电气设备全寿命周期管理探讨.doc

电气设备全寿命周期管理探讨摘要：随着电网结构的扩延和城乡电网改造力度的加大,供电企业中电力一次设备的安装、检修、运行维护及其技术管理的工作量十分巨大,存在着一次设备检修安装人员数量不足和工作量太大的问题。现行的电力一次设备定期检修、到期必修方式,与大部分设备状态良好之间的矛盾,越来越突出,也难以实现供电企业节能增效的目标。本文从分析设备管理现状入手,提出了以电力一次设备状态为基础的全寿命周期组合化管理体系。关键字：电气设备寿命 设备失效机理1电器设备损坏原因分析电子电气系统及其所属设备，在规定的贮存条件下长期贮存、定期检测，需要时短期一次使用。那么，长期贮存过程，设备在温度、湿度、时间三因素的作用下，贮存寿命究竞有多长?设备的贮存失效模式是什么?与之相应的失效机理和应力作用关系如何?在基本弄清这些问题之后，本文论证的焦点是：对造成设备失效(故障)的应力能否提高，以便模拟并加速贮存试验，为寻求设备的贮存寿命而缩短贮存试验时间。电子电气设备由大量的元器件、零件、材料所组成 对温度加速试验的研究，必须以失效机理为核心，将元器件、零件、材料的失效微观本质与宏观的失效模式相结合。外部应力和时间是诱发失效的外部因素。应力、失效机理、失效模式之间存在着密切的关系。但由于事物的复杂性，不同应力可以诱发不同的失效机理，而同一失效机理也可由不同的应力所诱发。由于构成电子电气设备的元器件、零件、材料的多样性，本文只能归纳描述。2 贮存过程设备失效机理的研究21 单独温度对电子电气设备失效机制的分析构成设备的电子电气元器件、零件、材料在贮存过程发生失效，是由于氧化、析出、电气性能变化、热老化、扩散、蒸发、疲劳等原因。一般说来，当元器件、零件、材料的这些有害反应发展到一定限度的时候，失效随之发生。而由它们构成的设备表现为性能参数变化、绝缘性能降低、结构连接件损坏等。温度对退化所起的作用，通常以阿伦尼斯模型来描述。此模型的基础是化学反应原理和实践经验的总结。现在我们要讨论的问题是：在库房贮存温度下，电子电气设备是否按阿伦尼斯模型而老化?a构成电子电气设备的元器件、零件、材料的活化能E对贮存寿命的影响，在常温下E 大的元器件、零件、材料构成的设备，寿命也就愈长。b化学稳定的物质在常温下不易退化。因此，对活化能较高的物质，在贮存温度下就很难活化由它们构成的元器件，零件和设备就不易退化。从以上讨论得出，贮存过程单独温度因素对设备寿命影响的结论如下：a不是所有的电子电气设备在贮存状态下，都按照阿伦尼斯方程在贮存温度作用下而老化 具体设备要具体分析b部分构成设备的元器件、零件、材料有老化现象。在单一贮存温度作用下的贮存寿命是很长的。纯粹的热退化过程一般是很慢的。c由构成设备的元器件、零件、材料的自身物理化学性能所决定的短寿命设备，不属随温度老化的失效机理。这里不予讨论。22 温度对贮存寿命试验能否加速对于符合随温度老化的元器件、零件、材料来说，由经验可知，温度每提高10，寿命就相继缩短了121t3。这一关系称为“1O法则”。然而对具体的电子电气设备能否进行温度加速贮存试验，要对构成设备的元器件、零件、材料的化学物理性能和失效机理作具体分析，从中找出贮存温度是否是引起性能退化的主要因素。原因是：a在贮存温度下，元器件、零件、材料的纯粹热退化过程一般是很慢的有些材料的热退化只有在特别高的温度下才会发生。b电子电气设备整体进行温度加速贮存试验 温度的提高受制备工艺的限制，如有些粘接件的温度不得高于90。较低的加速温度不能激发元器件、零件、材料的热退化效应 这样的加速贮存试验效果是不明显的。c要分析设备中能发生热退化的关键元器件、零件、材料对设备性能和对贮存寿命的影响。只要该部位符合阿伦尼斯模型，该设备就可进行温度加速贮存试验。例如，航空陀螺电机DT一2A的寿命与轴承润滑脂的化学反应有关。而该反应率与温度的关系既符合阿伦尼斯模型，又是影响陀螺电机性能的关键。该陀螺电机整体进行温度加速贮存试验就是很切合实际的。23 湿度对电子电气设备贮存寿命的影响贮存中的设备，湿气通过吸附、凝露、吸入、渗透四种方式进入元器件、零件、材料之中，它对产品的危害有直接作用和间接作用 贮存期间构成设备的电子元器件、零件、材料可能出现的失效模式和原因，根据美国“环境科学协会 和我国部分统计资料，归纳如下：a塑料封装韵电子元器件(晶体管，双极型和CMOS集成电路等微电子器件)，长期贮存时，压倒一切的重要因素是制备期间带进的化学污染和吸入的湿气。水气是影响长期贮存可靠性的最重要因素。因为潜在关键部位的制造疵点，包括制备过程残留的化工物质、各种化学污染、颗粒物质、易碎材料的裂纹。这些本来存在疵点的部位随着贮存过程而吸入水气，增加了离子杂质的运动能力，使微电路腐蚀。水气和某些残留化学物质的作用引起电路退化。水气将引起芯片金属线的电化学腐蚀，最终导致开路。半导体器件活跃的表面态，通过封装内部或外部的粘污杂质，通过渗透的水气，造成金属腐蚀。b.电阻器吸潮后，涂釉、涂黩电阻器针孔析放出潮气导致击穿。潮气使精密线绕固定电阻器快速失效 薄膜电阻的阻值不稳定，误差增加。c线圈，潮气使电感变化。d电容器，潮气渗入固体介质，增加可导致击穿的损耗。耐压降低。e继电器，潮气进入继电器会进一步加速线圈的腐蚀，扩大有机污染源。潮气会直接加速触点表面材料的氧化，使触点腐蚀，增加接触电阻。f连接器潮气造成终端短路；腐蚀造成电气接触不良。g插头、插孔，绝缘材料吸潮后，耐压降低 腐蚀和灰尘作用使接触电阻增大。h变压器，长期吸潮，绕组腐蚀，造成短路或断路。绝缘层吸潮，耐压降低。铁心顶端氧化层不断增厚 。i橡胶密封件，绝缘件受潮后老化变质、脆裂、发粘、弹性减弱以至失效。吸入水分的绝缘材料会使绝缘电阻和抗电强度降低。j潮气使金属表面涂层脱落，引起或加剧金属间的电化学腐蚀应力腐蚀，表面氧化和电解等。金属的表面锈蚀使接触电阻增加。24 温度和湿度联合作用对电子电气设备贮存寿命的影响设备贮存过程，湿度对其寿命的影响，还可和温度的综台作用使设备生成霉菌。霉茵对元器件、零件、材料有破坏作用。这些有机物的生长必须要求有食物、水份、氧气和温度。研究证实霉菌生长的理想温度2040，最佳的相对湿度是85100 。霉菌起因于污染，处理不当的聚合物。霉茵能从生霉的材料蔓延到不生霉的材料。贮存中避免霉茵的关键是保持设备的干燥和清洁。温度能加速湿度对元器件、零件、材料的渗透、腐蚀、氧化、电解等作用。25 贮存环境的温度和温度哪个对电子设备危害大21节分析了贮存温度对贮存中的电子电气设备的寿命影响是轻微的(和温度直接相关可老化的元器件、零件、材料除外)。23节和24节分析了贮存环境的湿度除对贮存中的电子电气设备有单独的危害外，还有和温度相互联合的危害，但湿度要比贮存温度对设备的危害大。用以下的事实还可以来说明：(1) 如果在完全干燥，温度较低而恒定的环境中贮存，制备良好的半导体器件和集成电路可以几十年维持稳定。这个结论已被美国海军辅助中心实验室所证实 。(2) 把可靠的器件放在一个温度恒定的、充氮气的试验箱内贮存数年，发现器件的退化率很低。(3) 工作器件的温度一般远远超过器件的贮存温度，所以贮存中的器件随温度的退化速率远小于工作器件随温度的退化速率。半导体器件的工作损耗期至今还未测到，因此它在贮存中的热退化效应是微不足道的。(4) 经验可知，长期贮存的电子电气设备，隔一段时问通电工作，以便把潮气从设备内的器件、零件中驱散出来，有利于某些化学反应的停止，更能延长贮存设备的寿命。3 结论(1) 在较为恒定的温度环境中贮存，最重要的作用有化学应力和较弱的热应力。化学应力来自污染物、制备过程残留的化合物和湿气。电子电气设备和构成它们的元器件、零件、材料中的水气是腐蚀或诱发失效最重要的因素。(2) 如果设备保持干燥和清洁，并密封包装充干燥氮气，或采用综合封存技术 ，可使设备贮存相当长的时间。贮存过程单纯热应力使电子电气设备的退化速度是非常慢的。(3) 单纯温度加速贮存试验，只适用于化学活性较强的元器件、零件和材料，如电池的活性物质、炸药 、橡胶、塑料、硅凝胶、环氧树脂等材料及其制备物。(4) 阿伦尼斯方程及导出的10法则，不能普遍应用于电子电气设备，而应具体分析影响设备性能的关键元器件、零件、材料是否随温度的作用而老化，应有选择地进行。(5) 。如果设备在贮存过程没有防潮保护措施，那么长时期湿度的作用要比温度的作用对设备的危害大。但目前还没有描述湿度(或和温度联合作用)对电子电气设备加速贮存寿命试验的数学和物理模型，加速系数难以计算。湿度(或和温度联合作用)加速贮存寿命试验难以进行。(6) 如果经分析，电子电气设备并没有关键的元器件、零件、材料或整体性能在贮存过程受温度作用而符合阿伦尼斯退化模型，又无特殊的防潮措施那么，这些设备还是在自然环境下(温度O35 ，