基于運(yùn)行信息的斷路器故障率預(yù)測(cè)研究

薛淑勝,冷映麗,張琳

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 總體研發(fā)部系統(tǒng)工程組，江蘇 南京 210000)*

可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性作為產(chǎn)品的內(nèi)在屬性，GB/T21562-2008[1]規(guī)定，在產(chǎn)品壽命周期的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段就需通過(guò)審查、分析、試驗(yàn)和數(shù)據(jù)評(píng)估執(zhí)行RAM程序，通過(guò)審查、分析、試驗(yàn)和數(shù)據(jù)評(píng)估執(zhí)行安全計(jì)劃.組成產(chǎn)品元器件的故障率是數(shù)據(jù)評(píng)估的基礎(chǔ)，因此預(yù)測(cè)元器件的故障率就成為關(guān)鍵.

目前斷路器的故障率預(yù)測(cè)主要使用國(guó)軍標(biāo)、美軍標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，這些標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)的是通用斷路器故障率預(yù)測(cè)的方法和數(shù)據(jù).對(duì)于第一次使用的斷路器，由于沒(méi)有以往運(yùn)行數(shù)據(jù)，用這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的.對(duì)于已運(yùn)行的斷路器，再利用這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，已有不足，這是由于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)是通用的，不是依據(jù)某一供應(yīng)商的產(chǎn)品，影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可信性.

本文結(jié)合已運(yùn)行的深四線等項(xiàng)目,通過(guò)基于以往運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合斷路器發(fā)生變化的設(shè)計(jì)應(yīng)力進(jìn)行故障率的預(yù)測(cè)，與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)的斷路器故障率進(jìn)行比較, 說(shuō)明基于運(yùn)行信息預(yù)測(cè)斷路器故障率可提高準(zhǔn)確性和可信性.

1 斷路器故障率預(yù)測(cè)方法

斷路器故障率預(yù)測(cè)方法依標(biāo)準(zhǔn)和基于運(yùn)行信息開(kāi)展,現(xiàn)給出GJB/Z 299C-2008、MIL-HDBK-217F和基于運(yùn)行信息三種斷路器預(yù)測(cè)方法.

(1)MIL-HDBK-217F[3]斷路器的故障率預(yù)測(cè)

λp=λb·πC·πU·πQ·πE

其中：λp為預(yù)測(cè)失效率；λb為基本失效率;πC為配置系數(shù)；πU為應(yīng)用系數(shù)；πQ:質(zhì)量系數(shù)；πE:環(huán)境系數(shù).

(2)GJB/Z 299C-2008斷路器的故障率預(yù)測(cè)

GJB/Z 299C-2008給出斷路器故障率預(yù)測(cè)模型見(jiàn)表1.

表1 GJB/Z 299C-2008斷路器故障率

(3)基于運(yùn)行信息的斷路器故障率預(yù)測(cè)[4]

通常情況下，同一供應(yīng)商同一種規(guī)格斷路器，其質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)是相同的，對(duì)用于車輛的斷路器,也屬于相同的“平穩(wěn)地面移動(dòng)”環(huán)境.因此，對(duì)于車輛用斷路器，影響故障率的設(shè)計(jì)應(yīng)力應(yīng)定義為配置應(yīng)力和應(yīng)用應(yīng)力.注:也可根據(jù)關(guān)注點(diǎn)不同，定義不同的應(yīng)力因素，確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)應(yīng)力.

為了基于以往型號(hào)進(jìn)行新項(xiàng)目斷路器故障率的預(yù)測(cè)，本文提出額定故障率的概念，額定故障率為設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù)為1的故障率.對(duì)于斷路器，額定故障率說(shuō)明如下:

斷路器設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù)C：

C=πU·πC

定義斷路器的額定故障率λr為:

λr=λw/C

其中：λW為斷路器的實(shí)際故障率.

新項(xiàng)目斷路器故障率預(yù)測(cè)值λW:

λw=λr·Cnew

其中：Cnew表示斷路器在新項(xiàng)目所用功能的設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù).

2 額定故障率計(jì)算方法

同一項(xiàng)目起不同作用功能的額定故障率可以根據(jù)運(yùn)用時(shí)間權(quán)重進(jìn)行項(xiàng)目元器件額定故障率的計(jì)算.同理，也可得到元器件額定故障率(總體).

對(duì)于應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目起不同功能的斷路器，其額定故障率的計(jì)算模型見(jiàn)圖1.

圖1 斷路器額定故障率計(jì)算模型

Nj，k表示項(xiàng)目j用于功能k的部件實(shí)際出現(xiàn)的故障數(shù)量,tj，k表示部件i的功能k在項(xiàng)目j運(yùn)用的時(shí)間.

tj,k=nj,k·ktj,k·tj

其中,Cj，k表示項(xiàng)目j用于功能k的部件設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù).

(3)項(xiàng)目額定故障率λjr的計(jì)算

(4)部件項(xiàng)目j的運(yùn)用時(shí)間tj的計(jì)算

(5)部件額定故障率λr的計(jì)算

3 額定故障率計(jì)算舉例

以已運(yùn)行的深圳軌道交通4號(hào)線二期工程項(xiàng)目和南京二號(hào)線項(xiàng)目為例,說(shuō)明供應(yīng)商ABB公司提供的型號(hào)為S260UC斷路器額定故障率的計(jì)算. 其計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.

表2 1S260UC斷路器額定故障率的計(jì)算

4 斷路器故障率預(yù)測(cè)

在某新開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，輔助供電斷路器MACB仍選用供應(yīng)商提供的型號(hào)為S260UC斷路器，用于非電源的關(guān)合,選用三刀單擲觸點(diǎn)配置形式.

(1)應(yīng)用MIL-HDBK-217F標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)斷路器工作故障率

其中:λb、πC、πU、πQ、πE的應(yīng)力參數(shù)根據(jù)MIL-HDBK-217F標(biāo)準(zhǔn)得到

(2)應(yīng)用GJB/Z 299C-2006標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)斷路器工作故障率

其中:λb、πC、πU的應(yīng)力參數(shù)根據(jù)表1得到.

(3)應(yīng)用本文理論預(yù)測(cè)斷路器工作故障率

其中,πc、πu的應(yīng)力參數(shù)根據(jù)MIL-HDBK-217F標(biāo)準(zhǔn)得到.

5 結(jié)論

本文說(shuō)明了斷路器故障率預(yù)測(cè)的方法,并重點(diǎn)說(shuō)明了基于以往項(xiàng)目斷路器的運(yùn)行信息，通過(guò)定義額定故障率和額定故障率的計(jì)算,獲得斷路器的額定故障率數(shù)據(jù)并用于新項(xiàng)目的故障率預(yù)測(cè)，并舉例說(shuō)明,通過(guò)本文的介紹,可得到以下結(jié)論:

(1)用GJB/Z 299C-2008[2]標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)斷路器工作故障率, 其故障率給定一個(gè)定值,沒(méi)區(qū)分質(zhì)量等因素,降低了準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)的可信性；而應(yīng)用MIL-HDBK-217F[3]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的故障率預(yù)測(cè)值差別很大;

(2)運(yùn)用已往項(xiàng)目斷路器的運(yùn)行數(shù)據(jù),通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力因素的修正,預(yù)測(cè)新項(xiàng)目中斷路器的故障率,這種預(yù)測(cè)方法更準(zhǔn)確和更可信;

(3)采用本文方法建立斷路器的額定故障率數(shù)據(jù)庫(kù)，也可為設(shè)計(jì)中不同廠家不同規(guī)格斷路器的優(yōu)選提供數(shù)據(jù)支持,為列車可靠性水平提高提供了保證.