)境下電能表平均壽命θNor的抽樣特性函數(shù)為:

(15)

式中 Γ()為Gamma函數(shù)。

對失效率λτ,H=Aλτλτ,Nor,更新后的針對正常掛網(wǎng)環(huán)境電能表失效率λτ,Nor的抽樣特性函數(shù)為:

(16)

式中τ為試驗中某一時刻。

通過引入加速因子,將原來針對高干熱環(huán)境下電能表可靠性指標(biāo)的抽樣特性函數(shù),如L(tR,H)、L(θH)、L(λτ,H),轉(zhuǎn)化成針對正常掛網(wǎng)環(huán)境下電能表可靠性指標(biāo)的抽樣特性函數(shù),如L(tR,Nor)、L(θNor)、L(λτ,Nor)。這一轉(zhuǎn)變使高干熱環(huán)境下的可靠性試驗與電能表正常掛網(wǎng)環(huán)境下的可靠性指標(biāo)要求建立了聯(lián)系,其效果是可直接利用高干熱環(huán)境下的試驗時間、故障數(shù)量判斷電能表可靠性是否滿足規(guī)定指標(biāo)要求,提供了高干熱條件下電能表可靠性驗證的理論支撐。

2.3 抽樣方案的確定

在確定具體方案時,需要首先明確幾個問題。

1)標(biāo)準(zhǔn)型抽樣方案。

抽樣方案是要綜合考慮生產(chǎn)方風(fēng)險α、使用方風(fēng)險β、可接受的驗證指標(biāo)估值(tR,0,θ0,λ0)、極限驗證指標(biāo)估值(tR,1,θ1,λ1)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建方程方程組獲得標(biāo)準(zhǔn)型抽樣方案:

(17)

該種方案雖然可以綜合考慮生產(chǎn)方和使用方風(fēng)險,但使用該種方案的抽檢量一般比較大,適用于孤立批次產(chǎn)品可靠性驗證,或者使用方對生產(chǎn)方提供的產(chǎn)品質(zhì)量缺乏了解。此外,工程上很難針對一項可靠性指標(biāo)確定出可接受值和極限值。使得標(biāo)準(zhǔn)型抽樣方案的適用性具有很大局限性。

2)二參數(shù)抽樣方案。

高干熱試驗基地內(nèi)試驗表位有限,承擔(dān)多個廠家、多種型號電能表可靠性驗證,且試驗周期長。因此選擇標(biāo)準(zhǔn)型抽樣方案進(jìn)行智能電能表可靠性驗證具有局限性。

據(jù)此,考慮盡可能減少抽樣量,縮短試驗時間,僅控制使用方風(fēng)險β及極限可靠性指標(biāo),并適當(dāng)照顧到生產(chǎn)方風(fēng)險α,構(gòu)建針對可靠壽命、平均壽命、失效率指標(biāo)的二參數(shù)抽樣方案:

(18)

(19)

(20)

據(jù)此,在確定tR,Nor,1、θNor,1、λτ,Nor,1和使用方風(fēng)險β的情況下,可解出多組(n,c,t)。結(jié)合電能表工程背景,依據(jù)能夠接受的日歷試驗時間長度和試驗樣本容量,確定具體方案。

3)α和β的選取原則。

α、β與可接受的可靠性指標(biāo)值、極限可靠性指標(biāo)值共同決定了總試驗時間和允許的失效次數(shù)。在可靠性鑒定試驗的可接受的可靠性指標(biāo)值、極限可靠性指標(biāo)值一定的情況下,α、β越大,總試驗時間越短,α、β越小,總試驗時間越長。因此,在確定α、β時應(yīng)考慮表計生產(chǎn)方和使用方所能承受的試驗時間、經(jīng)費(fèi)等因素,GJB899推薦的α、β值一般介于10%～30%。若采用標(biāo)準(zhǔn)型抽樣方案,本著生產(chǎn)方和使用方相互平等的原則,α、β一般取值相同。

4)Weibull分布參數(shù)m。

對Weibull分布型產(chǎn)品設(shè)計抽樣檢驗方案時,一般要求其形狀參數(shù)m已知,其計算方法可參考文獻(xiàn)[3,13]。研究表明,Weibull 分布場合下,當(dāng)形狀參數(shù)m<1.4時,樣本量對理論抽樣特性影響的規(guī)律性不明顯,當(dāng)m≥1.4時,樣本量越大,通過可靠性驗證試驗被接收的概率越大,且m越大,理論抽樣特性越接近于理想的陡峭“臺階”形狀[19]。然而,對于待檢產(chǎn)品批,其形狀參數(shù)m是未知的,即待檢產(chǎn)品批的形狀參數(shù)與查表所得的用于建立驗證試驗方案的形狀參數(shù)可能不同,有時甚至相差較大,這樣就改變了生產(chǎn)方風(fēng)險和使用方風(fēng)險[22]。因此,關(guān)鍵是控制所預(yù)估的形狀參數(shù)m與實際參數(shù)估值一致性。

對于智能電能表而言,不管是在高干熱典型環(huán)境試驗,還是居民掛網(wǎng)運(yùn)行,都是現(xiàn)場使用環(huán)境,電能表故障機(jī)理沒有發(fā)生改變。同時,高干熱環(huán)境下電能表和組成關(guān)鍵器件失效分析也表明二種運(yùn)行條件下電能表失效機(jī)理沒有改變。電能表具有數(shù)十年的運(yùn)行歷史經(jīng)驗,積累了大量的現(xiàn)場運(yùn)行/故障數(shù)據(jù)?？衫矛F(xiàn)場故障數(shù)據(jù)對電能表可靠性進(jìn)行統(tǒng)計推斷,確定Weibull分布形狀參數(shù)m。

3 實驗驗證與分析

國家電網(wǎng)有限公司要求智能電能表可靠壽命不低于16年,為了驗證電能表可靠性滿足指標(biāo)要求,擬在吐魯番高干熱典型環(huán)境基地開展可靠性加速驗證試驗。結(jié)合電能表掛網(wǎng)、高干熱典型環(huán)境運(yùn)行/故障數(shù)據(jù),評估電能表可靠壽命,計算形狀參數(shù)m和加速因子AtR。在給定生產(chǎn)方風(fēng)險β=10%、20%、30%的條件下,需要制定電能表可靠性抽樣方案(n,c,t),給出試驗方案。

收集新疆吐魯番和烏魯木齊2019年1月—2022年12月某批次電能表掛網(wǎng)運(yùn)行/故障數(shù)據(jù),如圖2所示。其中吐魯番和烏魯木齊故障表數(shù)量分別為1 741臺和2 767臺。

圖2 電能表掛網(wǎng)數(shù)量

獲得了所有表計安裝時間、故障時間或截尾時間,作差獲得表計實際運(yùn)行時間,視作表計壽命數(shù)據(jù)。采用Weibull分布擬合電能表壽命,統(tǒng)計推斷分布參數(shù),計算兩地電能表可靠壽命,并依據(jù)式(11)計算以可靠壽命表示的加速因子,結(jié)果如表1所示。

考慮到國家電網(wǎng)要求電能表可靠壽命要達(dá)到16年,當(dāng)電能表可靠壽命tR≤tR1=16年時,不能參加國家電網(wǎng)智能電能表招標(biāo)。這屬于典型的僅規(guī)定了極限可靠壽命的情況,可選用二參數(shù)抽樣方案。在加速因子AtR=1.3、m=1.5條件下,給定生產(chǎn)方風(fēng)險β=20%,允許的觀測故障數(shù)c=0和c=1的條件下,需要的電能表樣本容量n和試驗時間t如表2所示。

表2 電能表可靠性驗證抽樣方案

結(jié)合高干熱基地表架掛表位置數(shù)量,日歷環(huán)境變化周期為1年,綜合選擇電能表可靠性驗證抽樣方案(n=100、c=0、t=1.25年),即選用100個樣本試驗1.25年,若沒有觀測到故障,則通過可靠性驗證。

工程上,在進(jìn)行每個批次的電能表壽命與可靠性驗證時,電能表樣本量、可接受的試驗時間、不同批次的表計可靠性參數(shù)、不同地域的加速效應(yīng)等都可能存在差異,使得每次驗證方案設(shè)計都需要進(jìn)行大量繁瑣計算,不便于工程應(yīng)用。當(dāng)前智能電能表可靠性壽命要求不低于16年,從此要求出發(fā),按照式(18)進(jìn)行計算,參考GJB 899的模式,考慮多種影響因素,選取幾種典型的Weibull分布參數(shù)m分別為0.9、1.2、2.0,幾種不同的加速因子AtR分別為1.0、1.5、2.0時,給出常用生產(chǎn)方風(fēng)險β=10%、20%、30%條件下電能表可靠性抽樣方案(n,c,t),考慮不同的合格判定數(shù)c分別為0、1、2的條件下,繪制試驗時間t隨試驗樣本容量n變化的線圖,如圖3所示。開展電能表可靠性驗證方案設(shè)計時,僅需查閱相關(guān)圖表即可。

圖3 不同條件下可靠性抽樣方案(n,c,t)

1)圖3中各分圖表明,試驗時間與參試樣本量成反比,樣本量越大,所需試驗時間越短。如以c=0,使用方風(fēng)險β=0.2為例,當(dāng)m=0.9、AtR=1.0的分圖內(nèi),在樣本量為50時觀測到1個故障所需要的時間約為6年,而在樣本量為100時觀測到1個故障的時間約為3年。

2)當(dāng)m相同時,在相同樣本量的條件下,試驗時間與加速因子成反比,即加速因子越大,所需試驗時間越短。如以c=0,使用方風(fēng)險β=0.2為例,當(dāng)m=1.2、樣本量為100的條件下,當(dāng)加速因子為AtR=1.0時所需試驗時間約為4年,而當(dāng)加速因子AtR=2.0時所需試驗時間縮短為1.8年。

3)當(dāng)AtR相同時,在相同樣本量的條件下,試驗時間與參數(shù)m成反比,即m越大,所需試驗時間越短。而m表征失效機(jī)理,當(dāng)m>1表示產(chǎn)品處于耗損期,m越大表示產(chǎn)品耗損越嚴(yán)重,電能表越容易發(fā)生故障,即在更短的試驗時間內(nèi)就可觀測到1個故障。

4 結(jié)束語

1)在Weibull分布場合下,給出了針對可靠壽命、平均壽命、失效率三種可靠性特征量的可靠性驗證方法,構(gòu)建了針對三種特征量的抽樣特性函數(shù)。擴(kuò)展了傳統(tǒng)可靠性驗證方法處理可靠性指標(biāo)有限的局限性,為產(chǎn)品不同可靠性指標(biāo)驗證提供了理論與方法參考。

2)針對高干熱環(huán)境的加速效應(yīng),構(gòu)建了可靠性加速驗證方案。利用正常應(yīng)力和加速應(yīng)力下的可靠壽命、平均壽命和失效率定義加速因子,構(gòu)建基于加速試驗的可靠性抽樣特性函數(shù)。高可靠、長壽命是當(dāng)代產(chǎn)品的典型特征,由于試驗時間長,正常應(yīng)力下的可靠性驗證試驗幾乎不現(xiàn)實,使得該類產(chǎn)品采用可靠性加速驗證成為面臨的普遍問題。文中所構(gòu)建的基于加速試驗的可靠性驗證方法具有重要參考意義,應(yīng)用前景廣闊。

3)針對可靠壽命指標(biāo),給出了智能電能表可靠性抽樣驗證方案,采用控制使用方風(fēng)險的二參數(shù)抽樣驗證方案,給出了Weibull分布下智能電能表抽樣特性函數(shù),計算了不同使用防風(fēng)險、可接受的故障數(shù)條件下的試驗樣本容量與試驗時間組合,給出了表格和繪圖,方便工程應(yīng)用。對電力行業(yè)量測設(shè)備在高干熱環(huán)境下開展可靠性驗證具有示范作用。