机械可靠性在高压电器设计中的应用研究

袁超

（湖南德意电气有限公司）

0 引言

社会经济的发展在很大程度上推动着现代科学技术的发展，人们将现代科学技术在生产流程中的应用称为可靠性技术，可靠性技术的应用有利于解决生产过程中的问题，促进科学技术的进一步发展。我国在高压电器可靠性的研究上起步较晚，近年来，国家不断提高对机械可靠性在高压电器设计中应用的重视与研究力度，旨在提高高压电器设计过程的科学性与可靠性，从而促进我国电器行业领域的可持续发展。

1 机械可靠性的概述

1.1 机械可靠性与失效性

机械可靠性作为产品设计与生产过程中的重要因素，在很大程度上影响着产品设计与生产的效率和质量。从机械可靠性的整体上来看，其主要体现出技术的先进性与技术应用的可靠性。产品设备的设计与制造的机械可靠性不足则将无法正常投入使用，从而降低产品的使用率，造成大量材料、成本被浪费。在对机械可靠性的研究与分析过程中需要对产品故障率等因素进行分析，在实际应用过程中通常指在单位时间内表现出的参数值。与机械可靠性相对的是机械的失效性，在实际工作中，研究人员需要在指标数据获得过程中对大量研究数据进行计算，并对数据内容与形式进行分析，依据获取的相关信息制定相应损坏率与时间的关系图，如图1所示。

1.2 可靠性技术工作的基本内容

可靠性通常指科学的使用方法对不同类型的电器产品起到的作用，通过可靠性技术工作有利于提高产品的质量与使用性能。电器产品在设计、加工生产制造以及使用性能测试等环节都存在可能影响产品可靠性的因素，在任何环节发现产品存在性能问题或故障问题都需要通过可靠性分析工作对不合格的产品进行筛选，并将结果进行记录与反馈，从而有效提升设计工艺应用的科学性与合理性。在此过程中，工作人员需要注重产品本身的可靠性与管理工作之间的关系，在进行实际测试与抽样工作中，需要工作人员严格按照排列组合的形式 要求来开展相关工作，进而通过精准的数据计算获得机械可靠性。可靠性技术工作的基本内容如图2所示。

1.3 数学模型

部分电器产品的测试过程需要消耗较长的时间，不同电器产品的到期时间存在较大差异性，也因此对高压电器的设计工作提出更高要求。在进行高压电器设计工作中，要求工作人员结合统计的产品故障数据以及相关数学规律开展工作。设计过程中涉及到计算的环节都需要应用一定的数据公式，因此，在计算过程中，工作人员要善于发现计算中存在的规律。依据相关的数据信息能够制定出相应的直方图，工作人员能够从图中更加直观地观察并分析数据的分布情况及变化规律。实际工作中，通常以函数的形式来表示时限的特征量，如图3所示。

1.4 常见失效分布类型

工作人员在进行高压电器设计工作过程中，需要依据故障分布密度和故障积累两种变量来进行函数计算，这两者之间存在的函数关系与故障的分布情况具有紧密联系。在此过程中，以正态分布、对数正态分布以及威布尔分布为几种典型的故障分布点，这几种分布点的存在能够帮助工作人员准确判断产品的类型，并推动产品故障维护工作的顺利进行。在实际生活中，人们会经常提到产品的使用可靠性问题，通常指的是根据已知的分布功能情况对产品故障率进行分析，虽然这种方式与实际工作中的方式存在差异性，但最终获得的结果却较为相似。因此，对常见失效分布类型的研究与分析，有助于保证高压电器设备的高效运行，并体现出自身的机械可靠性。

2 可靠性设计

2.1 常见的可靠性设计方法

工作人员在实际工作中对电器的设计方式通常为以下几种方式：首先为概率设计法。这种设计方法需要利用数学学科本身的可靠性，对相关概率进行估算与统计，之后通过计算和比较来满足产品机械可靠性的基本需求。这种设计方法通常在电器的设计工作中得到广泛的应用。其次为失效模式影响及致命度分析法。这种设计方式通常被应用在电器产品的系统设计工作中，包括对某些特殊系统构成部分及潜在故障模式功能的研究与分析工作。通过这样的方式有助于对产品的故障问题进行预防，并提高机械可靠性应用的有效性。但这种方式在实际应用中具有一定的复杂性，因此对于工作人员的专业技术要求较高。

2.2 可靠性设计的内容及步骤

在开展高压电器设计过程中，应用机械可靠性需要严格按照具体内容及相关标准和要求进行操作。可靠性设计的具体内容主要包括确定经过鉴定的可靠性指标和价值观、科学分配可靠性指标以及应用机械可靠性特点进行高压电器设备零件的设计。具体操作步骤主要为以下几点：首先，工作人员需要结合工作要求明确需要重点关注的相关设计问题，之后依据任务大纲的特点科学有效地控制产品设计与制造中可能出现的变量及相关参数。其次，全面分析出电器产品故障模式的类型以及对产品产生的危害性，对组件模式故障问题以及其独立性和相关性进行分析，并发现其本质特点。之后，结合不同的故障模式类型绘制相应的函数图，再结合致命故障模型分析出相应的应力分布情况。在实际工作中，工作人员一方面需要有效提高高压电器设计工作的可靠性，另一方面还需要对机械可靠性的失效模式进行研究与分析。最后需要工作人员将关注的重点放在系统的核心与关键部位，通过对相关核心单元的控制有效完善电器产品设计的科学性与可靠性。由此可见，为保证高压电器可靠性设计工作的顺利进行，需要工作人员严格按照规定的步骤进行操作，并对相关参数进行控制，从而提高高压电器设计工作的效率和质量。

3 机械可靠性在高压电器设计中的应用

3.1 高压电器螺栓联结的典型设计

高压电器的设计工作要求工作人员严格依据相关标准来完成，以往的高压电器设计工作中虽然取得了较为突出的成绩，但高压电器作为一种精密仪器，对于其设计的可靠性要求相对较高，因此，需要工作人员将设计工作落实在对相关细节的调整与完善上，高压电器内部螺栓联结的设计就是其中的一项重点工作。首先，工作人员需要依据机械可靠性相关理论知识明确螺栓联结的各项标准要求，并以具有一定科学性的假定的数据来表示沿螺栓界面均匀分布的压力、应力集中系数的荷载分布以及其他因素几何形状的变化，并对螺栓的具体大小开展测试工作。之后，通过对测试结果的整理与分析获得元件的压力分布情况。其次，在实际工作中，选择“假设”状态要经过进一步的筛选与测试工作，并将结果与客观条件有效结合，避免螺栓的设计与实际情况相脱离。同时，机械可靠性要求螺栓的联结设计中要借助联结方程的应用程序确定螺栓的具体直径，从而有效减小螺栓直径的设计误差，提高高压电器设计的科学性与合理性，保证电器产品生产的质量。

3.2 高压电器受压筒体螺栓联结的设计

以往对常规电器的设计与使用工作通常只注重简单技术的应用，并未对多种影响因素进行考虑和分析，从而难以保证设计的可靠性，影响了电器产品的使用性能。而高压电器对于其设计的精密性要求较高，要想保证其使用性能和使用寿命，需要对不同的电器产品类型的相关标准进行研究与分析。高压电器受压筒体螺栓联结设计与电器的性质和特点密切相关，如果在高压电器受压筒体螺栓联结设计的细节上处理不当，则容易导致产品在使用中内部出现连锁反应，从而影响产品的正常使用。交流高压自动分段器的灭弧室里有六氟化硫气体，因此，在对高压电器的设计工作中，需要依据计算获得的相关数据对分段器进行设计，并采用科学可靠的连接方法，依据SF6气体确保螺栓材料选择的科学合理性。在该项设计工作中可以选择用概率设计法进行，利用数学学科本身的可靠性，并对相关概率进行估算提高设计工作的可靠性。在高压电器的设计中应用机械可靠性相关理论知识内容有助于提高设计工作的整体水平，有效弥补了以往高压电器设计中存在的弊端和不足，满足不同类型高压电器产品设计的基本需求。随着社会经济的不断发展，高压电器产品的类型也更趋于丰富，满足了社会各领域对高压电器的应用需求，推动了我国电器设计与制造行业的繁荣发展。因此，在未来发展中，我们还需要将高压电器设计与机械可靠性紧密结合，从而设计与生产出更多优质的高压电器产品，满足消费者的多元化需求。

4 结束语

高压电器的可靠性设计方法相对于传统的设计方法而言具有更强的难度和复杂性，但同时也体现出了设计方法的科学性、全面性与可靠性。机械可靠性在高压电器设计中的应用有利于提高产品的质量，增强产品的市场竞争力，从而提升企业的经济与社会效益。因此，在未来的发展阶段，我国需要更加深入地对机械可靠性在高压电器设计中的应用方式进行研究与分析，从而发挥其优势作用，促进我国电器领域的繁荣发展。