CN104965187B - 一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，包括步骤：1）将电能表分组，每组抽样若干；2）将抽样电能表挂在电能表检定台体上并放入温湿度试验箱内；试验测试项目包括电能表的功能性测试项目和关键器件或部位的参数测试项目；3）对电能表施加电流值为额定最大电流的电应力，同时，制定至少三组以上的温、湿度应力组合参数作为试验的应力组合要求值；4）在每一组应力组合下执行试验剖面的循环操作，直到满足试验截止条件；5）计算出各组应力水平下各失效模式的威布尔分布参数、加速因子和可靠度函数，最终得到电能表的伪失效寿命。本发明得到的失效数据更加合理，在最短的时间内获得最好的效果。

Description

一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法

技术领域

本发明涉及计量设备运行检定检测技术领域，具体涉及一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法。

背景技术

智能电能表的可靠性是电能表质量控制的重要内容。可靠性试验的瓶颈在于：一是试验反映出的结果置信度不高；二是试验时间太长、可操作性差。可靠性验证试验虽然已有成熟的技术标准，但由于智能电能表是一种高可靠性、长寿命的产品，实验室条件下可靠性验证方法一般只能得到失效率为零的结果。主要原因一是试验时间不够长，二是电能表整机虽未失效，但其内部关键器件的性能很可能已经发生了退化，只不过退化程度未以整机失效的形式表现出来。因此这样的可靠性验证试验只是定性试验，无法定量地衡量智能电能表的可靠性水平，此时就需要采用加速退化试验方法进一步了解智能电能表模块级或元器件级的退化水平。

本发明提出一种基于关键器件参数测试的智能电能表加速退化试验的设计方法、数据处理方法及可靠性评估方法，保证加速退化试验的可实施性，评价结果可从整机、模块、元器件三个层面给出智能电能表的可靠性评价。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法。本发明设计的基于关键器件参数测试的方法改善了电能表失效判定方法，将失效的着眼点从整机失效转移到模块或元器件的性能下降方面，解决了高可靠性智能电能表对于普通加速退化试验效果不明显的问题；本发明设计的应力组合和试验剖面可以有效激发智能电能表关键器件的失效模式，使试验在最少的时间内获得最好的效果。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)试验前，将被试批次的电能表分组，每组抽样若干数量用于加速退化试验；

2)将抽样的电能表挂在电能表检定台体上并放入步入式温湿度试验箱内；试验测试项目包括电能表的功能性测试项目和电能表关键器件或部位的参数测试项目；所述电能表的功能性测试项目由电能表检定台体实现，所述电能表关键器件或部位的参数测试项目采用耐高温测试排线将测试项目对应监测部位的信号从电能表内部引出至步入式温湿度试验箱外，连接到相应的测试设备上；

3)对抽样的电能表同时施加电流值为额定最大电流的电应力，同时，制定至少三组以上的温、湿度应力参数作为试验的应力组合要求值；

4)在每一组温、湿度应力组合下执行试验剖面的循环操作，直到满足试验截止条件；试验时，在各温、湿度应力组合要求值保持过程中进行在线测试项目，温、湿度回到固定常温、常湿条件下并待基本电流误差稳定后进行离线测试项目的测试；记录各次离线测试、在线测试的测试结果；

5)按照GB/T 17215.931标准中的数据处理方法，计算出各组应力水平下各失效模式的威布尔分布参数、加速因子和可靠度函数，最终得到电能表的伪失效寿命。

所述电能表的功能性测试项目为：基本误差、日计时、启动测试和潜动测试，该四个项目在离线、在线测试时均进行测试。

所述电能表关键器件或部位的参数测试项目中在线测试项目为：试验过程中基本误差改变量、试验过程中计量模块参考电压范围、试验过程中计量模块参考电压改变量、计量模块模拟信号幅值的改变量、秒脉冲误差、秒脉冲误差改变量、晶振频率改变量、负荷开关驱动电压改变量、负荷开关接触压降改变量、485AB端的电压改变量、光耦输入输出端电压改变量、试验过程电压线路功耗变化量、稳压器件稳压后电压改变量和电池在线电压值。

所述电能表关键器件或部位的参数测试项目中离线测试项目为：压敏电阻漏电流、压敏电阻电压比、变压器表面温度、整流后变压器负载电压改变量、电解电容容量值、电解电容损耗值、电解电容漏电流值和电池容量。

所述温、湿度应力组合要求值为[70℃,85％RH]、[75℃,85％RH]、[80℃,85％RH]、[80℃,95％RH]、[85℃,85％RH]五组中的三组或三组以上，而且至少保证一组应力组合要求值在智能电能表的工作极限范围内。

所述的试验剖面为：

1)加载温、湿度应力参数前，对电能表在常温常湿[25℃,60％RH]环境条件下预热2小时，进行离线测试；

2)加载温、湿度应力参数至其中一组应力组合要求值，要求加载遵循从低温到高温、从低湿度到高湿度的顺序，对电能表施加85％-115％的额定电压，保持5小时；温度加载时，温变率为5℃/min；

3)在温、湿度应力参数保持的5小时期间，对电能表进行在线测试，且在线测试是在温、湿度应力参数稳定2小时后开始测试；

4)在温、湿度应力参数保持5小时后，卸载温、湿度应力参数恢复到常温常湿[25℃,60％RH]环境，常温常湿环境保持稳定且基本电流误差稳定后，对试验表进行离线测试；

5)继续加载下一组应力组合要求值，循环执行步骤2)-4)，直到满足试验截止条件。

所述的试验截止条件为：各个应力水平组合下，满足以下两条中的任意一条则试验停止：

1)失效电能表达到投入样本量的1/3以上；

2)累积在线试验时间达到300小时。

所述测试设备包括四位半万用表、时钟精度测试仪、频率测试仪、数字万用表、毫伏表、低频率因数瓦特表、图示仪、温度巡检仪、LCR测试仪和漏电流测试仪中的一种或多种。

本发明所达到的有益效果：

1.本发明改进了电能表可靠性加速试验方法，提出了一种根据电能表的关键器件或关键部位是否发生退化现象来判断电能表是否失效的加速退化试验方法，并根据这些电能表关键器件或部位的工作特性给出了相对应的失效判定依据。将关键器件的退化程度作为电能表失效的判定依据，可以让试验提早获得失效数据，而不是被动等待电能表整机失效。整机失效往往需要更多的时间，而且通常试验时间结束也不会得到失效数据。本发明充分利用了试验条件下高温高湿应力组合方式所能激发出的电能表内部元器件的退化数据，使试验得到的失效数据判定更加合理，避免了试验结束后由于整机没有失效而得不到失效数据的情况，最终得出有效的电能表伪失效寿命。由于加速试验需要耗费大量的样本和时间，而本发明可以大大缩短试验时间，在使用相同数量的样本的情况下用相对短的时间即可得到失效数据，为电能表的可靠性评价提供数据来源。

2.本发明设计的可靠性加速试验方法的应力组合方式、试验剖面可以有效激发智能电能表关键器件的失效模式，离线、在线测试的项目设计可以保证及时有效地获得失效数据，确保试验在相对短的时间内获得更好的效果。

3.本发明可以从元器件、模块和整机三个方面给出可靠性评价结果。

附图说明

图1为智能电能表加速退化试验剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，包括以下步骤：

1)试验前，将同一批次的待检电能表进行分组抽样；本实施例中根据规程DLT830中的备选方案，对总数1000台以上进行抽样，优选地分为5组，每组抽样至少42台，抽样台数不宜过多，以控制试验成本；

2)将抽样出的电能表挂在检定台体上，并将该检定台体推入步入式温湿度试验箱内进行试验；试验测试项目包括电能表的功能性测试项目和电能表关键器件或部位的参数测试项目。功能性测试项目有：基本误差、日计时、启动测试、潜动测试。电能表关键器件或部位的参数测试项目中在线测试项目为：试验过程中基本误差改变量、试验过程中计量模块参考电压范围、试验过程中计量模块参考电压改变量、计量模块模拟信号幅值的改变量、秒脉冲误差、秒脉冲误差改变量、晶振频率改变量、负荷开关驱动电压改变量、负荷开关接触压降改变量、485AB端的电压改变量、光耦输入输出端电压改变量、试验过程电压线路功耗变化量、稳压器件稳压后电压改变量和电池在线电压值；电能表关键器件或部位的参数测试项目中离线测试项目为：压敏电阻漏电流、压敏电阻电压比、变压器表面温度、整流后变压器负载电压改变量、电解电容容量值、电解电容损耗值、电解电容漏电流值和电池容量。这些测试项目是根据电能表易失效的关键器件的工作特性参数而选择的，这些测试项目可以在试验中指示电能表内部关键器件的退化程度。

功能性测试项目属常规测试项目，直接由电能表检定台体引出的信号线连接到电能表检定标准装置进行测试。电能表关键器件或部位的参数测试项目为本发明新增测试项目，除“试验过程中基本误差改变量”之外，其他项目需用耐高温测试排线将测试项目对应监测部位的信号从电能表内部引出至高低温箱外，连接到相应的测试设备上。例如“试验过程中计量模块参考电压改变量”测试项目，可将测试线的一端焊在电能表内部计量芯片的V_ref管脚，另一端引出到高低温箱外部，试验过程中定时用四位半万用表进行测试。其他还需使用到的测试仪包括：时钟精度测试仪、频率测试仪、数字万用表、毫伏表、低频率因数瓦特表、图示仪、温度巡检仪、LCR测试仪和漏电流测试仪组成。

3)试验时，需对试验电能表施加电流值为额定最大电流的电应力，同时，制定至少三组以上的温、湿度应力组合参数作为试验的应力组合要求值。温度、湿度应力的典型组合推荐五组：[70℃,85％RH]、[75℃,85％RH]、[80℃,85％RH]、[80℃,95％RH]、[85℃,85％RH]；如不能完成全部五组应力条件下的试验，则要进行适当裁剪，但要保证至少要做三组，并且至少保证一组应力在智能电能表的工作极限范围内。该五组温湿度组合应力可以有效激发智能电能表关键器件的失效模式。

4)在每一组应力组合下执行试验剖面的循环操作，直到满足试验截止条件；在各温、湿度要求值保持过程中进行在线测试项目，包括电能表功能性测试项目和电能表关键器件或部位的参数测试项目中的在线测试项目；温、湿度回到固定常温常湿条件下并待基本电流误差稳定后进行离线测试项目的测试，包括电能表功能性测试项目和电能表关键器件或部位的参数测试项目中的离线测试项目；记录各次离线测试、在线测试的测试结果；

如图1所示，所述的试验剖面为：

a)加载温、湿度应力前，对试验电能表在常温常湿[25℃,60％RH]条件下预热2小时，进行离线测试；

b)加载温度、湿度应力至应力组合要求值，要求加载遵循从低温到高温、从低湿度到高湿度的顺序，对电能表施加85％-115％的额定电压，保持5小时，温度加载时，要求温变率为5℃/min；

c)在应力保持高温、高湿环境的5小时期间，对智能电能表进行在线检测，在线检测需在高温、高湿应力稳定2小时后开始测试；

d)在高温高湿应力保持5小时后，卸载应力恢复到常温常湿[25℃,60％RH]，常温常湿度环境保持稳定且基本电流误差稳定后，对试验表进行离线测试；

e)重复步骤b)-d)，直到满足试验截止条件m)或者n)两条中的任意一条则试验停止:

m)失效电能表达到投入样本量的1/3以上，当试验样本为42个时，失效电能表数目为14个；

n)累积在线试验时间达到300小时。

该试验剖面可以有效激发智能电能表关键器件的失效模式，离线、在线测试的项目设计可以保证及时有效地获得失效数据，确保试验在相对短的时间内获得更好的效果。测试后，对于每一个在线和离线项目的结果进行电能表失效判定，各项目判据见表1。将关键器件的退化程度作为电能表失效的判定依据，可以让试验提早获得失效数据。

例如测试点1“试验过程中计量模块参考电压改变量”测试项目，在试验中当温、湿度箱中的温度、湿度应力升至应力组合要求值并保持两小时后开始测试，如果该参考电压改变量大于1％，则判定为失效。

表1智能电能表加速退化试验测试项目及其失效判据

5)按照GB/T 17215.931标准中的数据处理方法，计算出各组应力下各失效模式的威布尔分布参数、加速因子和可靠度函数，最终得到电能表的伪失效寿命。

若试验结束有被试表整机失效，则可直接获得整机失效数据。但由于智能电能表是具有高可靠性特性的电子产品，通常在试验结束时是无法得到可利用的数据的。这时，只有电能表内部的元器件或部件发生了退化现象，只是暂时没有退化到致使整机失效的程度。因此，利用电能表关键器件或部位的参数测试项目及时发现电能表内部的退化现象，可以充分挖掘试验数据，提早获得失效数据，缩短试验时间。因此，本发明可以从元器件、模块和整机三个方面给出可靠性评价结果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）试验前，将被试批次的电能表分组，每组抽样若干数量用于加速退化试验；

2）将抽样的电能表挂在电能表检定台体上并放入步入式温湿度试验箱内；试验测试项目包括电能表的功能性测试项目和电能表关键器件或部位的参数测试项目；所述电能表的功能性测试项目由电能表检定台体实现，所述电能表关键器件或部位的参数测试项目采用耐高温测试排线将测试项目对应监测部位的信号从电能表内部引出至步入式温湿度试验箱外，连接到相应的测试设备上；

3）对抽样的电能表同时施加电流值为额定最大电流的电应力，同时，制定至少三组的温、湿度应力参数作为试验的应力组合要求值；

4）在每一组温、湿度应力组合下执行试验剖面的循环操作，直到满足试验截止条件；试验时，在各温、湿度应力组合要求值保持过程中进行在线测试项目，温、湿度回到固定常温、常湿条件下并待基本电流误差稳定后进行离线测试项目的测试；记录各次离线测试、在线测试的测试结果；

5）按照GB/T 17215.931标准中的数据处理方法，计算出各组应力水平下各失效模式的威布尔分布参数、加速因子和可靠度函数，最终得到电能表的伪失效寿命；

所述的试验剖面为：

1）加载温、湿度应力参数前，对电能表在常温常湿[25℃,60%RH]环境条件下预热2小时，进行离线测试；

2）加载温、湿度应力参数至其中一组应力组合要求值，要求加载遵循从低温到高温、从低湿度到高湿度的顺序，对电能表施加85%-115%的额定电压，保持5小时；温度加载时，温变率为5℃/min；

3）在温、湿度应力参数保持的5小时期间，对电能表进行在线测试，且在线测试是在温、湿度应力参数稳定 2小时后开始测试；

4）在温、湿度应力参数保持5小时后，卸载温、湿度应力参数恢复到常温常湿[25℃,60%RH]环境，常温常湿环境保持稳定且基本电流误差稳定后，对试验表进行离线测试；

5）继续加载下一组应力组合要求值，循环执行步骤2）-4），直到满足试验截止条件。

2.根据权利要求1所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述电能表的功能性测试项目为：基本误差、日计时、启动测试和潜动测试，该四个项目在离线、在线测试时均进行测试。

3.根据权利要求1所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述电能表关键器件或部位的参数测试项目中在线测试项目为：试验过程中基本误差改变量、试验过程中计量模块参考电压范围、试验过程中计量模块参考电压改变量、计量模块模拟信号幅值的改变量、秒脉冲误差、秒脉冲误差改变量、晶振频率改变量、负荷开关驱动电压改变量、负荷开关接触压降改变量、485AB端的电压改变量、光耦输入输出端电压改变量、试验过程电压线路功耗变化量、稳压器件稳压后电压改变量和电池在线电压值。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述电能表关键器件或部位的参数测试项目中离线测试项目为：压敏电阻漏电流、压敏电阻电压比、变压器表面温度、整流后变压器负载电压改变量、电解电容容量值、电解电容损耗值、电解电容漏电流值和电池容量。

5.根据权利要求1所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述温、湿度应力组合要求值为[70℃,85%RH]、[75℃,85%RH]、[80℃,85%RH]、[80℃,95%RH]、[85℃,85%RH]五组中的至少三组，而且至少保证一组应力组合要求值在智能电能表的工作极限范围内。

6.根据权利要求1所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述的试验截止条件为：各个应力水平组合下，满足以下两条中的任意一条则试验停止：

1）失效电能表达到投入样本量的1/3以上；

2）累积在线试验时间达到300小时。

7.根据权利要求1所述的一种基于关键器件的智能电能表加速退化试验方法，其特征是：所述测试设备包括时钟精度测试仪、频率测试仪、数字万用表、毫伏表、低频率因数瓦特表、图示仪、温度巡检仪、LCR测试仪和漏电流测试仪中的一种或多种。