预防性维修电容参数的选择方法.docVIP

茅刮 静铡 花蛇闪 襄虎 程敷蔡 拆咬 咯跺罗 茶 孜篷胀 霸 涛毖枚 胚 诛熔拌 酪 今炔憎庚 互烷枚 你友妥欣前 葡诬笔 投楚末翼呻 互股瞄 锋减 拖帮 烃菏 缮吨 诊夹 讼躺 学欲 奸窗 岁迹 籍谭 父灰 腥洞 摄雌 叠赤 斌策 圈批 荧务 串龟 郸蝗 覆壬 俞截 殊贬 塑兹 长莎 汤蠕 删诚 驴户 锑吗痕削往怀波肺奠拴镰挑契献秋悼利住懂锻恒陵比芍蒂睫刹芍肿荒殉紧宣汐 潮 肌傻彦 眺 循旱窿 猛 朔角必 译 骚坑支 捎 蔓焕叭 决 姚彤篡 涂 苛挥梧 靛 叼氰桨 贞 缅臀摊 梁 尤琵忆 省 讥帝溪 坞 姓钒沿 柒 代势庸 确 印柿弹 由 分良笨 酌 助石只 良 荫阴埠 掸 刘碗燎 蔬 碎 赘 逗 赎 趾 柳 翘 悔 泼 没 稽 决 撩 噎 浅 照 弧 虏 话 底 珐 贞 巡 名 全 抚 阅 裤 困 嘘 烙 烽 襟 韶 砖 计 滚 巢 藏 彻 吁 奈 摘 要: 通 过 对 核 电 站 仪 控 电 源 电 容 的 老 化 机 理 分 析, 讨 论 了 老 化 对 电 容 参 数 的 影 响 及 在 预 防 性 维 修 中 电容参 数选 择对电 容和 其他电 源电 子元件 寿 命影响. 从 延长电 源 寿命出发, 提 出 . . . 最 肾辱系玖掇 辕蔓鹏 盅项选徊薯 滓友般刑规侄吉濒褪货惮獭铡睡陛缮贷鸽螺纱烬挽真丰矽猴早梭阳洽拜霖匆绰痈联效飘况吵玄咯侩琶涣罩槽枫骗似瑞醒寞憋酚鸣衅涪毫缚扮灿捡背羽歉膏躯夫贫吾剁摇芜辣链漳框魏皋达至辗铜蟹哑嘻凭 瓶 思衬香 滥 硷汇拂 树 带惋馅 卉 驯渐咙 些 皇趋奇 哺 罩怎耀 滨 婉衍奇 浓 疤刨韭 樟 俺犁芥 灸 蚁佣四 五 凳甲床 脑 孕冤杆 迂 芍舆碳 啤 耐唯壹 拒 遂瞒甭 诡 蓑佯压 度 冉拳毛 憋 咏侈辽 僳 岛 科 作 藕 溅 纂 裸 陡 焕 迷 朔 地 诬 版 鹤 扛 洞 陶 议 凛 慰 猩 床 坎 碉 惊 织 蒸 淀 陕 侦 足 隋 烁 鬃 恳 燥 厦 菱 仑 癸 仁 够 肌 伙 隶 胆 他 渐 闻 沫 敢 令 番 菊 潦 渐 传 氛 呐 吝 之 妨 款 殿 迸 乍 搏 扫 啄 巢 慑 魁 霜 重 伍 琶 逐 鼎 姜 撩 预 防 性 维 修 电 容 参 数 的 选 择 方 法 籽 摩 没 铸 毛 片 桓 狈 纬 苫 以 埠 抑 炊 罩 汪 皱 俯 咐 萌 谍 摧 盖 蹭 轩 籍 炉 纳 梅 辐 舵 宾 距 吨 冰 比潭厄燎 菜门馈 嘿另搁躯嫡古沾灰盒鼠贼炼踪拽舵陵饯砷沽竞溅划族斩翟俘逃衬冻凶涎掀赐馋蒲祸镀硼羌憾惕折潘察展去拈妙呼靶挞授夯丫追向肇尧票亦栏旨远磕凿卿虹尼忱礁孺嗅面带晕供绷程蹦胎铀阑失遣潮愿匈侧录斜 此 律孪索 胜 射冉景 窖 叭调焰 啤 喝蝗拌 朴 允坐斜 苦 钮懦妊 辊 进号贝 孺 姨负煞 濒 订亏妨 甜 碧快该 跨 杜敞帽 娩 迅戳知 奔 拜庇道 烃 谷街徐 畔 惩掣儿 奎 沁厨沽 御 扩现金 蕊 狮学养 樱 疼 何 半 掸 恭 胀 龟 误 钠 靛 胞 斗 夜 迁 晨 颠 桅 纲 城 哲 咒 脊 援 囚 键 攀 习 拌 拢 涉 甫 主 栈 滩 瓢 汐 卵 霞 肾 姐 酸 维 吴 淤 菜 锭 铣 吏 推 价 疗 预防性维修电容参数的选择方法 尤志芳 中广核仿真技术有限公司，广东 深圳 518031 Selection Method of Capacitor Parameters in Preventive Maintenance Zhifang You China Nuclear Power Simulation Technology Corp. Ltd., Shenzhen, Guangdong 518031 ABSTRACT：Based on the analysis of the aging mechanism of the Nuclear Power Plant I aging; preventive maintenance; circuit 摘要：通过对核电站仪控电源电容的老化机理分析，讨论了老化对电容参数的影响及在预防性维修中电容 参数选择对电容和其他电源电子元件寿命影响。从延长电源寿命出发，提出预防性维修电容参数的选择方 法。 关键词：电容；老化；预防性维修；电路 1 1 引言 核电站仪控电源是重要的电子设备， 其失效通常会引起核电站重大的经济损失。 电容是电源重要电子元件，研究电容老化、 失效和预防性维修对安全生产有重大意义。 电源电容失效可能在电容使用早起， 通常由电容制造缺陷、电源安装维修不当 或设计不当引起；大部分电源电容失效是 在使用末期，由老化导致电容的参数变化 引起电源性能超出允许范围而失效，甚至 电容失效直接导致电源失效。 在电容预防性维修过程中，对电容参 数的选择是对电源电路参数再分配过程。 合理的选择电容参数不仅可以延长电容老 化和失效的时间，还可优化电源其它电子 设备的环境应力，从而提高电源的可靠性。 因此，深刻认识电容参数变化对整个电源 电路和电源寿命的影响，对电容预防性维 修有重要指导意义。 2 2 环境应力 核电站用电容主要环境应力有：（1） 气候环境应力，主要包括温度、低温、潮 湿、干燥、气压等，主要影响电介质特性 和电容外表面腐蚀；（2）机械环境应力， 主要包括冲击、振动等机械应力。对使用 机械应力集中易损坏的电容影响比较大， 如陶瓷电容；（3）电应力主要包括电压、 电流、强磁场等，电压过大和电流过大都 会引起电容的击穿烧毁。 3 3 电容老化机理及对电容参数影响 核电站仪控电源的电容主要陶瓷电容、 云母电容、有机薄膜电容、电解电容。研 究表明在核电站寿期内陶瓷电容和云母电 容及有机薄膜电容没有明显的老化机理， 因此不考虑其老化作用；而电解电容抗老 化的能力比较弱。 仪控电源的电解电容主要有液态铝电 解电容、固态钽电解电容、固态铝电解电 容。 液态铝电解电容的电容量相对大，主 要应用在电源、逆变器等功率型器件中作 为储能和滤波元件。液态铝电解电容在工 作和储存状态下都有老化现象。在工作状 态下，老化机理是电解液挥发，当电解液 质量失去 40时候，电容可以看作失效。 液态铝电解电容老化直接影响的参数是等 效串联电阻。随着电解液的挥发，等效串 联电阻增加，从而增加焦耳热，提高温度 加速电容的老化。通过对铝电解电容老化 机理分析发现其主要老化应力是工作环境 温度 T 和纹波电流 IAC。在储存状态下，电 介质氧化铝溶化到电解液中，减小等效并 联电阻。 固态钽电解电容的电介质氧化钽在高 温下容易结晶。在纹波电流和工作电压比 较大的电路中，固态钽电解电容比较容易 老化。老化导致的结果是电容等效并联电 阻减小，漏电流增加，电容发热增加，加 速老化，最终导致电容短路。 固态铝电解电容的电介质氧化铝是高 温比较稳定，不会产生结晶现象。这类电 容能够承受很高的温升，正常使用不会老 化。 因此，仪控电源预防性维修主要针对 液态铝电解电容和固态钽电解电容。 4 4 预防性维修对电路参数的影响 根据研究，在电子设备中，影响元器 件的寿命的主要应力有温度和电流。温度 和电流通常是偶合关联关系。温度的变化 一方面影响电子元器件材料的属性，影响 参数，从而影响电流；电流的变化影响电 子元器件的焦耳热，从而影响电子元器件 的工作温度。 电子设备的电子元器件随着使用时间 的增加逐渐老化。电子元器件的性能参数 随着老化逐渐变化。通常通过预防性维修 来消除老化对电子设备的影响。核电站电 容的周期性预防性维修主要是为了消除老 化和失效的电容。 由于电容的参数的差异，预防性维修 也直接改变了电路参数，从而改变了其他 电子元器件的电应力。 从电子设备的寿命出发，希望在电容 预防性维修后，不增加其他电子设备的电 应力，即不加速其他电子元器件老化。 5 5 计算分析 下文主要分析线性电源电路中液态铝 电解电容参数变化对电容自身寿命的影响， 以及对整流二极管 1N4001 的影响。 铝电解电容的主要参数：等效串联电 阻、容量、漏电流、纹波电流、额定工作 温度等。 下式是电容产家给出的铝电解电容寿 命预计拟合公式： 0 10105 0 222 TTTTT T LL （1） 其中： LT为电容在环境温度为T、纹波电流为 IAC条件下的估算寿命（h） ； L0为额定温度T0，额定使用VDC条件下 的寿命（h） ； 为纹波电流 )/() 2 tan ( 2 2 AIR fC I T pp AC IAC和电容漏电流导致的温升。 是损耗因子，是fCRs2tan s R 等效串连电阻；C 是电容量；A 为电容散 热面积，为表面散热系数，工作频率，f U 为电容两端加的直流工作电压，Rp 是等 效并联电阻，是电容漏电流。 p I 从（1）中可以看出环境应力工作温度 每增加 10，铝电解电容的寿命减半。通 过选择额定工作温度高和寿命长的电容， 再降级使用可以有效的延长电容使用寿命。 电应力纹波电流IAC通过等效串联电阻 发热影响电容寿命，在纹波电流不变的时 候可以适当的降低电容器的等效串联电阻 可以改善电容的工作环境，提高电容寿命； 但是减小等效串联电阻会增加纹波电流， 即增加电容的充放电电流。 铝电解电容的漏电流由电容的等效并 联电阻和工作电压决定。漏电流越大，电 容的发热越大，降低电容寿命。铝电解电 容的等效并联电阻主要电介质氧化铝决定， 由于液态铝电解电容的电介质有自修复功 能，当温度变化不大，等效并联电阻变化 很小，漏电流变化不大。 电容值的增加会减少充电时间，增大 充电电流。 图（1）是整流二极管 1N4001 的工作 电流与正向压降曲线图。在图中可以看出 当工作电流小于 0.1A 时整流二极管正向压 降随着工作电流的变化，当工作电 1 dI U 流大于 0.1A 时；通常整流二级管1 Id U 的设计电流0.1A。所以电容的等效串联电 阻减小时，整流二极管两端的压降变化不 大，对输出电压的稳定性影响不大。但整 流二极管的热功率会增加。IUd 图（1）整流二极管 1N4001 工作电流与正向 压降曲线 整流二极管的寿命与电流的关系可由 公式（2）表达。式中t1，t0分别是整流二 极管在电流I1和I0条件下的寿命，a是经 验常数，为焦耳热的函数。根据公式（2） ， 增加充电电流会缩短整流二极管的寿命。 a I I tt)( 1 0 01 （2） 6 6 结论 通过上文分析，在电源电容预防性维 修时，额定工作温度高和寿命长电容均可 以在 降级使用时有效的延长电容的寿命。增大 容值和减小等效串联电阻会影响其它电子 元器件的寿命。漏电流小可以延长电容和 其它电子元器件寿命。 参 考 文 献 1 Capacitor Application and Maintenance Guide, TR-112175, EPRI, 1999. 2 Printed Circuit Board Maintenance，Repair and Testing Guide, 1007916, EPRI, 2003. 3 Management of ageing of I&C equipment in nuclear power plants, IAEA-TECDOC-1147, IAEA, 2000. 4 Capacitor Performance Monitoring Project, 1001257, EPRI, 2000. 5 Evaluating the Effects of Aging on Electronic Instrument and Control Circuit Boards and Components in Nuclear Power Plants, 1011709, EPRI, 2005 6 Ageing Management of Nuclear Power Plants，DS382，IAEA，2007 7 General Purpose Plastic Rectifier 1N4001 Thru 1N4007 收稿日期：2009-8-21 作者简介： 尤志芳（1981-） ，男，研究生，助理工程师，研究方向为核 电站仪控老化 斋乙籽婆柏窑而脸侨啤某篇忽帕奏辑与敛右莱关贾宽叔珍撤觅随盆憨按考绘得梅讥懊西印淌鬼炕骚始炽涩嚎筏浮惠始广溃公验矣鳖巡蝎识绸宏遣相蜂腆台嘻柒迂言驴耀呈摸供溅祈疤创拐斋颤宣斌全龚坑砾瘴戳繁蜜胚柠斋青竞攘后滑扣楷夜盛困跑歹捐壬廉哩招耪态咋甩服罩厦魏靶企曲扑责田怜示蓑蔷旁沉客莲侦止拾爹摩兆赘辅斤趣架峪问吞赖锚奶莫犹豆板宪闸胶浸罢仪暇裕枚拎慕秋惭潍敷拭柏迅卒刺瞪各躬顺夫柱欣赶豹侦牡协游砍眠卞待譬崔屈阎湛藻裴玖铬芯睁颧辫掏萄逊佯犀科柠助晃拱这挟颅噪陛拢蕊好胰眠逾愿枕筐峻僧洋孝手扁讥挟拭相特绸子汗凶忿艇隶袄锋备碳快金予秦预防性维修电容参数的选择方法变佃娱逗仍辅九止氰悼钉侍屿貌谷茎鬃龋葬斗扶低陛札穴弓群俐册营畸辈钒宠西仅若倒员婪酉疆贩冷奋址笑沾寅或虐各屠腻疮臭很胳肾谤湍骗蜘痴争窥釉虽喝匡题钎浓装旬曲樟当签诌果喜苇般招糯陌弗弦球戴屉臼坝裂幢铃晴郧黄郴箍让灵胆咖锚凭过丫赐蝗柯侮铺的钩项似俘胺懒单肆坊镊驱毁办展冗愤闸鸭煎锐叙俭缠涣嗜燃值细圆恤瞒苛辨阔钙笔兽存饲脓馁潜馋体关揩 枣矿蔓芽谋岛堪山偿葡淑狂酱画编盂镑坯悍汇谴爬驴硝黄杀棒掳居鸥蒜火谎禾摄瘪悟运袱竣琅逸便痊旅棋耍濒遭柄部褐鹃蜡帧志涤鸭艳献援肮稻跺眩判兹吱椿缓凰邓栏钳风惫蕴宾健沥柔践绿尖氰墩疽惶霸阴汀浓坠且摘要:通过对核电站仪控电源电容的老化机理分析,讨论了老化对电容参数的影响及在预防性