基于工程加權分配法的勵磁調節器可靠性設計

陳國玉

（青海民族大學交通與工程系，青海 西寧 810007）

引言

勵磁調節器是勵磁控制系統的控制中樞，性能優良、運行穩定的勵磁調節器對同步發電機乃至整個電力系統十分重要，可靠性也是勵磁調節器中最重要的指標［1］。目前，高科技技術的廣泛應用，使得勵磁系統達到了前所未有的智能化程度。然而智能化水平的提高卻并不意味著產品可靠性的增長。因此，在提高產品智能化水平的同時，如何提高產品的可靠性，進行可靠性分配和預計顯得非常重要。

提高勵磁調節器的可靠性有兩個方面：提高裝置本身的抗干擾能力；增加冗余裝置［2］。系統可靠性分配是，將使用方在裝備設計任務書中提出的可靠性指標，并將指標自上而下、由大到小、由整體到局部逐步分解，分配到各系統、分系統及設備中［3］。可靠性分配的方法有很多，如比例分配法、最少工作法、AGREE分配法、評分分配法等。所有方法各有優劣，工程加權分配法是王錫吉教授在AGREE分配法的基礎上提出來的［4］，在設計階段分析產品可能達到的可靠性水平，從定性到定量分析就是可靠性預計，是研究可靠性工程的基礎。

1 勵磁調節器的可靠性模型的建立

根據系統可靠性結構模型，該勵磁調節器具體可分為：測量單元、勵磁調節單元、脈沖放大單元、通訊單元、電源單元共5大單元，該系統為混合結構復雜串、并聯系統結構圖如圖1所示。

圖1 復雜串、并聯系統結構圖

可靠度分解計算：

1）計算分系 統R1、R2－3、R4的 串聯可 靠度R1－4，得：

2）計算分系統R5、R6－7、R8的串聯可靠度R5－8，得：

3）計算R1－4、R5－8兩個分系統并聯的可靠度：

4）計算R10、R11兩個分系統并聯的可靠度：

5）整個系統的可靠度RS由R1－8、R9、R10－11串聯計算可得：

2 勵磁調節器的可靠性分配

根據勵磁系統在電站的使用要求，某大型火電機組一次不間斷運行的時間往往可達半年，按180d計算，即4 320h。根據可靠性要求，勵磁系統運行4 320h可靠度應達0.9，計算可得勵磁系統的平均無故障時間要求為：

為留足夠余量，勵磁調節器的平均無故障時間（TMBF）往往按50 000h計算。產品的可靠性分配是指按產品總體可靠性的要求，把可靠性指標合理的分配到每個子系統，特別是對平均無故障時間的分配。以某型勵磁調節器為例，該系統是一個由測量、調節、通訊等多個分系統組成的復雜系統，為達到平均無故障時間（TMBF）50 000h的要求，需對各分系統進行可靠性分配。在系統可靠性分配時使用加權因子分配法，工程加權分配法通常需要考慮的加權因子有重要因子、復雜因子、環境因子、標準化因子、維修因子和元器件質量因子等［5］。

1）考慮到該系統為混合型結構模式，先對R1－8、R9、R10－11三個串聯分系統進行可靠性分配，各加權因子取值（如表1）。

表1 勵磁調節器系統各子系統分配加權因子取值表

按加權因子分配法公式［4］：

式中：TMBFj為第j個單元平均故障時間間隔；TMTBFs為系統平均故障時間間隔；Kji為第j個單元第i個分配加權因子。

可得到分配結果為：

2）R1－4和R5－8的可靠性分配：

R1－8單元由R1－4和R5－8兩個單元并聯組成，R1－4和R5－8為結構完全相同的冗余關系，所以R1－4＝R5－8，得：R1－8＝2×R1－4－

得：λ1－4≈10×λ1－8≈1.38×10－4

3）R1、R2－3、R4串聯及R5、R6－7、R8串聯的可靠性分配，各加權因子取值（如表2）。

表2 勵磁調節器系統各子系統分配加權因子取值表

計算各單元分配的可靠性指標：

4）和R11的可靠性分配R10和R11為并聯冗余結構，同理：

通過以上計算，可得出為滿足產品可靠性要求各分系統的平均無故障時間

3 勵磁調節器的可靠性預計

可靠性預計是根據系統的可靠性模型、系統的工作環境、系統的結構構成、元器件的質量級別等因素來進行估計，是一個從小到大、由局部到整體、自下而上的一種系統綜合過程，它需要，主要用在產品的設計階段。

由可靠性框圖，假設勵磁調節器各單元產品均服從指數分布，工作時間均為4 320h，其故障率λ（如表3）。

表3 磁調節器各單元故障率λ

其任務可靠度預計如下：

可靠性框圖可以化分成三個大的單元。

1）R1、R2－3、R4串聯及R5、R6－7、R8串聯再并聯，其可靠度為：

2）R9的可靠度為：

3）R10與R11并聯的可靠度：

則勵磁調節器系統任務可靠度：

系統Rs大于0.9滿足規定的要求。

4 結語

勵磁調節器的設計大量采用高可靠性的大規模集成電路芯片替代分立元件，系統中重要的功能組件均采用冗余設計方案，建立了勵磁調節器的可靠性模型，簡化了硬件電路的設計，有效地進行了勵磁調節器的可靠性分配，并通過可靠性預計，系統可靠度滿足規定要求。

［1］ 陸繼明，毛承雄，范甜等.同步發電機徽機勵磁控制［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］ 趙涌，楊波，王春燕.勵磁調節器的可靠性設計［J］.自動化技術與應用，2007（2）：56－57.

［3］ 曾聲奎，趙廷弟.系統可靠性設計分析教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［4］ 王蓬，王錫吉.可靠性指標工程加權分配法［J］.電子產品可靠性與環境試驗，2002（5）：18－21.

［5］ 呂修東，周建平，程志高.于工程加權分配法的某新型火箭炮可靠性分配［J］.四川兵工學報，2010（4）：45－46.