基于浴盆曲线规律的整流装置运行维护策略

2019-04-19巩新祥王永升

中国氯碱 2019年3期

巩新祥，王永升

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂，山东淄博 255411）

设计奠定可靠性，精细制造保证可靠性，用心维护保持和延续可靠性。整流装置安装投运后，即到了用心维护保持和延续可靠性阶段。像大多数设备一生故障率的变化趋势一样，整流装置的失效率与运行时间的关系符合浴盆曲线规律，存在着早期失效期，偶然失效期和耗损失效期3个阶段，其形状如浴盆曲线。依据浴盆曲线的变化趋势、规律，分析其产生的原因，找到保持和延长整流装置的偶然失效期的方法，使整流装置可靠稳定工作。

1 浴盆曲线

大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，故将故障率曲线称为浴盆曲线。产品故障机理虽然不同，但产品的故障率随时间的变化大致可分为3个阶段，故障率曲线图见图1。

图1 故障率曲线图

（1）早期失效期。在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且存在迅速下降的特征。早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产生，例如原材料缺陷引起绝缘不良，焊接缺陷引起虚焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起性能失效等。

（2）偶然失效期。在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为一个较低的常数。其故障由装备内部元器件、零部件的随机性失效引起，其特点是故障率低，比较稳定，是设备主要工作时期。

（3）耗损失效期。在产品投入使用相当长时间后，产品进入耗损故障期，产品的故障率迅速上升，故障频发出现，甚至是报废性故障。电子设备主要是插件、元器件疲劳、老化和耗损等原因造成。

2 浴盆曲线的应用

整流装置的可靠性主要是由整流器的可靠性决定，而整流器的可靠性又有其控制系统的电子设备的可靠性决定，故主要探讨、论述浴盆曲线指导下整流器的电子设备运行维护策略。

2.1 浴盆曲线的早期失效期

电子设备应该在制造厂经过老化试验，通过高温老化试验使元器件的缺陷、焊接、装配等生产过程存在的潜在隐患提前暴露，尽快使产品跨过浴盆曲线的早期故障阶段，进入高可靠性稳定期的偶然故障阶段，也就是产品理论上已处在浴盆曲线的偶然失效期；而实际运行中，投运开始的一两年故障率仍然较高，这主要是整流装置运抵现场之后，变压器、整流器、冷却系统等几部分相互之间或自身内部要有信号连线，附件安装、连接，程序调试，模拟试验等工作，这一系列的工作不够认真、检查不够仔细、方法不够周全等造成，另外人员对技术的掌握深度、广度不够，责任心不到位也是原因之一。

运行维护策略：

（1）新整流装置投运前（或老装置检修后），对所有接线端子检查紧固一遍，所有插接头确认插接完好。

（2）对所有的报警值、联锁值逐一仔细确认，确保整定正确。

（3）对整流装置自身、整流装置到DCS及DCS到整流装置的联锁信号逐一模拟试验，确保联锁正确、可靠动作。

（4）切实做好培训工作，每一个岗位人员都必须掌握“三懂四会”；三懂：懂构造、懂原理、懂性能，四会：会操作、会维修保养、会检查、会排除故障。

（5）通过有效的巡检，及时发现、处理隐患。

以上几条做到之后，就可缩短早期失效期，甚至跨过这一阶段直接到偶然失效期。

2.2 浴盆曲线的偶然失效期

整流器电子设备的环境因素对偶然失效期内的故障率和维持期有重大决定作用，在使用寿命期内并且只有在合适工作条件下的故障率才最低，也才能保持甚至延长偶然失效期。

（1）温度的影响

整流器作为电子产品，主要由电子元器件的控制板、开关电源、PLC等组成，而所有这些的寿命都与工作温度有密切的关系。如果实际工作温度超过了产品规定的使用范围，不仅寿命会缩短，而且产品本身也会受到严重的损坏。例如：电解电容器，一个极限工作温度为85℃的电解电容器，在温度为20℃的条件下工作时，一般情况可以保证181 019 h的正常工作时间；而在极限温度85℃的条件下工作时，一般情况仅仅可以保证2 000 h的正常工作时间，可见，温度对电容器的寿命有非常大的影响。

（2）湿度的影响

湿度过大，电子元器件易引起泄漏通路、漏电、击穿、材料老化等变化；而湿度过低，又易使塑料、绝缘材料等干燥收缩、变形、甚至龟裂。

（3）灰尘的影响

在灰尘比较大的环境中工作，由于印制板吸附灰尘，而灰尘的沉积会影响电子元器件的散热，这将导致元件温度上升，进而出现热稳定性下降甚至产生漏电，严重时导致烧毁。另外，灰尘也会吸收水分，腐蚀电子线路，造成短路故障。

（4）腐蚀性气体的影响

含盐、碱、氯气的潮湿环境可引起系统性能的退化，因为它们会加剧金属部件的腐蚀效应，还有利原电池的产生，特别是当不同类金属接触的时候。腐蚀性气体的另一个有害效应是在非金属部件表面形成导致这些材料的绝缘和介质特性退化的膜，从而形成泄漏通路。

（5）电磁辐射的影响

电磁干扰可以严重干扰弱电信号、改变CPU程序计数器PC的数值、错误地"跳出"正在执行程序、引起整流装置的误动及整流器输出电流、电压的波动。

（6）振动的影响

振动引起元器件或材料的疲劳损坏、压接螺栓及插接件的松动、机械触点的误动。

（7）负载的影响

任何一个元器件都有一个疲劳损伤期，在额定的负载下工作，就可保证其预期寿命，但如长时间在高负载下工作，必然加速其老化，当然不一定马上失效，但会使其寿命迅速降低。

从上述的各种环境因素的影响可以看出，改善整流装置的使用环境、对其定期的维护保养，不但可以及时排除事故隐患，更有利于提高可靠性，延长其使用寿命。

运行维护策略：

（1）国外整流器的现场控制柜都是密闭型的，内部一般都有空调进行恒温、恒湿控制，如此做的优点是：内部恒温、恒湿，保证了电子元器件性能稳定，避免了灰尘的影响及环境造成元器件的腐蚀。

国产整流器现场控制柜一般是不密闭的，因与整流变压器布置在一起，而变压器的运行温度在50℃左右，其向周围空间散发出大量的热，尤其夏天，控制柜内的温度都在40℃以上，如此高的运行温度，将加速电子元器件的老化，且易造成元器件的性能漂移（引起整流器输出电流的波动或停车），及电子元器件管脚、印刷线路板的腐蚀。基于上述对比，建议国产整流器现场控制柜改为密闭，同时加装空调。如果条件所限，至少将柜子密闭，在柜子的底部引入清洁的仪表风，通过仪表减压阀将适量的仪表风通入柜中，这样始终保持柜内微正压，在柜子漏气时，由内往外漏，既阻止了外部腐蚀性气体的进入，又达到了散热的目的。规范GB 50174：开机时，辅助区温度、湿度控制：18～28℃、35%～75%；停机时，辅助区温度、湿度控制：5～35℃、20%～80%，都需尽力满足。

（2）采取继电器隔离、光电隔离、电缆屏蔽、接地、滤波、优化布线等措施，满足产品相关标准的要求，尤其注意接地电阻的遥测、接地线连接的有效性确认，确保接地良好。另外要确保弱电信号电缆用金属槽盒的完好，且绝不能将强电电缆混放于其中。

（3）远离振动源、筑牢控制柜基础，甚至采用防震垫等防振手段，确保控制柜及柜内器件无有害振动发生。

（4）一般整流装置的运行电流至其额定电流有10%的余量，故其是在降额运行。

如此，保持甚至延长整流器偶然失效期的影响因素都一一解决。

2.3 浴盆曲线的耗损失效期

要进入耗损失效期时，对整流器的更新换代应早做打算，多调研，以便选用技术先进、可靠性高、维护量小、性价比高的设备。对于已超过预期寿命（即早期失效期+偶然失效期）仍继续使用的电子设备，应适当缩短维护和试验周期。现在许多的进口整流器厂商对整流设备各部件的预期寿命进行了评估，且以表格的形式列出，它包括器件的名称、预期寿命。这样可清楚的告诉用户，整流器的哪个元器件、部件的预期寿命是多长，这样，对于主设备偶然失效期较长，而辅助设备、器件偶然失效期较短，结构上又相对独立的情况，一方面，用户在辅助元器件的预期寿命要到期时，在运行中，要多巡检、多关注，另一方面，指导用户的备件储备，早做更换的准备工作，使用户在使用、维护中可做一些更有针对性的工作，确保整流器总体运行在偶然失效期。