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作者有话说


智能电能表安装数量巨大,并且投运后,由于工作环境及运行时间的影响,智能电能表的可靠性会逐渐降低,电力部门会对运行期间出现故障的智能电能表进行维修或替换,对于服役期内未出现故障的智能电能表,根据其设计阶段的平均寿命进行定期轮换,这使得有些满足运行要求的智能电能表被迫轮换,给国家和社会带来了巨大资源浪费。
本文是在“双碳”战略与供应链紧张的双重背景下提出,以服役期内未出现故障的智能电能表为研究对象,结合工程实践,提出一种拆回智能电表剩余寿命预测方案。

拆回智能电能表分拣方案

依据国家电网公司公布的《国家电网公司电能表拆回分拣管理办法》,设计拆回智能电能表分拣方案,主要包含拆回后智能电能表分选、分拣检测及分拣处置分析三个业务环节。

智能电能表分选:智能电能表分选是指在分拣检测前筛选出故障损坏不具备检测条件的拆回电能表,并对具备检测条件的拆回电能表,按照检测需求,完成设备清洁、补上螺丝等分拣检测前准备工作。
分拣检测:分拣检测指应用电能表分拣装置对具备上电检测条件的拆回电能表开展标准化的检测试验。
分拣处置分析:分拣处置分析指综合考虑拆回电能表分拣检测结果、拆回后检定情况、报废处置要求、与供应商协商的处置方式等,分析确认拆回电能表分拣后的处置方式。

其中,对于分拣合格、外观清洁完整且无电池失压、时钟超差等风险的拆回电能表,分拣后为待校验状态,经装用前检定合格后进行加速寿命预测。

拆回电能表加速寿命实验方案


试验前检测试验样本所有功能,对满足加速寿命试验条件的智能电能表进行抽样,样本数不小于5%,并对抽样智能电能表进行编号,试验过程中实时监测智能电能表计量精度,并记录。

试验环境温度为75℃,湿度为85%,依据JJG596-2012《电子式交流电能表》,电压为Un电流为Ib,功率因数分别为1.0、0.5L。功率因数取1.0,负载电流分别Imax、0.5(Imax-Ib)、Ib、0.1Ib、0.5Ib,获得智能电能表的5组误差数据;功率因数取0.5L,负载电流分别Imax、0.5(Imax-Ib)、Ib、0.1Ib、0.5Ib,获得智能电能表的5组误差数据,将获得的误差数据与标准表进行对比,超差判定为失效。
每隔24h记录一次,发现失效即停止该表试验。

加速寿命试验数据统计分析方法

随机选取n台满足加速寿命试验的拆回智能电能表进行加速寿命试验,假设:
(1)设参与加速寿命试验的拆回智能电表为新表;
(2)设拆回智能电表剩余寿命服从单参数指数分布;
(3)在时间时进行观测,并在时停止试验;
(4)测试时间
(5)拆回智能电能表失效时间落入中的数量为
(6)有个失效时间落入内。相关实验数据如表1所示。
表1 试验数据表

其中
记总失效数为,有

因为拆回智能电能表剩余寿命服从指数分布,分布函数为
则一台拆回智能电能表在测试时间间隔内的失效概率为 
(1)

fi拆回智能电能表在测试时间间隔内的失效概率为
(2)

n-f台拆回智能电能表到时未失效的概率为
(3)
似然函数为
(4)
式中:
C为常数。

对式(4)取对数并求导,似然方程为
(5)
试验为每隔24h记录一次,为等间隔,即ti+1-ti,则有
则式(5)可改写为
(6)
化简得
(7)
拆回智能电能表平均寿命θ的点估计为
(8)
平均寿命θ的1-α置信下限为
(9)
式中:

即可得出智能电能表在环境温度为75℃、湿度为85%时的评价寿命置信下限。
加速因子可由下式计算
(10)
式中:
Ea—激活能(eV);
k—玻尔兹曼常数;
T—绝对温度;
RH—相对湿度;
n—常数。

由式(10)在高温/高湿(温度为75℃,湿度为85%)环境下,加速老化时间1h相当于室温下智能电能表寿命为37.118h。
至此,可推断出室温下拆回智能电能表的剩余寿命点估计为
(11)
平均寿命的置信下限为
(12)

试验结果与分析


对于分拣合格的拆回智能电能表,随机抽取500台,按本文第2节进行加速寿命试验,获得的试验数据如表2所示。

表2 拆回智能电能表加速寿命试验数据


由式(8),可得,折合到室温情况下约为6年。
由式(9),可得不同置信度下的平均寿命置信限如表3所示。
表3 不同置信度下的平均寿命置信限

由表3,可得拆回智能电能表在室温条件下,可再用5.3年以上。

结语

设计了拆回智能电能表剩余寿命预测方案,且运用该方案对拆回智能电能表进行剩余寿命预测,结果较为理想,对拆回智能电能表的再利用具有一定的指导意义。
加速寿命试验过程中发现拆回智能电能表存在超差、壳体变形、液晶屏模糊等问题,这些薄弱环节的发现,对提升智能电能表可靠性具有一定的借鉴意义。
加速寿命试验方案采用24h记录一次智能电能表状态,节约了时间和成本。
分组数据的采用,简化了计算模型,提高了模型工作效率,便于工程应用。

引用本文:

周文斌,解进军,段大鹏,刘士峰,靳阳,赵磊,程鹏申.基于加速寿命试验的拆回智能电能表剩余寿命预测[J].环境技术,2022,40(01):53-56+64.

本文作者:周文斌,解进军,段大鹏,刘士峰,靳阳,赵磊,程鹏申

作者单位:国网北京市电力公司电力科学研究

作者简介:周文斌(1979-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:电能表计量和电测技术。

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