浴盆曲線在通信電源設備管理中的應用

江玉彬

（華信郵電咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州310014）

0 引 言

通信電源設備是通信系統的重要組成部分。在通信電源設備的管理中，經常會涉及到電源設備的失效率（或稱故障率）、運行時間等問題，其失效率和運行時間之間是否存在某種規律？如何有效地應用這種規律指導電源設備的管理工作？

1 浴盆曲線

通信電源設備的可靠性是指在給定的條件和給定的時間區間內完成要求功能的能力。通常可靠性采用適合的量度予以定量化，在可靠性工程理論中把可靠性表示成一種概率，可用失效率（failure rate）來衡量通信電源設備的可靠性水平。

失效率是通信電源設備在時間區間開始時刻t前未發生失效，在時間區間（t，t＋Δt）內出現一個失效的條件概率與區間長度Δt之比，當Δt趨于0時的極限（如果存在）［1］。

式中，F（t）和f（t）分別是失效發生時的分布函數和概率密度，R（t）是可靠度函數，R（t）與可靠度R（t1，t2）的關系是R（t）＝R（0，t）。

上式計算較為復雜，可適當簡化為在給定時間區間內發生失效的設備數量與時間區間開始時刻未發生失效的設備數量之比除以時間區間的持續時間得到失效率的一個估算值。

通信電源設備在整個生命期內，故障發生的次數和使用時間存在一定的規律。對每一臺電源設備來說，出現故障的次數和使用壽命不相同，但其發展規律都是相似或一致的。

根據《通信局（站）電源系統維護技術要求 第1部分：總則》（YD/T1970.1－2009），高頻開關整流設備的有效使用年限為10年。高頻開關整流設備典型的失效率曲線遵循浴盆曲線規律，如圖1所示［2］。

圖1 高頻開關整流設備的浴盆曲線

浴盆曲線可分為三段，分別為早期失效期、恒定失效率期和耗損失效期。

早期失效期（early failure period）：電源設備生命期的早期，從某個給定的時刻起開始可能存在的一段時間，在這期間的失效率明顯高于隨后的時期。

恒定失效率期（constant failure rate period）：電源設備在生命期內可能存在的一段時間，在這期間的失效率近似恒定。

耗損失效期（wear－out failure period）：電源設備的后期可能存在的一段時間，在這期間的失效率明顯高于先前時期。

2 通信電源設備的有效使用年限

通信電源設備的有效使用年限是指能夠保證正常可靠使用的時間；也就是電源設備在給定的條件下，從給定的時刻開始到失效率高到不可接受或電源設備因故障被認為不可修復時止的時間區間。

表1列出了相關標準下的通信電源設備的有效使用年限；在有效使用年限內，其平均失效間隔時間（MTBF，mean time between failure）應滿足《通信局（站）電源系統總技術要求》（YD/T1051－2010）的規定。

表1 通信電源設備的有效使用年限［3，4］

3 故障判斷依據［3］

3.1 通信電源設備的主要故障判斷依據

當通信電源設備出現主要技術性能不符合要求，不檢修將影響設備和系統正常工作的障礙則判定為設備故障。主要電源設備發生如下障礙時則判定為故障：

（1）整流設備：不能輸出額定電流、電壓超出允許范圍、雜音電壓高、穩壓精度低于規定值、影響設備和系統工作或安全的告警、保護性能異常等。

（2）UPS設備：不能輸出額定電流、電壓超出允許范圍、穩壓精度低于規定值、影響設備和系統工作或安全的告警、保護性能異常等。

（3）配電設備：不能輸出額定電流、電壓降超出規定范圍、動作失靈、影響設備和系統工作或安全的告警、保護性能異常等。

（4）發電機組：連續三次啟動不成功、機組不能輸出額定電流、電壓和頻率波動超出規定范圍、出現四漏（水、油、氣、電）、自動化機組的自動功能異常等。

（5）蓄電池組：蓄電池組出現落后電池、短路或電池出現滲漏、變形、起火、爆炸現象。

3.2 通信電源系統的故障判斷依據

（1）直流供電系統：不能輸出規定電流；電壓超出允許范圍；雜音電壓高于允許值。三項中出現任何一項則判定為系統故障。

（2）交流供電系統：電壓或頻率超出允許變動范圍，則判定為系統故障。

4 浴盆曲線不同階段的通信電源設備管理工作

4.1 早期失效期

在電源設備投入使用的早期，其失效率較高，隨著時間的延續呈逐步下降趨勢。早期失效通常是受產品內部材料缺陷、設計和生產過程等的影響，因此可通過優化產品設計、優選設備零部件、提高標準化和模塊化設計，減少故障機率。

為提高電源設備早期失效期的可靠性，生產商應在設備出廠前進行多項測試，以降低早期失效率。

4.2 恒定失效率期

恒定失效率期內，電源設備可靠性的變化趨于穩定，失效率相對較低；在這一階段，電源設備早期失效已排除，是設備的最佳使用期，應在適當的使用成本下盡可能延長使用年限。

在電源設備的正常運行過程中，科學合理地安排維護和檢測，以延長設備的使用年限，降低失效率。

4.3 耗損失效期

耗損失效期設備進入老化期，設備失效率呈遞增且有迅速上升趨勢。此時，應針對失效的原因，注意檢查、監控、預測耗損開始的時間，提前維修，使失效率呈穩定變化趨勢；但這一階段可靠性改進成本較大，可以通過設備的技術改造和零部件的更換來提高可靠性。如果成本過高，電源設備不宜繼續使用。

5 通信電源設備的處置［4］

5.1 對存在設計缺陷、失效率高的設備的處置

對于存在設計等先天缺陷、正常使用失效率高等原因造成運行維護成本過高的電源設備，經專家和維護主管部門的評估與審批，可提前報廢或更新。

5.2 對已超過使用年限的設備的處置

對于已超過有效使用年限的電源設備，經過檢測評估，性能仍然良好并滿足運行質量要求，具有使用價值的，經過主管部門的批準，可繼續使用。性能指標達不到要求的電源設備，應做報廢和退網處理。

5.3 對超期使用設備的維護

對于已超過有效使用年限仍繼續使用的電源設備，應適當縮短維護和檢測的周期。

6 結 論

通信電源設備在整個生命期內，失效率和運行時間符合浴盆曲線規律。了解這種宏觀規律后，對不同服役狀態的電源設備，可應用行之有效的措施，提升電源設備及系統的可靠性，降低運行和維護成本。

［1］ GB/T2900.13－2008，電工術語.可信性與服務質量［S］.2008.

［2］ 謝民勇，沈衛東，林朝陽，逄 東.通信系統電源設備可靠性設計分析［J］.移動電源與車輛，2010，（1）：28－32.

［3］ YD/T1051－2010，通信局（站）電源系統總技術要求［S］.2010.

［4］ YD/T1970.1－2009，通信局（站）電源系統維護技術要求第1部分：總則［S］.2009.

［5］ YD/T282－2000.通信設備可靠性通用試驗方法［S］.2000.