基于Peck溫-濕模型的智能電能表可靠性與壽命測評

關鍵詞：MTTF；Peck溫-濕模型；智能電能表；可靠性與壽命；測評

中圖分類號：TM933；TP391.92 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0183-03

智能電能表是用戶側電能計量體系中廣泛應用的基礎單元。為了滿足對智能電能表可靠性壽命的要求，相關研究的成果將有助于提高電能表的質量和可靠性，并加快產品研發與市場推進的速度[1-4]。如提出基于灰色理論的智能電表加速老化壽命分析方法[5]。提出基于溫濕度應力回歸分析的智能電能表加速老化壽命分析方法，該方法建立電能表計量誤差均值估計值與加速壽命之間的關系函數[6]。提出基于加速壽命試驗的智能電能表剩余壽命分析方法[7]。常規的加速壽命試驗周期長、成本高，本研究提供一種操作簡單、低成本的智能電能表加速壽命試驗方法。基于平均無故障工作時間（MTTF）與Peck溫-濕模型，進行了電能表的加速壽命試驗與評價方法的研究。通過在應力選擇、參數模型和試驗時間等方面進行分析，設計出了適用于電能表的加速壽命試驗方案。

1試驗方案設計

根據可靠性要求，設計和選用元器件的目標是確保電能表產品的使用壽命不低于15年[8-10]。壽命保證期內允許的故障率如表1所示。

當電能表運行15年的可靠度不低于9%[11]，即在運行15年時，電能表的可靠度大于91%。

1.1產品壽命特性和置信度

針對新設計的產品，在進行加速壽命試驗時，需要定義產品壽命特性和置信度。一種常見的壽命特性定義是產品運行Y年后出現F％的失效情況。在這里，引用了電能表產品可靠性標準，并確定了典型的置信度為50%。根據該標準，要求電能表在運行15年后，失效率低于9%[12-14]。通過明確壽命特性和置信度，可以更加準確地評估產品的可靠性。

2試驗結果與分析

本方案利用環境試驗箱，三相電能表耐久性試驗裝置對樣表進行測試，并通過RS485與上位機通信，通過上位機軟件實現對樣表功能及通訊的測試。

DDZM285-Z型單相智能電能表，總計22只表，經過了28d的加速壽命試驗。在試驗過程中，共出現3只電能表失效。478號的C02失效為工藝問題，非可靠性問題；469號的C02失效為固件問題。因此，將470的I04失效記為可靠性失效。

由于在整個試驗過程中，僅僅出現了1只電能表IO4失效，僅1次失效不能進行失效分布擬合分析。因此針對本DDZM285-Z型單相智能電能表僅計算MTTF值。計算結果如表3所示。

對比結論：（1）滿足整體15年可靠度91%的要求，試驗后該智能電能表的可靠性評估為：15年RT=91.92%；（2）其中第9、10年不可靠度為0.61%、0.67%，大于標準0.60%、0.65%的要求。

DDSK285-Z型單相電子式費控電能表MTTF計算結果如表4所示。

由表4可知，MTTF=11453.4/365=31.4年。可以看出DDZM285-Z型單相智能電能表相對于DDSK285-Z型單相電子式費控電能表提升了47倍。

3結語

智能電能表的可靠性和使用壽命是電網公司和電能表生產商共同關心的問題，為了驗證智能電能表的壽命，本文提出了基于MTTF和Peck溫-濕模型的電能表加速壽命試驗方案。通過對試驗樣表進行加速壽命試驗，驗證智能電能表的可靠性是否滿足要求，并發現了可靠性設計方案和元器件等方面存在的缺陷。這種試驗方法可以為壽命預測提供一種有效的方法。結合這些發現，可以改進智能電能表的設計和制造，提高其可靠性、延長使用壽命，并降低全壽命周期的使用成本。