电器可靠性基础知识讲座_2013-12-5

1、1 电器可靠性基础知识电器可靠性基础知识 讲座讲座 河北工业大学河北工业大学 陆俭国陆俭国 20132013年年1212月月5 5日日 2 目目 录录 概述概述 l 前言前言 l 国外电器可靠性工作概况国外电器可靠性工作概况 l 国内电器可靠性工作概况国内电器可靠性工作概况 l 近年近年IEC可靠性标准的新动向可靠性标准的新动向 l 我国电器可靠性工作的发展前景我国电器可靠性工作的发展前景 可靠性基础知识可靠性基础知识 l 失效密度函数与累积失效分布函数失效密度函数与累积失效分布函数 l 电器产品可靠性特征量电器产品可靠性特征量 l 电器产品可靠性特征量之间的关系电器产品可靠性特征量之间的关系

2、 3 概述概述 一、前言一、前言 电器产品的可靠性是指产品在规定的条件下及电器产品的可靠性是指产品在规定的条件下及 规定的时间内完成规定功能的能力，产品的可靠规定的时间内完成规定功能的能力，产品的可靠 性是产品质量的一个重要组成部分。产品的质量性是产品质量的一个重要组成部分。产品的质量 严格说起来应包括其性能及可靠性两个方面，一严格说起来应包括其性能及可靠性两个方面，一 个产品尽管其性能指标很高，但若其可靠性不高个产品尽管其性能指标很高，但若其可靠性不高 的话，就不能算是一个质量好的产品。的话，就不能算是一个质量好的产品。 一个自动控制系统的可靠性基本上取决于该系一个自动控制系统的可靠性基本上

3、取决于该系 统所用元件的可靠性。随着系统向大型化方向的统所用元件的可靠性。随着系统向大型化方向的 发展，一个自动控制系统所用元件的数量越来越发展，一个自动控制系统所用元件的数量越来越 多，只要其中一个元件发生故障，一般就可导致多，只要其中一个元件发生故障，一般就可导致 整个自动控制系统发生故障，而可能造成重大经整个自动控制系统发生故障，而可能造成重大经 济损失，所以自动控制系统中所用的电器元件的济损失，所以自动控制系统中所用的电器元件的 可靠性就显得越来越重要。可靠性就显得越来越重要。 4 智能电网的高压配电系统与低压用电系统智能电网的高压配电系统与低压用电系统 中使用了各种电器产品，如果这些

4、电器产品发中使用了各种电器产品，如果这些电器产品发 生故障就导致电力系统与高低压配电系统发生生故障就导致电力系统与高低压配电系统发生 故障而造成停电事故，甚至会危及供电线路和故障而造成停电事故，甚至会危及供电线路和 用电设备的安全，它所造成的经济损失将更为用电设备的安全，它所造成的经济损失将更为 巨大。因此，开展各种电器产品的可靠性研究巨大。因此，开展各种电器产品的可靠性研究 与应用工作具有十分重要的意义。与应用工作具有十分重要的意义。 可靠性技术是在第二次世界大战后发展起来可靠性技术是在第二次世界大战后发展起来 的一门重要技术。可靠性研究始于美国，在的一门重要技术。可靠性研究始于美国，在20

5、 世纪世纪40年代美国深入开展电子元件和电子设备年代美国深入开展电子元件和电子设备 的可靠性研究，并制订了有关可靠性管理、可的可靠性研究，并制订了有关可靠性管理、可 靠性设计及可靠性鉴定等方面的标准。靠性设计及可靠性鉴定等方面的标准。 5 到到上世纪世纪60年代，美国在电子产品的可靠年代，美国在电子产品的可靠 性研究方面已逐渐成熟，这对提高美国电子产性研究方面已逐渐成熟，这对提高美国电子产 品的可靠性起了很大作用。美国从上世纪品的可靠性起了很大作用。美国从上世纪70年年 代起可靠性工作逐渐扩展到机械、电力、电工代起可靠性工作逐渐扩展到机械、电力、电工 及化工等工业部门。美国是世界上从事可靠性及

6、化工等工业部门。美国是世界上从事可靠性 研究最早、范围最广、最有成效的国家。原苏研究最早、范围最广、最有成效的国家。原苏 联、日本、德、英、法等国在美国之后也积极联、日本、德、英、法等国在美国之后也积极 开展了可靠性工作，并取得了不少进展。开展了可靠性工作，并取得了不少进展。 6 可靠性工作内容如图可靠性工作内容如图1所示，它包括所示，它包括 可靠性设计可靠性设计 可靠性制造可靠性制造 可靠性试验与可靠性评价可靠性试验与可靠性评价 失效信息的收集失效信息的收集 失效分析失效分析 可靠性增长试验可靠性增长试验 可靠性管理可靠性管理 7 可靠性设计可靠性设计可靠性制造可靠性制造可靠性筛选可靠性筛选

7、 失效分析失效分析可靠性试验可靠性试验 现场使用现场使用 图图1. 可靠性技术基本内容的框图可靠性技术基本内容的框图 信息反馈信息反馈 失效产品失效产品 8 二、国外电器可靠性工作二、国外电器可靠性工作概况概况 1、可靠性标准的制订、可靠性标准的制订 国外的电器公司与各种国际机构（如国外的电器公司与各种国际机构（如IEC、 IEEE等）中，可靠性工作都很受重视，一些著等）中，可靠性工作都很受重视，一些著 名的电器公司都设有可靠性管理部门或设有专名的电器公司都设有可靠性管理部门或设有专 职的可靠性工程师。有些电器产品已规定了可职的可靠性工程师。有些电器产品已规定了可 靠性指标，有些电器产品虽还未

8、规定可靠性指靠性指标，有些电器产品虽还未规定可靠性指 标，但在公司内部已开展可靠性研究工作，产标，但在公司内部已开展可靠性研究工作，产 品可靠性的高低已成为国外各公司间竞争的重品可靠性的高低已成为国外各公司间竞争的重 要手段。要手段。 9 IEC在在1965年成立了技术委员会年成立了技术委员会TC56（可（可 靠性与维修性技术委员会），至今已发布了不靠性与维修性技术委员会），至今已发布了不 少关于可靠性与维修性方面基础性或共性的标少关于可靠性与维修性方面基础性或共性的标 准：如准：如IEC300可靠性与维修性管理可靠性与维修性管理，它为，它为 产品在制订可靠性与维修性时提供管理导则，产品在制订

9、可靠性与维修性时提供管理导则， 还作为还作为ISO9000系列标准的补充文件提供有关系列标准的补充文件提供有关 可靠性方面的内容；还有可靠性方面的内容；还有IEC605设备可靠性设备可靠性 试验试验与与IEC706维修性导则维修性导则。IEC605是关是关 于设备（于设备（既既可指电子设备，也可指电工设备或可指电子设备，也可指电工设备或 机械设备；既可指元件，也可指装置）可靠性机械设备；既可指元件，也可指装置）可靠性 试验方面一套较为完整的基础性标准，它规定试验方面一套较为完整的基础性标准，它规定 了设备可靠性验证试验和可靠性测定试验的总了设备可靠性验证试验和可靠性测定试验的总 原则、具体程序

10、及试验方案。原则、具体程序及试验方案。 10 在电器产品可靠性标准的制订方面，在电器产品可靠性标准的制订方面， IEC255电气继电器标准中的电气继电器标准中的IEC255-0-20电电 气继电器的触点性能气继电器的触点性能及及IEC255-19机电式机电式 有或无继电器的质量评价有或无继电器的质量评价等标准都有可靠等标准都有可靠 性的内容；性的内容；IEC近期发布的标准近期发布的标准IEC60050-444 “电工术语电工术语 基本继电器基本继电器 ”的的444-07节中也列节中也列 入了入了12条关于可靠性方面的术语。条关于可靠性方面的术语。 美国于美国于1964年发布了军用标准年发布了军

11、用标准MIL-R- 39016有可靠性指标的电磁继电器总规范有可靠性指标的电磁继电器总规范； 日本于日本于1980年发布了日本工业标准年发布了日本工业标准JIS C 5440 可靠性要求的控制用小型继电器通则可靠性要求的控制用小型继电器通则； 11 前苏联于前苏联于1983年发布的年发布的O C T 12434-83 低压低压 开关电器通用技术条件开关电器通用技术条件中规定产品的可靠性中规定产品的可靠性 要求和可靠性试验方法；德国的要求和可靠性试验方法；德国的VDE0660低低 压开关电器规范压开关电器规范中规定：中规定：“产品机械寿命和产品机械寿命和 电寿命的额定值是取占电寿命的额定值是取占

12、90%的接触器所能达到的接触器所能达到 的极限通断次数的极限通断次数”，这意味着用可靠寿命（可，这意味着用可靠寿命（可 靠度等于靠度等于0.9）的概念来考核接触器的机械寿命）的概念来考核接触器的机械寿命 和电寿命。和电寿命。 12 法国在工业用控制设备法国在工业用控制设备接触器标准接触器标准 NFC63-100中规定：中规定：“对成批生产的电器，特对成批生产的电器，特 别是约定发热电流小于或等于别是约定发热电流小于或等于40A的电器，机的电器，机 械寿命是在有代表性的样机上以重复方式进械寿命是在有代表性的样机上以重复方式进 行试验的，制造厂在统计了试验结果后给出行试验的，制造厂在统计了试验结果

13、后给出 产品的机械寿命值产品的机械寿命值”，这实际上也是规定了，这实际上也是规定了 用可靠性的概念来确定接触器的机械寿命。用可靠性的概念来确定接触器的机械寿命。 13 2、可靠性试验研究、可靠性试验研究 美国、日本在继电器的可靠性寿命试验中已美国、日本在继电器的可靠性寿命试验中已 普遍采用电子计算机进行控制，如日本安川公司普遍采用电子计算机进行控制，如日本安川公司 在继电器的接触可靠性中采用了电子计算机进行在继电器的接触可靠性中采用了电子计算机进行 控制的自动试验装置；日本松下电器公司在继电控制的自动试验装置；日本松下电器公司在继电 器可靠性寿命试验中采用了微型计算机控制的全器可靠性寿命试验中

14、采用了微型计算机控制的全 自动试验装置；自动试验装置； 美国、日本等国家都在对电器产品加速寿命美国、日本等国家都在对电器产品加速寿命 试验的模式、方法及数据分析方法进行研究。例试验的模式、方法及数据分析方法进行研究。例 如，日本以负载电压及负载电流为加速变量进行如，日本以负载电压及负载电流为加速变量进行 了开关的加速寿命试验，根据试验结果算出了不了开关的加速寿命试验，根据试验结果算出了不 同负载电压和负载电流值时的加速系数。同负载电压和负载电流值时的加速系数。 14 3、可靠性物理的研究、可靠性物理的研究 国外是从上世纪国外是从上世纪60年代才开始研究可靠性年代才开始研究可靠性 物理的，美国空

15、军物理的，美国空军ROME航空发展中心在航空发展中心在60年代年代 初首先开始对现场失效的元器件进行失效分析。初首先开始对现场失效的元器件进行失效分析。 J.Vaccro首先提出用首先提出用“失效物理学失效物理学”这一概念来这一概念来 研究元器件的可靠性，研究元器件的可靠性，1962年起美国每年召开年起美国每年召开 一次一次“失效物理失效物理”会议，从会议，从1967年起改称年起改称“可可 靠性物理靠性物理”会议。会议。 所谓所谓“可靠性物理学可靠性物理学”就是专门研究产品就是专门研究产品 失效机理的科学。它对产品怎样失效及为什么失效机理的科学。它对产品怎样失效及为什么 失效的具体物理、化学过

16、程进行研究。可以看失效的具体物理、化学过程进行研究。可以看 出，可靠性物理学的研究是提高产品可靠性的出，可靠性物理学的研究是提高产品可靠性的 基础性措施。基础性措施。 美国、日本等国家对可靠性物理的研究都美国、日本等国家对可靠性物理的研究都 很重视。很重视。 15 4、可靠性学术会议、可靠性学术会议 可靠性学术交流方面也很活跃，涉及到可靠性学术交流方面也很活跃，涉及到 可靠性的国际学术会议主要有：可靠性的国际学术会议主要有： lIEEE霍姆电接触会议（每年召开一次）霍姆电接触会议（每年召开一次） l国际电接触会议（每两年召开一次）国际电接触会议（每两年召开一次） l国际可靠性物理会议（每年召开

17、一次）国际可靠性物理会议（每年召开一次） l国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）国际可靠性与维修性会议（每年召开一次） l电工产品可靠性与电接触国际会议电工产品可靠性与电接触国际会议(每两年每两年 半召开一次半召开一次) 16 三、国内电器产品可靠性工作概况三、国内电器产品可靠性工作概况 原机械工业部对电器产品的可靠性工作十原机械工业部对电器产品的可靠性工作十 分重视，早在分重视，早在1980年原机械工业部电工局委托年原机械工业部电工局委托 河北工业大学举办了两期电器新技术学习班，河北工业大学举办了两期电器新技术学习班， 可靠性技术是其中主要内容之一，可靠性技术是其中主要内容之一，1983年

18、年10月月 成立了中国电工技术学会电工产品可靠性研究成立了中国电工技术学会电工产品可靠性研究 会，在该学会组织下开展了电工产品可靠性研会，在该学会组织下开展了电工产品可靠性研 究工作与学术交流活动，并多次举办电工产品究工作与学术交流活动，并多次举办电工产品 可靠性学习班及电工行业领导干部可靠性研讨可靠性学习班及电工行业领导干部可靠性研讨 班，对我国电工行业的可靠性工作起了一定的班，对我国电工行业的可靠性工作起了一定的 促进作用促进作用。 17 原机械工业部曾多次发文召开可靠性工作会原机械工业部曾多次发文召开可靠性工作会 议，部署在机电行业中开展议，部署在机电行业中开展“限期考核机电产品限期考核

19、机电产品 可靠性指标可靠性指标”的工作，从的工作，从19861991年共发布了年共发布了 七批（共七批（共1189种规格）限期考核可靠性指标的机种规格）限期考核可靠性指标的机 电产品清单，其中包括继电器、接触器、变压器、电产品清单，其中包括继电器、接触器、变压器、 量度继电器、电动机、电力电子器件等不少电工量度继电器、电动机、电力电子器件等不少电工 产品，这对推动我国电工产品的可靠性工作有很产品，这对推动我国电工产品的可靠性工作有很 大作用。大作用。 1994年原机械工业部又召开机械工业可靠性年原机械工业部又召开机械工业可靠性 工作会议，会上提出可靠性必须从产品设计抓起，工作会议，会上提出可靠

20、性必须从产品设计抓起， 并规定凡是列入部或省市机械厅局开发计划和重并规定凡是列入部或省市机械厅局开发计划和重 大技术装备攻关的项目，应加强可靠性设计和试大技术装备攻关的项目，应加强可靠性设计和试 验研究工作，要求在立项时提出可靠性设计目标验研究工作，要求在立项时提出可靠性设计目标 和攻关内容，产品鉴定或项目验收时应对可靠性和攻关内容，产品鉴定或项目验收时应对可靠性 目标进行审核评定。会上还决定在机电产品中进目标进行审核评定。会上还决定在机电产品中进 一步开展可靠性认定工作。一步开展可靠性认定工作。 18 GB 2689.1-81恒定应力寿命试验和加速寿命恒定应力寿命试验和加速寿命 试验方法总则

21、试验方法总则 GB 2689.2-81寿命试验和加速寿命试验的图寿命试验和加速寿命试验的图 估计法（用于威布尔分布）估计法（用于威布尔分布） GB 2689.3-81寿命试验和加速寿命试验的简寿命试验和加速寿命试验的简 单线性无偏估计法（用于威布单线性无偏估计法（用于威布 尔分布）尔分布） GB 2689.4-81寿命试验和加速寿命试验的最寿命试验和加速寿命试验的最 好线性无偏估计法（用于威布好线性无偏估计法（用于威布 尔分布）尔分布） GB 3187-82 可靠性基本名词术语及定义可靠性基本名词术语及定义 GB 4888-85 故障树名词术语和符号故障树名词术语和符号 在可靠性基础标准方面我

22、国已制订了下列在可靠性基础标准方面我国已制订了下列 国家标准：国家标准： 19 GB 5080.1-86 设备可靠性试验设备可靠性试验 总要求总要求 GB 5080.2-86 设备可靠性试验设备可靠性试验 试验周期设试验周期设 计导则计导则 GB 5080.4-85 设备可靠性试验设备可靠性试验 可靠性测定可靠性测定 试验的点估计和区间估计方法试验的点估计和区间估计方法 （指数分布）（指数分布） GB 5080.5-85 设备可靠性试验设备可靠性试验 成功率的验成功率的验 证试验方案证试验方案 GB 5080.6-85 设备可靠性试验设备可靠性试验 恒定失效率恒定失效率 假设的有效性检验假设的

23、有效性检验 GB 5080.7-86 设备可靠性试验设备可靠性试验 恒定失效率恒定失效率 假设下的失效率与平均无故障假设下的失效率与平均无故障 时间的验证试验方案时间的验证试验方案 20 GB 6992-86 可靠性与维修性管理可靠性与维修性管理 GB 6993-86系统和设备研制生产中的可靠系统和设备研制生产中的可靠 性程序性程序 GB 7288.1-87 设备可靠性试验设备可靠性试验 推荐的试验条推荐的试验条 件件 室内便携设备室内便携设备粗模拟粗模拟 GB 7288.2-87设备可靠性试验设备可靠性试验 推荐的试验条推荐的试验条 件件 固定使用在有气候防护场所固定使用在有气候防护场所 设

24、备设备精模拟精模拟 GB 7289-87可靠性、维修性与有效性预计可靠性、维修性与有效性预计 报告编写指南报告编写指南 GB 7826-87系统可靠性分析技术系统可靠性分析技术 失效模失效模 式和效应分析（式和效应分析（FMEA）程序）程序 GB 7827-87可靠性预计程序可靠性预计程序 GB 7828-87可靠性设计评审可靠性设计评审 GB 7829-87故障树分析程序故障树分析程序 21 从上世纪从上世纪80年代中期至今，我国电器可靠性年代中期至今，我国电器可靠性 研究与应用方面大致做了以下工作：研究与应用方面大致做了以下工作： 1、电器可靠性研究方面电器可靠性研究方面 在上海电器科学研

25、究所，成都机床电器研究在上海电器科学研究所，成都机床电器研究 所、许昌继电器研究所及广州电器科学研究所等所、许昌继电器研究所及广州电器科学研究所等 单位的组织下，从上世纪单位的组织下，从上世纪80年代中期开始，开展年代中期开始，开展 了电器可靠性研究工作。电磁式中间继电器、小了电器可靠性研究工作。电磁式中间继电器、小 容量交流接触器、低压断路器、洗衣机、电冰箱容量交流接触器、低压断路器、洗衣机、电冰箱 的可靠性研究被列为原机械工业部重点项目，以的可靠性研究被列为原机械工业部重点项目，以 产学研相结合的方式开展了上述产品的可靠性研产学研相结合的方式开展了上述产品的可靠性研 究，通过理论分析及大量

26、试验数据统计分析了产究，通过理论分析及大量试验数据统计分析了产 品的失效机理，研制了一些可靠性试验装置，提品的失效机理，研制了一些可靠性试验装置，提 出了这些产品的可靠性指标及考核方法。出了这些产品的可靠性指标及考核方法。 22 通过对这些产品的可靠性考核与早期失效通过对这些产品的可靠性考核与早期失效 机理的分析，对产品设计及制造工艺提出了改机理的分析，对产品设计及制造工艺提出了改 进措施，使这些产品的可靠性得到较大幅度的进措施，使这些产品的可靠性得到较大幅度的 提高，取得了一定成效。提高，取得了一定成效。 23 2、电器可靠性标准的制订电器可靠性标准的制订 上海电器科学研究所与河北工业大学等

27、上海电器科学研究所与河北工业大学等 单位负责制订了多个电器可靠性标准：单位负责制订了多个电器可靠性标准： （1）制订了国家标准制订了国家标准GB/T15510 “控制用电磁控制用电磁 继电器可靠性试验通则继电器可靠性试验通则”（北京电工综合技（北京电工综合技 术经济研究所和河北工业大学负责起草）；术经济研究所和河北工业大学负责起草）； （2）制订了以下五个行业标准制订了以下五个行业标准 1）制订了制订了“家用和类似用途的过电流保家用和类似用途的过电流保 护断路器可靠性试验方法护断路器可靠性试验方法”行业标准（河北行业标准（河北 工业大学和上海电器科学研究所负责起草）；工业大学和上海电器科学研究

28、所负责起草）； 2）制订了制订了“家用和类似用途的剩余电流家用和类似用途的剩余电流 动作动作断路器的可靠性试验方法断路器的可靠性试验方法 ”行业标准行业标准 （上海电器科学研究所和河北工业大学负责（上海电器科学研究所和河北工业大学负责 起草）；起草）； 24 3）制订了制订了“小容量交流接触器可靠性试小容量交流接触器可靠性试 验方法验方法”行业标准（上海电器科学研究所和行业标准（上海电器科学研究所和 河北工业大学负责起草）河北工业大学负责起草） ； 4）制订了制订了“塑壳断路器可靠性试验方法塑壳断路器可靠性试验方法” 行业标准（上海电器科学研究所和河北工业行业标准（上海电器科学研究所和河北工业

29、 大学负责起草）大学负责起草） 5）制订了制订了“过载继电器可靠性试验方法过载继电器可靠性试验方法” 行业标准（河北工业大学和上海电器科学研行业标准（河北工业大学和上海电器科学研 究所负责起草）究所负责起草） 以上五个行业标准于以上五个行业标准于2007年由国家发改年由国家发改 委批准发布。委批准发布。并于2008年升格为国家标准， 被国家标委会批准发布。 25 3、可靠性试验技术研究与检测设备的研制、可靠性试验技术研究与检测设备的研制 河北工业大学建立了电器研究所检测中心，河北工业大学建立了电器研究所检测中心， 该检测中心于该检测中心于2001年年5月通过了中国实验室国家月通过了中国实验室国

30、家 认可委员会的认可，具有进行有关电器可靠性认可委员会的认可，具有进行有关电器可靠性 认证试验的资格，并研制了微机控制的继电器认证试验的资格，并研制了微机控制的继电器 接触器可靠性试验装置（见图接触器可靠性试验装置（见图2）、小型断路器）、小型断路器 可靠性试验装置（见图可靠性试验装置（见图3）、剩余电流动作保护）、剩余电流动作保护 器可靠性试验装置（见图器可靠性试验装置（见图4）、塑壳断路器可靠）、塑壳断路器可靠 性试验装置以及过载继电器可靠性试验装置。性试验装置以及过载继电器可靠性试验装置。 河北工业大学出版了专著河北工业大学出版了专著“低压电器的试验低压电器的试验 与检测与检测”。 26

31、 图图2 继电器、接触器可靠性试验装置继电器、接触器可靠性试验装置 27 图图3 小型断路器可靠性试验装置小型断路器可靠性试验装置 28 图图4 剩余电流动作保护器可靠性试验装置剩余电流动作保护器可靠性试验装置 29 4、低压电器行业可靠性试验室的建立、低压电器行业可靠性试验室的建立 为了贯彻上述低压电器可靠性国家标准，为了贯彻上述低压电器可靠性国家标准， 河北工业大学建立了下述可靠性试验室：河北工业大学建立了下述可靠性试验室： 与乐清市人民政府在乐清市（中国电器之都）与乐清市人民政府在乐清市（中国电器之都） 建立了乐清市河北工大电器可靠性实验室；建立了乐清市河北工大电器可靠性实验室； 为国家

32、电器产品质量监督与检验中心建立为国家电器产品质量监督与检验中心建立 了电器可靠性试验室；了电器可靠性试验室； 为常熟开关制造有限公司等十多家电器企为常熟开关制造有限公司等十多家电器企 业建立了电器可靠性试验室。业建立了电器可靠性试验室。 30 5、对电器可靠性设计进行了初步探索、对电器可靠性设计进行了初步探索 河北工业大学等单位在电器电磁系统与触河北工业大学等单位在电器电磁系统与触 头的可靠性设计方面已开展了一些研究，在头的可靠性设计方面已开展了一些研究，在 1988年美国继电器年会与年美国继电器年会与1994年第年第17届国际电届国际电 接触会议上发表了其初步研究成果。河北工业接触会议上发表

33、了其初步研究成果。河北工业 大学与清华大学合作完成的科研项目大学与清华大学合作完成的科研项目“电工设电工设 备现代设计理论与试验研究备现代设计理论与试验研究”中对电器电磁系中对电器电磁系 统的可靠性优化设计方法进一步作了研究。在统的可靠性优化设计方法进一步作了研究。在 国内首次出版专著国内首次出版专著“电器电磁系统可靠性优化电器电磁系统可靠性优化 理论与应用理论与应用”，解决了以前在电器优化设计时，解决了以前在电器优化设计时 未考虑可靠性的问题。未考虑可靠性的问题。 31 6、对低压保护电器开展了可靠性研究、对低压保护电器开展了可靠性研究 保护电器是不频繁操作电器，试验数据保护电器是不频繁操作

34、电器，试验数据 少，评估难度大，少，评估难度大，IEEE未能提出可靠性指标未能提出可靠性指标 及评估方法，河北工业大学创造性地提出成及评估方法，河北工业大学创造性地提出成 功率作为保护电器主要可靠性指标与成功率功率作为保护电器主要可靠性指标与成功率 验证试验方案。在国内首次出版专著验证试验方案。在国内首次出版专著“低压低压 保护电器可靠性理论及其应用保护电器可靠性理论及其应用”，解决了上，解决了上 述难题。述难题。 河北工业大学、上海电器科学研究所、河北工业大学、上海电器科学研究所、 常熟开关制造有限公司等单位完成的科研成常熟开关制造有限公司等单位完成的科研成 果果“低压保护电器关键技术的研究

35、及其应用”获 2008年度国家科技进步二等奖。 32 7、电器产品可靠性指标的发布工作、电器产品可靠性指标的发布工作 原中国电力工业部可靠性管理中心于每年原中国电力工业部可靠性管理中心于每年5月召月召 开一次电力系统主要设备（其中包含变压器、高压开一次电力系统主要设备（其中包含变压器、高压 断路器及继电保护设备等）的可靠性指标发布会。断路器及继电保护设备等）的可靠性指标发布会。 国家能源局与中国电力企业联合会于国家能源局与中国电力企业联合会于2013年年6月月 5日召开的日召开的2013年电力可靠性指标发布会上公布近年电力可靠性指标发布会上公布近5 年发电机总装机容量如下：年发电机总装机容量如

36、下： 2008年年792530兆瓦兆瓦 2009年年873948兆瓦兆瓦 2010年年962190兆瓦兆瓦 2011年年1055760兆瓦兆瓦 2012年年1144910兆瓦兆瓦 随着装机容量的逐年增加，所用的高低压电器随着装机容量的逐年增加，所用的高低压电器 设备的数量也不断增加，其可靠性也在不断增加。设备的数量也不断增加，其可靠性也在不断增加。 如如500KV高压断路器的强迫停运率从高压断路器的强迫停运率从2002年的年的 2.959次次/百台年百台年减少到减少到2012年的年的0.334次次/百台年百台年。 但与国外的可靠性水平相比，仍有一定差距。但与国外的可靠性水平相比，仍有一定差距。

37、 33 8、举办国际会议、举办国际会议 （1）2004年举办了年举办了 “第一届电工产品可靠性第一届电工产品可靠性 与电接触国际会议与电接触国际会议 ” “第一届电工产品可靠性与电接触国际会第一届电工产品可靠性与电接触国际会 议议”于于2004年年8月月28日至日至8月月31日在苏州常熟日在苏州常熟 召开，会议由中国电工技术学会电工产品可靠召开，会议由中国电工技术学会电工产品可靠 性研究会举办。性研究会举办。 本届国际会议主席陆俭国教授致欢迎词，本届国际会议主席陆俭国教授致欢迎词， 原机械工业部副部长、会议名誉主席沈烈初教原机械工业部副部长、会议名誉主席沈烈初教 授在会上作了重要讲话，常熟市市

38、长王建康先授在会上作了重要讲话，常熟市市长王建康先 生也在会上致词，东道主常熟开关制造有限公生也在会上致词，东道主常熟开关制造有限公 司唐春潮董事长在开幕式上作了发言。司唐春潮董事长在开幕式上作了发言。 34 会议期间，国际电接触顾问委员会（国际会议期间，国际电接触顾问委员会（国际 电接触领域权威学术组织）主席电接触领域权威学术组织）主席R. Timsit博士博士 等多位知名专家作了专题报告。等多位知名专家作了专题报告。 会议期间还举办了电工新产品、新技术展会议期间还举办了电工新产品、新技术展 览会，有十多家国内外的知名企业、研究单位览会，有十多家国内外的知名企业、研究单位 展示了他们的研究成

39、果，会后与会代表还到常展示了他们的研究成果，会后与会代表还到常 熟开关制造有限公司、常熟富士电机有限公司熟开关制造有限公司、常熟富士电机有限公司 及苏州高新技术产业开发区电器检测所进行了及苏州高新技术产业开发区电器检测所进行了 技术参观。技术参观。 35 会议效果会议效果 该国际会议得到了国内外专家学者的普遍该国际会议得到了国内外专家学者的普遍 欢迎，并希望把欢迎，并希望把“电工产品可靠性与电接触电工产品可靠性与电接触 国际会议国际会议”办成一个定期举办的、高水平的办成一个定期举办的、高水平的 国际学术会议。国际学术会议。 78篇论文全部被篇论文全部被ISTP收录。收录。 IEEE TC1对该

40、国际会议进行了详细报道对该国际会议进行了详细报道 （报道原文见下页）。（报道原文见下页）。 36 37 （2）2007年举办了年举办了 “第二届电工产品可靠性第二届电工产品可靠性 与电接触国际会议与电接触国际会议 ” “第二届电工产品可靠性与电接触国际会第二届电工产品可靠性与电接触国际会 议议”于于2007年年3月月28日至日至4月月1日在厦门市召开，日在厦门市召开， 会议由中国电工技术学会电工产品可靠性研究会议由中国电工技术学会电工产品可靠性研究 会举办。会举办。 原机械工业部副部长、本届国际会议名誉原机械工业部副部长、本届国际会议名誉 主席陆燕荪教授在会上作了重要讲话，东道主主席陆燕荪教授

41、在会上作了重要讲话，东道主 厦门宏发电声有限公司郭满金总经理也作了发厦门宏发电声有限公司郭满金总经理也作了发 言。言。 本届会议比上届会议取得了更大成功，得本届会议比上届会议取得了更大成功，得 到了国内外代表的高度评价，会议到了国内外代表的高度评价，会议94篇论文全篇论文全 部被部被ISTP收录，其中收录，其中30篇论文被篇论文被SCI收录。收录。 38 （3） “第三届电工产品可靠性与电接触国际会第三届电工产品可靠性与电接触国际会 议议 ”于于2009年年10月月28日至日至11月月1日在温州市日在温州市 召开。召开。 （4） “第四届电工产品可靠性与电接触国际会第四届电工产品可靠性与电接触

42、国际会 议议 ”于于2012年年5月月14日至日至5月月18日与第日与第26届届 国际电接触会议联合在北京市召开，有国际电接触会议联合在北京市召开，有20多多 个国家近个国家近300名国内外代表（其中国外代表名国内外代表（其中国外代表 105位）参加。位）参加。 （5） “第五届电工产品可靠性与电接触国际会第五届电工产品可靠性与电接触国际会 议议 ”将将于于2014年年11月月16日至日至18日于温州市香日于温州市香 格里拉酒店举行。格里拉酒店举行。 3939 四、四、近年近年IEC可靠性标准的新动向可靠性标准的新动向 IEC 255电气继电器电气继电器系列标准现已被系列标准现已被 IEC 6

43、1810机电继电器机电继电器取代，取代，IEC在在2005 年发布了年发布了IEC61810-2机电继电器机电继电器 可靠性可靠性， 并于并于2011年进行了修订。年进行了修订。IEC还在还在2002年发布年发布 了了IEC60947-5-4低压开关设备和控制设备低压开关设备和控制设备 第第5-4部分：控制电路电器和开关元件部分：控制电路电器和开关元件 小容量小容量 触头的性能评定方法触头的性能评定方法 特殊试验特殊试验。 IEC60947-4-1接触器和电动机起动器机接触器和电动机起动器机 电式接触器和电动机起动器（含电动机保护电式接触器和电动机起动器（含电动机保护 器）器）标准中列出了附录

44、标准中列出了附录K“确定功能安全性确定功能安全性 应用所用机电式接触器数据的步骤应用所用机电式接触器数据的步骤” 40 五、我国电器产品可靠性工作的发展前景五、我国电器产品可靠性工作的发展前景 我国电器产品可靠性研究虽然在上述的几我国电器产品可靠性研究虽然在上述的几 方面做了一些工作，取得了一些进展，但由方面做了一些工作，取得了一些进展，但由 于我国电器产品可靠性研究工作起步较晚，于我国电器产品可靠性研究工作起步较晚， 不少电器产品还未开展可靠性研究与考核工不少电器产品还未开展可靠性研究与考核工 作，在新产品开发时尚未认真开展可靠性设作，在新产品开发时尚未认真开展可靠性设 计与可靠性制造，特别

45、是我国电器行业的大计与可靠性制造，特别是我国电器行业的大 多数企业对可靠性工作还重视不够，可靠性多数企业对可靠性工作还重视不够，可靠性 工作尚未认真开展，我国电器产品的可靠性工作尚未认真开展，我国电器产品的可靠性 水平还普遍低于发达国家产品的可靠性水平。水平还普遍低于发达国家产品的可靠性水平。 41 近年来，国内外电器行业对可靠性越近年来，国内外电器行业对可靠性越 来越重视，来越重视，我国我国GB14048.4 2010在其附在其附 录录K确定确定功能安全性应用中所用机电式功能安全性应用中所用机电式 接触器数据的步骤接触器数据的步骤中也列出了有关接中也列出了有关接 触器的可靠性内容。触器的可靠

46、性内容。 在市场经济竞争中，以优取胜，以质在市场经济竞争中，以优取胜，以质 量与可靠性取胜，必将成为共识。不仅量与可靠性取胜，必将成为共识。不仅 要开发高性能的电器产品，而且要开发要开发高性能的电器产品，而且要开发 出高可靠性的电工产品，这将是我国电出高可靠性的电工产品，这将是我国电 器产品的发展趋势，特别是我国要成为器产品的发展趋势，特别是我国要成为 制造强国，可靠性工作更显得重要。制造强国，可靠性工作更显得重要。 42 为了进一步开展电器产品的可靠性工作，为了进一步开展电器产品的可靠性工作， 以提高我国电器产品的可靠性水平，应进一步以提高我国电器产品的可靠性水平，应进一步 做好下列工作：做

47、好下列工作： 1、对尚未制定可靠性指标的主要电器产品尽快、对尚未制定可靠性指标的主要电器产品尽快 制定可靠性指标。如果产品未订出可靠性指标，制定可靠性指标。如果产品未订出可靠性指标， 就无法对产品的可靠性进行考核，也无法定量就无法对产品的可靠性进行考核，也无法定量 地去提高产品的可靠性，所以规定产品的可靠地去提高产品的可靠性，所以规定产品的可靠 性指标是可靠性工作的首要任务。因此，对于性指标是可靠性工作的首要任务。因此，对于 有条件并有代表性的电器产品应根据其工作特有条件并有代表性的电器产品应根据其工作特 点尽快制订其可靠性指标。点尽快制订其可靠性指标。 2、制订主要电器产品的失效判据及可靠性

48、验证、制订主要电器产品的失效判据及可靠性验证 试验方法。失效判据的宽严程度对产品能否达试验方法。失效判据的宽严程度对产品能否达 到规定的可靠性指标密切相关，所以应根据产到规定的可靠性指标密切相关，所以应根据产 品实际工作情况及特点制订失效判据，并根据品实际工作情况及特点制订失效判据，并根据 抽样理论制订出其可靠性验证试验方法。抽样理论制订出其可靠性验证试验方法。 43 3、进一步研制各种主要电器产品的可靠性试、进一步研制各种主要电器产品的可靠性试 验装置。可靠性试验装置是进行可靠性验证试验装置。可靠性试验装置是进行可靠性验证试 验的必备手段，所以应研制各种主要电器产品验的必备手段，所以应研制各

49、种主要电器产品 的可靠性试验装置。的可靠性试验装置。 4、开展加速寿命试验的研究。不少电器产品、开展加速寿命试验的研究。不少电器产品 的使用寿命较长，所以其可靠性验证试验的周的使用寿命较长，所以其可靠性验证试验的周 期也较长。此外，在新产品设计时希望寿命试期也较长。此外，在新产品设计时希望寿命试 验时间尽可能短些，以加快新产品开发进度。验时间尽可能短些，以加快新产品开发进度。 因此，电器产品的加速寿命试验研究有很大的因此，电器产品的加速寿命试验研究有很大的 价值。价值。 44 5、开展电器产品的可靠性设计。可靠性设计开展电器产品的可靠性设计。可靠性设计 是指事先考虑产品可靠性的一种设计方法，它

50、是指事先考虑产品可靠性的一种设计方法，它 是保证产品可靠性的一个重要环节。应该指出，是保证产品可靠性的一个重要环节。应该指出， 规定产品的可靠性指标、失效判据及可靠性验规定产品的可靠性指标、失效判据及可靠性验 证试验方法虽然很重要，但仅靠这些还不能保证试验方法虽然很重要，但仅靠这些还不能保 证产品的可靠性，所以有一位专家说产品的可证产品的可靠性，所以有一位专家说产品的可 靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。 因此，必须重视产品的可靠性设计工作。对于因此，必须重视产品的可靠性设计工作。对于 电器产品，可开展可靠性分配、可靠性预计、电器产品，可开展可

51、靠性分配、可靠性预计、 冗余设计、耐环境设计以及采用冗余设计、耐环境设计以及采用FTA、FMEA、 FMECA等可靠性分析方法；对于电器产品中的等可靠性分析方法；对于电器产品中的 电磁系统和机械构件可采用应力电磁系统和机械构件可采用应力强度干涉模强度干涉模 型进行可靠性设计。型进行可靠性设计。 45 6、开展电器产品失效分析工作。失效分析是、开展电器产品失效分析工作。失效分析是 指对失效产品进行分析，找出其失效模式和失指对失效产品进行分析，找出其失效模式和失 效机理。针对失效分析中找出的问题，提出改效机理。针对失效分析中找出的问题，提出改 进措施，以提高电器产品的可靠性。进措施，以提高电器产品

52、的可靠性。 7、加强可靠性管理工作。为了开展可靠性设、加强可靠性管理工作。为了开展可靠性设 计、可靠性生产、可靠性试验和失效分析工作，计、可靠性生产、可靠性试验和失效分析工作， 必须要有健全的可靠性管理组织；为了收集现必须要有健全的可靠性管理组织；为了收集现 场使用中的失效产品或现场失效信息，也需要场使用中的失效产品或现场失效信息，也需要 健全的可靠性管理组织；为了把失效分析得到健全的可靠性管理组织；为了把失效分析得到 的信息反馈给设计部门、生产部门和试验部门，的信息反馈给设计部门、生产部门和试验部门， 更需要健全的可靠性管理组织。因此，加强可更需要健全的可靠性管理组织。因此，加强可 靠性管理

53、工作是十分必须和重要的。靠性管理工作是十分必须和重要的。 46 通过上述可靠性工作，可以期通过上述可靠性工作，可以期 望我国电器产品的可靠性水平会有大幅望我国电器产品的可靠性水平会有大幅 度提高，并在不长的时间内赶超工业先度提高，并在不长的时间内赶超工业先 进国家的水平。进国家的水平。 47 可靠性基本知识 48 一、失效密度函数及累积失效分布函数 (一) 失效频率直方图 如果在一批产品中抽取n个产品进行寿命试验，设所 测得的各试品的失效时间(即寿命)为t1, t2, , tn ,则可按以 下方法处理。 （1） 按一定时间间隔t(t称为组距)把失效时间分成若干范 围，从而把n个失效数据分成若干

54、组。 若分组数过少，则不足以说明数据的性质。若分组数 过多，则又过于繁琐。适当的分组数k可由下列经验公式 确定。 k=1+3.3lgn 可靠性基本知识可靠性基本知识 49 （2）列表表示各组失效时间的范围以及各组的tzi , mi , fi*, Fi , fi的数值 其中：tzi为第i组的失效时间范围的中值； mi为第i组中的失效数据的个数； n m f i i Fi 为第i组的累积失效频率，即从 第一组到第i组的失效频率的和 n m fF j i j j i j i 11 fi为第i组的失效频率 fi*与组距t 的 比值 t f f i i 可靠性基本知识可靠性基本知识 fi*为第为第i组的

55、失效频率，即第组的失效频率，即第i组的频组的频 数数 mi与失效数据总数与失效数据总数n之比值之比值 50 （3）作失效频率直方图 以失效时间t为横坐标，以fi为纵坐标，以矩形的形式作成的 直方图称为失效频率直方图。 失效频率直方图失效频率直方图 重要性质：重要性质：所有矩形面积之和等于所有矩形面积之和等于1。 可靠性基本知识可靠性基本知识 51 （二）失效密度函数 当试验数据越来越多，并不断缩小组距，即t越来越小时， 失效频率直方图中各矩形顶部的轮廓线将趋近于一条光滑的曲线， 它就是失效密度曲线。即：f (t)曲线。 失效密度函数曲线失效密度函数曲线 重要性质：重要性质： 1、曲线与横轴包围

56、面积等于、曲线与横轴包围面积等于1 2、失效时间失效时间L在区间在区间 a,b 内取值的概率内取值的概率 失效频率直方图失效频率直方图 1)( 0 dttf dttfbLaP b a )()( 可靠性基本知识可靠性基本知识 52 （三）累积失效频率直方图 以失效时间t为横坐标，以累积失效频率Fi为纵坐标， 作直方图，即可得到累积失效频率直方图。 重要性质：重要性质：Fk等于等于1。 累积失效频率直方图累积失效频率直方图 可靠性基本知识可靠性基本知识 53 （四）累积失效分布函数 试验数据很多，组距t取得越来越小(即分组数越来越多)， 则累积失效频率直方图中各矩形右上角顶点之连线将趋近于一 条光

57、滑的曲线，此曲线称之为累积失效分布曲线。即F (t)曲线。 累积失效频率直方图累积失效频率直方图 累积失效分布函数累积失效分布函数F (t) 重要性质：重要性质：当当 t 时时F (t)=1。 可靠性基本知识可靠性基本知识 54 二、电器产品可靠性特征量（不可修复产品的可靠性特征量 ） )0(1 )0()( )( t ttLP tR 2）近似计算公式：某一事件的概率可用多次试 验中该事件发生的频率来估计，即 n tmn tR )( )( 1） 概率表达式：如用概率来表达可靠度函概率表达式：如用概率来表达可靠度函 数，它是指产品寿命数，它是指产品寿命L这个随机变量不这个随机变量不 小于规定时间小

58、于规定时间t的概率的概率 2、表达式：、表达式： （一）可靠度 1、定义：可靠度是指产品在规定条件下和规定时间(或操作次数)内完成规 定功能的概率。用R (t)表示。 可靠性基本知识可靠性基本知识 55 3、取值范围：0 R (t) 1 4、曲线形状：时间 t 的非增函数。 1、定义：累积失效概率是指产品在规定的条件下及规定的时间(或操作 次数)内丧失规定功能的概率。用F(t)表示。 )0(0 )0()( )( t ttLP tF 2、表达式：、表达式： 1） 概率表达式：如用概率来表达累积失效该路函数，它是指产品寿概率表达式：如用概率来表达累积失效该路函数，它是指产品寿 命命L这个随机变量小于规定时间这个随机变量小于规定时间t 的概率的概率 （二）累积失效概率（二）累积失效概率 可靠性基本知识可靠性基本知识 56 2） 近似计算公式：某一事件的概率可用多次试验中该事件发生的 频率来估计，即 3、取值范围：0 F (t) 1 4、曲线形状：时间 t 的非减函数。 n tm tF )(