基于浴盆曲線規(guī)律的整流裝置運(yùn)行維護(hù)策略

鞏新祥，王永升

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

設(shè)計(jì)奠定可靠性，精細(xì)制造保證可靠性，用心維護(hù)保持和延續(xù)可靠性。整流裝置安裝投運(yùn)后，即到了用心維護(hù)保持和延續(xù)可靠性階段。像大多數(shù)設(shè)備一生故障率的變化趨勢(shì)一樣，整流裝置的失效率與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系符合浴盆曲線規(guī)律，存在著早期失效期，偶然失效期和耗損失效期3個(gè)階段，其形狀如浴盆曲線。依據(jù)浴盆曲線的變化趨勢(shì)、規(guī)律，分析其產(chǎn)生的原因，找到保持和延長(zhǎng)整流裝置的偶然失效期的方法，使整流裝置可靠穩(wěn)定工作。

1 浴盆曲線

大多數(shù)產(chǎn)品的故障率隨時(shí)間的變化曲線形似浴盆，故將故障率曲線稱為浴盆曲線。產(chǎn)品故障機(jī)理雖然不同，但產(chǎn)品的故障率隨時(shí)間的變化大致可分為3個(gè)階段，故障率曲線圖見圖1。

圖1 故障率曲線圖

（1）早期失效期。在產(chǎn)品投入使用的初期，產(chǎn)品的故障率較高，且存在迅速下降的特征。早期故障主要是由于制造工藝缺陷和設(shè)計(jì)缺陷暴露產(chǎn)生，例如原材料缺陷引起絕緣不良，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調(diào)整不當(dāng)引起參數(shù)漂移，元器件缺陷引起性能失效等。

（2）偶然失效期。在產(chǎn)品投入使用一段時(shí)間后，產(chǎn)品的故障率可降到一個(gè)較低的水平，且基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，可以近似認(rèn)為故障率為一個(gè)較低的常數(shù)。其故障由裝備內(nèi)部元器件、零部件的隨機(jī)性失效引起，其特點(diǎn)是故障率低，比較穩(wěn)定，是設(shè)備主要工作時(shí)期。

（3）耗損失效期。在產(chǎn)品投入使用相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，產(chǎn)品進(jìn)入耗損故障期，產(chǎn)品的故障率迅速上升，故障頻發(fā)出現(xiàn)，甚至是報(bào)廢性故障。電子設(shè)備主要是插件、元器件疲勞、老化和耗損等原因造成。

2 浴盆曲線的應(yīng)用

整流裝置的可靠性主要是由整流器的可靠性決定，而整流器的可靠性又有其控制系統(tǒng)的電子設(shè)備的可靠性決定，故主要探討、論述浴盆曲線指導(dǎo)下整流器的電子設(shè)備運(yùn)行維護(hù)策略。

2.1 浴盆曲線的早期失效期

電子設(shè)備應(yīng)該在制造廠經(jīng)過老化試驗(yàn)，通過高溫老化試驗(yàn)使元器件的缺陷、焊接、裝配等生產(chǎn)過程存在的潛在隱患提前暴露，盡快使產(chǎn)品跨過浴盆曲線的早期故障階段，進(jìn)入高可靠性穩(wěn)定期的偶然故障階段，也就是產(chǎn)品理論上已處在浴盆曲線的偶然失效期；而實(shí)際運(yùn)行中，投運(yùn)開始的一兩年故障率仍然較高，這主要是整流裝置運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)之后，變壓器、整流器、冷卻系統(tǒng)等幾部分相互之間或自身內(nèi)部要有信號(hào)連線，附件安裝、連接，程序調(diào)試，模擬試驗(yàn)等工作，這一系列的工作不夠認(rèn)真、檢查不夠仔細(xì)、方法不夠周全等造成，另外人員對(duì)技術(shù)的掌握深度、廣度不夠，責(zé)任心不到位也是原因之一。

運(yùn)行維護(hù)策略：

（1）新整流裝置投運(yùn)前（或老裝置檢修后），對(duì)所有接線端子檢查緊固一遍，所有插接頭確認(rèn)插接完好。

（2）對(duì)所有的報(bào)警值、聯(lián)鎖值逐一仔細(xì)確認(rèn)，確保整定正確。

（3）對(duì)整流裝置自身、整流裝置到DCS及DCS到整流裝置的聯(lián)鎖信號(hào)逐一模擬試驗(yàn)，確保聯(lián)鎖正確、可靠動(dòng)作。

（4）切實(shí)做好培訓(xùn)工作，每一個(gè)崗位人員都必須掌握“三懂四會(huì)”；三懂：懂構(gòu)造、懂原理、懂性能，四會(huì)：會(huì)操作、會(huì)維修保養(yǎng)、會(huì)檢查、會(huì)排除故障。

（5）通過有效的巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理隱患。

以上幾條做到之后，就可縮短早期失效期，甚至跨過這一階段直接到偶然失效期。

2.2 浴盆曲線的偶然失效期

整流器電子設(shè)備的環(huán)境因素對(duì)偶然失效期內(nèi)的故障率和維持期有重大決定作用，在使用壽命期內(nèi)并且只有在合適工作條件下的故障率才最低，也才能保持甚至延長(zhǎng)偶然失效期。

（1）溫度的影響

整流器作為電子產(chǎn)品，主要由電子元器件的控制板、開關(guān)電源、PLC等組成，而所有這些的壽命都與工作溫度有密切的關(guān)系。如果實(shí)際工作溫度超過了產(chǎn)品規(guī)定的使用范圍，不僅壽命會(huì)縮短，而且產(chǎn)品本身也會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。例如：電解電容器，一個(gè)極限工作溫度為85℃的電解電容器，在溫度為20℃的條件下工作時(shí)，一般情況可以保證181 019 h的正常工作時(shí)間；而在極限溫度85℃的條件下工作時(shí)，一般情況僅僅可以保證2 000 h的正常工作時(shí)間，可見，溫度對(duì)電容器的壽命有非常大的影響。

（2）濕度的影響

濕度過大，電子元器件易引起泄漏通路、漏電、擊穿、材料老化等變化；而濕度過低，又易使塑料、絕緣材料等干燥收縮、變形、甚至龜裂。

（3）灰塵的影響

在灰塵比較大的環(huán)境中工作，由于印制板吸附灰塵，而灰塵的沉積會(huì)影響電子元器件的散熱，這將導(dǎo)致元件溫度上升，進(jìn)而出現(xiàn)熱穩(wěn)定性下降甚至產(chǎn)生漏電，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致燒毀。另外，灰塵也會(huì)吸收水分，腐蝕電子線路，造成短路故障。

（4）腐蝕性氣體的影響

含鹽、堿、氯氣的潮濕環(huán)境可引起系統(tǒng)性能的退化，因?yàn)樗鼈儠?huì)加劇金屬部件的腐蝕效應(yīng)，還有利原電池的產(chǎn)生，特別是當(dāng)不同類金屬接觸的時(shí)候。腐蝕性氣體的另一個(gè)有害效應(yīng)是在非金屬部件表面形成導(dǎo)致這些材料的絕緣和介質(zhì)特性退化的膜，從而形成泄漏通路。

（5）電磁輻射的影響

電磁干擾可以嚴(yán)重干擾弱電信號(hào)、改變CPU程序計(jì)數(shù)器PC的數(shù)值、錯(cuò)誤地"跳出"正在執(zhí)行程序、引起整流裝置的誤動(dòng)及整流器輸出電流、電壓的波動(dòng)。

（6）振動(dòng)的影響

振動(dòng)引起元器件或材料的疲勞損壞、壓接螺栓及插接件的松動(dòng)、機(jī)械觸點(diǎn)的誤動(dòng)。

（7）負(fù)載的影響

任何一個(gè)元器件都有一個(gè)疲勞損傷期，在額定的負(fù)載下工作，就可保證其預(yù)期壽命，但如長(zhǎng)時(shí)間在高負(fù)載下工作，必然加速其老化，當(dāng)然不一定馬上失效，但會(huì)使其壽命迅速降低。

從上述的各種環(huán)境因素的影響可以看出，改善整流裝置的使用環(huán)境、對(duì)其定期的維護(hù)保養(yǎng)，不但可以及時(shí)排除事故隱患，更有利于提高可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命。

運(yùn)行維護(hù)策略：

（1）國(guó)外整流器的現(xiàn)場(chǎng)控制柜都是密閉型的，內(nèi)部一般都有空調(diào)進(jìn)行恒溫、恒濕控制，如此做的優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)部恒溫、恒濕，保證了電子元器件性能穩(wěn)定，避免了灰塵的影響及環(huán)境造成元器件的腐蝕。

國(guó)產(chǎn)整流器現(xiàn)場(chǎng)控制柜一般是不密閉的，因與整流變壓器布置在一起，而變壓器的運(yùn)行溫度在50℃左右，其向周圍空間散發(fā)出大量的熱，尤其夏天，控制柜內(nèi)的溫度都在40℃以上，如此高的運(yùn)行溫度，將加速電子元器件的老化，且易造成元器件的性能漂移（引起整流器輸出電流的波動(dòng)或停車），及電子元器件管腳、印刷線路板的腐蝕。基于上述對(duì)比，建議國(guó)產(chǎn)整流器現(xiàn)場(chǎng)控制柜改為密閉，同時(shí)加裝空調(diào)。如果條件所限，至少將柜子密閉，在柜子的底部引入清潔的儀表風(fēng)，通過儀表減壓閥將適量的儀表風(fēng)通入柜中，這樣始終保持柜內(nèi)微正壓，在柜子漏氣時(shí)，由內(nèi)往外漏，既阻止了外部腐蝕性氣體的進(jìn)入，又達(dá)到了散熱的目的。規(guī)范GB 50174：開機(jī)時(shí)，輔助區(qū)溫度、濕度控制：18～28℃、35%～75%；停機(jī)時(shí)，輔助區(qū)溫度、濕度控制：5～35℃、20%～80%，都需盡力滿足。

（2）采取繼電器隔離、光電隔離、電纜屏蔽、接地、濾波、優(yōu)化布線等措施，滿足產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，尤其注意接地電阻的遙測(cè)、接地線連接的有效性確認(rèn)，確保接地良好。另外要確保弱電信號(hào)電纜用金屬槽盒的完好，且絕不能將強(qiáng)電電纜混放于其中。

（3）遠(yuǎn)離振動(dòng)源、筑牢控制柜基礎(chǔ)，甚至采用防震墊等防振手段，確保控制柜及柜內(nèi)器件無有害振動(dòng)發(fā)生。

（4）一般整流裝置的運(yùn)行電流至其額定電流有10%的余量，故其是在降額運(yùn)行。

如此，保持甚至延長(zhǎng)整流器偶然失效期的影響因素都一一解決。

2.3 浴盆曲線的耗損失效期

要進(jìn)入耗損失效期時(shí)，對(duì)整流器的更新?lián)Q代應(yīng)早做打算，多調(diào)研，以便選用技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、維護(hù)量小、性價(jià)比高的設(shè)備。對(duì)于已超過預(yù)期壽命（即早期失效期+偶然失效期）仍繼續(xù)使用的電子設(shè)備，應(yīng)適當(dāng)縮短維護(hù)和試驗(yàn)周期。現(xiàn)在許多的進(jìn)口整流器廠商對(duì)整流設(shè)備各部件的預(yù)期壽命進(jìn)行了評(píng)估，且以表格的形式列出，它包括器件的名稱、預(yù)期壽命。這樣可清楚的告訴用戶，整流器的哪個(gè)元器件、部件的預(yù)期壽命是多長(zhǎng)，這樣，對(duì)于主設(shè)備偶然失效期較長(zhǎng)，而輔助設(shè)備、器件偶然失效期較短，結(jié)構(gòu)上又相對(duì)獨(dú)立的情況，一方面，用戶在輔助元器件的預(yù)期壽命要到期時(shí)，在運(yùn)行中，要多巡檢、多關(guān)注，另一方面，指導(dǎo)用戶的備件儲(chǔ)備，早做更換的準(zhǔn)備工作，使用戶在使用、維護(hù)中可做一些更有針對(duì)性的工作，確保整流器總體運(yùn)行在偶然失效期。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在整流器較重要的控制插件、功能單元一般都是冗余配置，其一故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，這使得偶然失效期曲線下移，就是說故障率進(jìn)一步降低。

主設(shè)備偶然失效期較長(zhǎng)，而輔助設(shè)備、器件偶然失效期較短，輔助設(shè)備、器件偶然失效期將至?xí)r的每一次更換，將使偶然失效期曲線上對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的故障率又有所上升，見圖2，這是新更換部件早期失效期影響所致。另外，每次不夠精細(xì)的大檢修后，也會(huì)有此情況。

圖2 故障率曲線圖

本文主要探討、論述了浴盆曲線指導(dǎo)下整流器電子設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)策略，而整流裝置其它部分的日常維護(hù)、檢修也是很重要的，如整流器內(nèi)的純水水管更換時(shí)，一般要更換與原來完全相同內(nèi)徑、長(zhǎng)度的水管，避免出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，造成局部溫度過高。要切實(shí)做到“三懂四會(huì)”，避免人為因素增加事故隱患，確保整流裝置穩(wěn)定運(yùn)行。