Enfas smart mätare-tillförlitlighetsförbättringstestforskning

 

 

Eftersom infrastrukturen för det smarta rutnätinformationssystemet har enfas smarta mätare egenskaperna för att tillhandahålla snabba och effektiva tjänster till invånarna. Om tillförlitligheten för smarta mätare är dålig kommer den inte bara på allvar att påverka driften av det smarta nätet, vilket orsakar enorma mätersättningskostnader, utan kan också lätt orsaka eltvister. Därför är det avgörande att utvärdera och förbättra tillförlitligheten för enfas smarta mätare för hela smarta nätsystemet. För att studera tillförlitligheten för enfas smarta mätare valde vi metoden för accelererad livstestning (ALT), som är en effektiv, effektiv och allmänt använda metod för livsbedömning och tillförlitlighetsforskning för högteknologiska produkter. Innan vi testar måste vi emellertid bestämma säkerhetsområdet för det accelererade livstestet (ALT) och det mest troliga felläget för den smarta mätaren under syntetisk stress.

 

Enfas Smart Meter är en högteknologisk produkt med egenskaperna för hög tillförlitlighet och lång livslängd. Det är obekvämt och tidskrävande att utföra tillförlitlighetstest under normala arbetsförhållanden. Däremot har tillförlitlighetsförbättringstest, som ett miljöstressstimuleringstest, studerats allmänt av forskare hemma och utomlands sedan slutet av 1900 -talet. Ett stort antal experimentella resultat visar att RET snabbt kan exponera produktens felläge, effektivt bestämma produktens arbetsgräns och skador och sedan ge ett säkerhetsområde för det senare accelererade livstestet enligt arbetsgränsen. Numera har otaliga RET -exempel utvidgats framgångsrikt till områdena kommunikation, energi, medicinsk, elektronik, instrumentering etc., vilket förbättrar tillförlitligheten hos produkter, förkortat design- och produktionscykeln och uppnår betydande ekonomiska fördelar. Det finns emellertid inget fullständigt system för omfattande analys av tillförlitligheten hos smarta mätare. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd utforskar RET-metoden för enfas smarta mätare, i syfte att utforska felläget och produktgränsen under verkan av omfattande stress. Detta är ett gynnsamt försök på RET för enfas smarta mätare, som ger en vetenskaplig grund för senare forskning och förbättring av tillförlitligheten för smarta mätarprodukter i branschen.

 

Tillförlitlighetsförbättringstest (RET) är ett miljöstresstest baserat på felfysikteorin och tar produktens felläge som forskningsobjekt. Testet upptäcker snabbt potentiella defekter genom att gradvis öka den enskilda eller kombinerade miljömässiga stressen som är mycket mer ogynnsam än det normala spänningstillståndet och därmed förkorta testtiden och öka effektiviteten. Dess huvudsakliga syfte är att bestämma de svaga länkarna och fellägena under den kombinerade spänningen och att utforska driftsgränsen och felgränsen för produkten.

 

Figur 1 Strukturdiagram över en enfas smart mätare

 

Baserat på resultaten från historisk dataanalys och felläge och effektanalys (FMEA) fann vi att funktionen för denna enfas smarta mätare lätt påverkas av temperaturspänning i den naturliga arbetsmiljön. Olänkbar temperatur kan orsaka olika fel, såsom mätfel, indikatorljusfel, avvikelse av visning och kommunikationsavbrott.

 

Studien fann att mätenheten, LCD -displayen och 485 kommunikationsmodul är de viktigaste svaga länkarna. Låg temperatur påverkar huvudsakligen LCD -skärmen, medan hög temperatur har en större inverkan på helheten, särskilt de elektroniska komponenterna, vilket kan orsaka fysiska förändringar och kumulativ skada.

 

Sammanfattningsvis identifieras hög temperatur som en viktig stressfaktor som påverkar mätarens tillförlitlighet. Baserat på dessa fynd valde vi en enfas smart energimätare för förbättringstest med hög temperatur tillförlitlighet (RET) för att ytterligare studera temperaturens påverkan på mätarens prestanda och ge en vetenskaplig grund för att förbättra dess tillförlitlighet.

 

2.2 Högtemperatur RET av enfas smart mätare

 

RET på enfas-smartmätaren genomgår ett stegtemperaturtest, som kontinuerligt tillämpar högtemperaturstegsspänning på testinstrumentet. Testet kommer inte att stoppa förrän spänningsnivån når skadningsgränsen eller testinstrumentets maximala gräns. Under testet övervakas de viktigaste prestationsparametrarna för den smarta mätaren i realtid och dess felläge registreras. Sedan, genom analysen av testdata, bestäms dess arbetsgräns och skada vid hög temperatur.

 

Parameterkategori	Parameternamn	Parametervärde	Beskrivning
Elektriska egenskaper	Referensspänning	220V	Standardarbetsspänning
	Aktuell specifikation	5(60)A	Grundläggande ström 5A, maximalt 60A
	Noggrannhet	Nivå 1	Lämplig för aktiv effektmätning
	Frekvensområde	(50 ± 2,5) Hz	Tillämplig på standardkraftsnät
	Lugn konsumtion	<1.5W,10VA	Låg effektförbrukning
Miljöanpassningsbarhet	Driftstemperatur	-25 examen ~ 60 grad -40 examen ~ 70 examen examen	Specifikationstemperaturintervall
	Relativ luftfuktighet	<95%	Extrem driftstemperatur
Pålitlighet	Mttf	Större än eller lika med tio år	Medeltid mellan misslyckanden

 

2.2.1 Översikt över hög temperatursteg RET

 

This study only considers the influence of high temperature, and adopts the following scheme: except for the temperature parameters, other parameters are set according to the technical parameter values ​​​​shown in Table 1. The normal temperature range of the smart meter is -25 degree ~+60 degree , and the working limit range is -40 degree ~+70 degree , so 70 degree is selected as the initial temperature S1.

 

Med tanke på att den rekommenderade arbetsgränsen för chipet inuti mätaren vanligtvis är mellan 80 grader ~ 85 grader, är temperatursteget enhetligt inställt på 5 grader och temperaturförändringshastigheten styrs under 2,5 grader \/min. För att fullt ut observera temperaturens påverkan på mätaren bibehålls varje temperaturnivå i 30 minuter.

 

Figur 3 visar processen för steget med hög temperatur RET. Under testet ökas temperaturen kontinuerligt tills alla teststycken misslyckas vid en viss temperaturnivå (t +1, jag är större än eller lika med 1). Sedan reduceras temperaturen till föregående nivå (TI). Om alla teststycken kan fungera normalt på nivå Ti, bestäms ti +1 som arbetsgränstemperaturen. Efter att ha fastställt arbetsgränsen fortsätter du att testa för att utforska skadestyrningen. Metoden är att utföra mer detaljerade tester i temperaturområdet nära arbetsgränsen. Till exempel, om teststycket inte kan återuppta normal drift efter att ha stannat kvar på Temperation TJ i 30 minuter, kan TJ identifieras som skadestemperaturen. Om teststycket kan återuppta normal drift, fortsätt att öka temperaturtestet tills testutrustningen maximal temperaturgränsen har uppnåtts.

 

 

Denna metod kan exakt bestämma arbetsgränsen och skada på smarta mätare, vilket ger nyckeldata för att utvärdera deras höga temperaturtillförlitlighet.

 

2.2.2 Testobjekt

 

Baserat på testinstrumentet och testkammarkapaciteten valdes 16 enfas smarta mätare som prover för testning. Denna RET innehåller tre steg: Först genomförs ett övergripande prestationsutvärderingstest före RET för att säkerställa att alla teststycken är kvalificerade. För det andra används onlineövervakningsobjekt som används under RET för att utforska de förändrade trenderna för de svaga länkarna till enfas smarta mätare. Slutligen, efter RET, genomförs ett omfattande prestationsutvärderingstest vid rumstemperatur och testdata registreras i realtid. Testobjekten i varje steg visas i figur 4.

3. Testresultatanalys

(1) Mätfelförändring: 23 grad: 0. 151% (maximalt felvärde, benchmark), 7 0 grad: 0,701% (maximalt felvärde, signifikant ökning), 95 grad: 1,150% (maximalt felvärde, kontinuerlig ökning), 120 grad: NO -signal (fullständig fel).

(2) LCD -skärmprestanda: 90 grader: något dimmad, 95 grader: tecken kan inte visas, 100 grader: svart skärm.
(3) 485 Kommunikation: 85 grader: Första misslyckande, 110 grader: De flesta misslyckanden, 120 grader: fullständig misslyckande.
(4) Kritiska temperaturpunkter: 95 grader: Driftsgränstemperatur (LCD-storskaliga fel), 120 grader: omfattande funktionell feltemperatur, 150 grader: Uppskattad skadestemperatur.
(5) Felprocess: 70 grader ~ 85 grader: Enskilda prover började misslyckas, 95 grader: Antalet fel ökade avsevärt, 120 grader: Alla prover misslyckades helt.
(6) Återställningsförmåga: När temperaturen sjunker till 90 grader återställs de flesta funktioner; När temperaturen sjunker till rumstemperatur återgår de flesta prover till det normala.

 

Enligt systemtillförlitlighetsteorin kan enfas-smartmätaren betraktas som ett seriesystem som består av flera enhetsmoduler. Alla enhetsfel kan få hela systemet att misslyckas. Baserat på "badkareffekten" är enheten som misslyckas först under tillförlitlighetsförbättringstestet (ret) den svagaste delen av systemet. De experimentella resultaten visar att LCD-displayenheten är den komponent som är mest mottaglig för temperaturen i enfas-smartmätaren.

 

Baserat på det fenomen som LCD-flytande kristallskärmen försvinner vid 95 grader och alla testade mätare kan identifieras som misslyckades vid denna temperatur, kan vi uppskatta 95 grader som driftstemperaturgränsen för enfas-smartmätaren. Även om onlineövervakningsfunktionen helt misslyckas vid 120 ° C har de flesta teststycken återhämtat sig när temperaturen sjunker till 90 grader. Denna RET avslutades vid 150 grader (den övre gränsen för den höga och låga temperaturen växlande fuktiga värmestestkammare). Efter att ha sjunkit till rumstemperaturen klarat de flesta av mätarna det omfattande prestandatestet och återupptog normal drift. Det kan dras att skadestemperaturen för den smarta mätaren ska vara högre än 150 grader.

 

Resultaten visar att arbetsgränsen för testprovet är 25 000 högre än konstruktionsgränsen, och det finns en stor marginal mellan skadningsgränsen och arbetsgränsen. Detta visar att den enfas smarta mätaren som används i denna RET har hög tillförlitlighet och kan upprätthålla stabil drift i hårda miljöer.

 

4 Slutsats

 

Baserat på RET-principen och egenskaperna hos enfas smarta mätare utformades och genomfördes ett högtemperaturförbättringstest. Testet verifierade resultaten från historisk dataanalys och FMEA och trodde att de svaga länkarna för mätaren var mätenheten, LCD -displayenheten och 485 kommunikationsenhet, bland vilka LCD -skärmen var den svagaste; Felläget under hög temperatur mättes fel av tolerans, LCD -visningsfel och 485 kommunikationsfel; Högtemperaturarbetsgränsen bestämdes till 95 grader och skadestyrningen var högre än 150 grader. Den framgångsrika implementeringen av denna RET verifierade inte bara genomförbarheten av testplanen, utan gav också en grund för parameterval och säkerhetsintervall för det efterföljande accelererade livstestet. Samtidigt lägger den grunden för ytterligare forskning om tillförlitlighetsförbättringstester av smarta mätare