電氣自動化控制設備可靠性測試方法分析

孫偉，甄力，王彥貞，胡寶玲

（河北軟件職業技術學院，河北保定，071000）

1 當前我國電氣設備自動化中存在的問題分析

1.1 電氣設備元件質量有待提升

在電氣設備控制設備當中，其中每一個元件都有可能會影響到自動化功能的實施效果，因此，必須要保證電氣設備元件的高質量。目前導致我國電氣設備自動化水平提升速度較慢的一個核心原因便在于元件質量不能很好地滿足自動化標準。近些年，我國范圍內出現了諸多生產元件的企業和工廠，但是這些企業和工廠在發展壯大過程中都遭遇到了一個瓶頸，那就是缺少核心技術的支持[2]。縱觀我國當前生產電氣設備元件的這些企業和工廠，其日常業務多是在進行機械化、重復性的生產，有很大一部分企業和工廠都缺少質量體系的支撐，元件質量管理也欠缺完善性和系統性。此外，在該市場當中，市場競爭機制的不合理也導致了同類型企業工廠之間的惡性競爭，企業和工廠不得不將更多精力投放到市場競爭上面，很難再拿出足夠的資本和精力去發展技術，電氣設備元件質量提升速度也比較慢。

1.2 電氣設備工作環境維護工作不到位

在電氣設備自動化水平的影響因素當中，電氣設備的工作環境在其中也發揮著不容小覷的影響力。如果電氣設備的工作環境比較惡劣或者存在一些問題，那么其便會在不同程度上影響和干擾到電氣設備自動化操作的順暢性，久而久之，電氣設備自身的性能也會慢慢隨之下降，電氣設備當中的一些內部構件也可能會因此受到損壞。

2 電氣自動化控制設備可靠性測試方法闡述

2.1 實驗室測試方法

實驗室測試方法，對電氣自動化控制設備的可靠性測試主要是通過模擬的方式來實現。利用實驗室測試方法來對電氣自動化設備的現場使用條件進行模擬，檢測電氣自動化控制設備在遇到各種問題和情況時的反應，在實驗過程中做好各項數據信息的統計，再分析系之后明確檢測設備的可靠性指標。

實驗室測試方法有利也有弊。其優勢體現在，實驗室測試方法可獲取到比較高質量的數據信息，而且操作也相對簡單一些，因為一切都是在實驗操作可控范圍之內，受外界因素影響比較小，而且其可以通過反復多次的實驗來驗證電氣自動化控制設備的效果。其弊端主要體現在，鑒于實驗條件的局限性，需要準備數量較多的試驗品，而且實驗的成本和費用都是比較高的[3]，此外所選產品的批量和成本因素也有可能影響到實驗成果。目前而言，實驗室測試方法主要應用于大批量產品生產當中，其應用效果也是比較理想的。

2.2 現場測試方法

現場測試方法，即在真實的現場環境當中來測試電氣自動化控制設備的質量。一般現場測試會選擇和電氣自動化控制設備實際運用環境相似度比較高的地方。如此一來，通過現場測試方法獲得的數據也會更加真實一些，而且也可以在現場測試方法當中獲得實際運行過程當中監測設備的諸多參數，為后續實際應用提供重要參考依據。

與實驗室測試方法不同，現場測試方法成本相對較低，因為其對測試所使用的測試設備要求并不像實驗室測試方法那么高，而且借助環境資源和優勢，也可以減少一定的測試費用，縮減測試成本。

目前，現場測試方法主要分為三種模式：其一，可靠性在線測試，何為在線測試，顧名思義，即測試是在電氣自動化控制設備實際運行過程中進行的，并不需要暫停電氣自動化控制設備，也不會影響整個生產鏈條的運行。其二，脫機測試，脫機測試，即把需要檢測的元件從電氣自動化控制設備當中取下來，由專業的檢測設備專門對這些元件進行測試。其三，停機測試，顧名思義，就是要停止電氣自動化控制設備運行狀態，再對其進行測試。其具體如圖1所示。

圖1 可靠性現場測試法構成圖

在這三種測試模式當中，脫機和停機測試的具體操作要簡單一些，因為設備都是處于停止狀態，并不需要考慮對設備運行所產生的影響，這兩種測試更適合應用在一些相對簡單的電氣自動化控制設備當中。而在線測試主要被應用在一些復雜的自動化控制系統當中，對于這類電氣自動化控制設備而言，其必須要在運行狀態時才能夠判斷出準確的位置，因此，必須要選擇在線測試的方式。

現場測試的可靠性要更強一些，和實驗室測試方法相比，其不同點主要體現在：第一，實驗室測試方法中所使用到的測試儀器和設備都要更加先進和高端一些，但因為不便于搬運到現場操作和使用，所以現場測試方法只能使用條件一般的測試儀器和測試設備，為了彌補這一缺憾，在現場測試中就還需要采用更好的測試手段和方式。第二，一般情況下，電氣設備自動化的線路板會安裝在封閉機箱的內部，所以在引進測試信號時會有一定的難度，現在有很多電氣自動化控制設備在一開始的設計階段就為其測試方法留足了空間，通常會提前預留出測試用的插座，但是，因為在實際測試中還需要比較長的信號線，因此，便使得現場測試安裝和連接工作難度變大。

2.3 保證實驗方法

關于保證實驗方法，其和實驗室試驗方法與現場測試方法都不同，保證實驗方法針對是出廠之前的電氣自動化控制設備，即按照既定的要求來對電氣自動化控制設備進行出廠前的故障試驗。通常情況下，由于一種電氣自動化控制設備當中包含著非常多的元件，所以故障模式中隨機性會非常大，在故障測試當中可以看出故障呈指數分布，換而言之，電氣自動化控制設備的功能失效率是處于變動狀態的，其會隨著時間的變化而不斷改變，保證實驗方法是對電氣自動化設備早期失效情況所進行的測試。基于現實情況考慮，電氣自動化控制設備都是大批量加工制造出來的，即使是采用保證實驗方法來進行測試，其也不能保證對全部電子自動化控制設備來進行測試，所以只能是隨機選取同一批次中的少量樣品來進行可靠性測試，從樣品測試結果中來判斷同一批次電氣自動化控制設備的可靠性。

3 電氣自動化設備控制可靠性測試案例分析——以某一水電站的電氣設備為例

3.1 水電站發電控制設備——勵磁系統

勵磁系統的構成主要包括功率柜、滅磁開關子系統、勵磁控制系統以及調節器等。勵磁系統中的各個組成部分都有著非常緊密的關聯性，如果該系統當中的任何一個組件出現了問題，那么勵磁系統的整個運行效果都會受到影響，甚至會造成整個勵磁系統的癱瘓。由此可見，不同子系統之間是存在一個或門關系的，而且在不同的子系統內部對也都存在著或門關系。

圖2 水電站勵磁系統原理圖

3.2 電氣自動化控制設備元件的可靠性指標

首先，可修復元件的可靠性指標：水電站發電系統中所運用的電氣自動化控制設備元件，有很大一部分是可以修復的。關于這部分可修復元件的可靠性指標，其具體體現在可用率與不可用率、可靠度與不可靠度兩個方面。其一，關于可用率與不可用率，可用率就是元件在正常使用狀態下的正常工作的概率，而不可用率，就是元件在正常使用狀態下出現不正常工作的概率。可用率與不可用率的具體數值相加是等于一的。其二，關于可靠度與不可靠度。何為可靠度，即元件在實際使用過程中，在一定時間段內不會出現問題且一直正常工作的概率。而其中一定時間段指的是元件從開始工作到出現第一次故障時所經歷的時間。而不可靠度，指的是元件從開始正常工作到某個時間段內第一次沒有正常工作的概率。這一對可靠性指標數值相加也是等于一的。

其次，不可修復元件的可靠性指標：對不可修復元件的可靠性進行分析時，壽命和時間是非常重要的要素，壽命本身屬于一個連續性隨機變量，通常會用概率分布函數去對它的分布規律進行描述，即F(t)=P{T≤t}，這其中，t代表的便是這個不可修復元件的使用壽命和時間。

4 如何準確選擇合適的電氣自動化控制設備可靠性測試方法

選取什么樣的測試方法會在很大程度上影響著電氣自動化控制設備的使用效果，因此，必須要綜合考量多重因素之后再確定采用哪一種測試方法，其需要對實驗環境、產品類型、實驗程序以及其它具體情況進行全面考察。電氣自動化控制設備可靠性測試前提條件如圖3所示。

圖3 電氣自動化控制設備可靠性測試前提條件

4.1 如何確定實驗場地

針對電氣自動化控制設備的可靠性測試，在確定試驗場地時首先需要明確測試的目的是什么，要根據測試的實際目的去確定選擇什么樣的實驗場地。比如，需要對電氣自動化控制設備在成長運行使用中的可靠性進行測試，或者是要獲取到更加準確的數據信息，那么在選擇實驗場地時就要盡可能選擇和該設備實際工作環境接近的場所。再比如，如果是要對電氣自動化控制設備中的一些特定指標進行檢測，那么就必須要結合具體情況謹慎選擇試驗場地，確保實驗場地的適配性。

4.2 如何正確選擇實驗產品

在對電氣自動化控制設備可靠性進行測試時，所選擇的實驗產品必須要具備該類產品的典型特征，而且要具有一定的代表性。目前，伴隨著科學技術的不斷創新和運用，電氣自動化控制設備的種類變得越來越多。從產品運行角度來分析，實驗室常用的設備可分為兩種類型，一種是可連續運行使用的設備，另一種是間斷性運行的設備。從規模型號來看，實驗產品可分為大中小微四種類型。

4.3 如何正確選擇實驗環境

不同類型的電氣自動化控制設備，對工況的要求也是不同的。一般情況下，在測試電氣自動化控制設備的可靠性時首先會選擇非惡劣實驗環境，因為在非惡劣實驗環境當中，電氣自動化控制設備所處應力會更低一些，尤其獲得的可靠性測試結果也會更加客觀和準確。

4.4 如何正確選擇實驗程序

在對電氣自動化控制設備的可靠性進行測試的過程中，采用什么樣的實驗程序對其可靠性測試結果有著至關重要的影響。通常情況下，專業技術人員會根據所要測試的電氣自動化控制設備類型以及實際環境等因素來確定適用什么樣的實驗程序。在實驗程序當中，其需要明確清楚各項可靠性指標的記錄情況、實驗時間間隔以及實驗數據的收集方式等，并對實驗過程中可能出現的意外情況做出預測和制定出切實可行的應急保障措施。在電氣自動化控制設備的可靠性實驗操作中必須嚴格執行相關規范要求，以此來保證獲得準確、可靠的實驗數據。

4.5 如何科學組織實驗工作

在電氣自動化控制設備可靠性測試當中，實驗組織工作也是其中至關重要的組成部分，要想確保實驗測試結果的理想性，就必須要確保試驗組織機構足夠合理、嚴謹以及高效。實驗組織工作主要包括實驗場所的管理、具體工作的協調與安排、參與實驗人才的確定和管理以及收集整理實驗數據、科學處理實驗結果等等。除此之外，實驗組織工作還包括對可靠性設計工程師、設備制造工程師、實驗現場工程師的工作進行組織協調，確保工作的高效推進。

5 結束語

目前關于電氣自動化控制設備可靠性的測試方法主要包括實驗室測試、現場測試以及保證實驗三種方式，在這三種方式當中，現場測試方式的適用范圍要更為廣泛一些，其也是這三種方式中實用性最高的一種測試方式，但這并不意味著在選擇電氣自動化控制設備的可靠性測試時就必須要首選現場測試方式，其還是要根據電氣自動化控制設備類型、測試目的等因素來進行綜合考量，最終選擇出一種更為合適的可靠性測試方法。