基于多应力加速试验方法的智能电表寿命评估

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1、2015年12月第41卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2015V01．4lNo．12http：?{bhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa。edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0788基于多应力加速试验方法的智能电表寿命评估查国清1，黄小凯2，康锐¨(1．北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京100191；2．中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：如何准确地分析、评估多应力．多参数下智

2、能电表的可靠性和寿命是当前热点．首先分析了在温度、湿度、电应力、振动和磁场等条件下智能电表的性能参数内涵，通过失效机理分析提炼了关键参数及其敏感应力，然后通过强化试验探索了关键参数应力极限条件，设计了加速寿命试验方案并实施，对试验数据进行退化轨迹建模、多应力加速模型研究，综合评估了智能电表可靠性和寿命水平．本文成果能为改善智能电表可靠性和寿命提供方法．关键词：智能电表；多应力；多参数；强化试验；加速寿命试验中图分类号：TB553文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)12-2217-08智能电表是指应用计算机技术、通讯技术等，形成以智能芯片(如CPU)为核心，具有电功率计量计

3、时、计费等功能的电度表，是智能电网的智能终端．随着智能电表的市场化进程不断深人及多参数．多应力特性，使得如何分析、评价其可靠性和寿命成为了当前各智能电表生产厂家亟需解决的关键问题¨4-．自智能电表进入电力市场以来，国内外在其可靠性和寿命方面开展了相关研究．Dissanayaka等¨1通过在智能电表内应用ZigBee模块及其相关软件来监控电网电能消耗及其响应速度，实现了智能电网可靠性和寿命的改善，美国联邦能源管理委员会研发了一种具有双向通讯、自动波形记录和监控电压电流的智能电表，大大地提升其可靠性和寿命水平，Wang等¨’采用历史数据和故障模式影响分析(FMEA)方法研究了智能电表敏感应力和

4、薄弱环节，且通过强化试验初步探索了其失效模式和使用极限水平．上述研究一般将智能电表作为智能电网的一部分来进行其可靠性和质量分析，很少深入挖掘智能电表多参数-多应力作用下的失效机理及其可靠性水平．因此，本文的研究为智能电表单机的多应力-多参数特性，提供了可靠性和寿命分析、评估手段．本文首先深入分析了在温度、湿度、电应力、振动和磁场等环境和工作条件下智能电表各类性能参数，采用故障模式、机理及影响分析(FMMEA)，提炼了其可靠性和寿命关键性能参数及其敏感环境应力，然后通过合理的强化试验方案摸索了各关键性能参数响应行为，得到了关键性能参数应力极限条件范围内，并据此设计了加速寿命试验方案，采用智能

5、电表综合测试系统分析了各关键性能参数试验数据，并对其进行了退化轨迹建模研究、多应力加速模型分析，综合得到了各置信水平下智能电表可靠性和寿命水平．本文提出了一种强化试验和加速寿命试验相结合的多应力．多参数智能电表可靠性和寿命评估方法，其研究思路和结论能为改善智能电表可靠性、提高其寿命水平提供理论支撑．收稿日期：2014．12．15；录用日期：2015-05-08；网络出版时间：2015-08—2809：10网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150828．0910．001．html作者简介：查国清(1979一)，男，安徽黄山人，博士研究生，

6、zgq@buaa．edu．ca+通讯作者：康锐(1966一)，男，辽宁本溪人，教授，kangrui@buaa．edu．ca，主要研究方向为可靠性系统工程．引用格式：查国清，黄小觊，康锐．基于多应力加速试验方法的智能电表寿命评估fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(12)2217—2224．ZhaGQ，HuangxK，KangR．Smartmeterlifetimeevaluationbasedonmulti-stressaccelerationtestmethodfJJournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，201

7、5，41(12)：2217·2224(inChinese)．2218北京航空航天大学学报2015年1智能电表主机理及应力分析供电电压和电流的实时采样，再采用专用的电能输出系统等4部分组成，其功能是先通过对用户1．1智能电表简介表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理，并某智能电表系统结构框图如图1所示．主要转换成与电能成正比的脉冲输出，最后通过单片由电能计量单元、数据处理单元、供电系统和输人机进行处理、控制，把脉冲显示为