CN112730205B - 一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，包括：步骤一、获取所述服役环境对腐蚀所述电器元件有影响的关键环境参数；步骤二、测量得到表面腐蚀产物膜总厚度平均值
Figure DDA0002818172350000011
步骤三、构建加速试验环境；步骤四、将所述电器元件和n片铜测试片放置在所述加速试验环境中进行加速腐蚀试验，分n次测量所述电器元件受环境腐蚀影响的关键性能P和所述铜测试片的表面腐蚀产物膜总厚度T总；步骤五、拟合得到P＝K1ln(t′)+B1，T总＝K2ln(t′)+B2；步骤六、当P＝P′时，T总的取值T总′；并且，计算得到所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失。本发明具有精确度高的优点，能够帮忙使用者精准的对电器元件进行腐蚀失效预测以及指导运维。

Description

一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法
技术领域
本发明涉及电器元件的寿命试验方法，具体的说是一种实际运行工况环境下 电器元件腐蚀失效预测方法。
背景技术
电器元件是所有电气设备的核心和关键，电气设备的安全稳定是工业生产的 重要保障。如沿海核电站、石油石化工厂、海上风电和水力发电站等重大工程， 由于所处地理位置特殊性或生产引起的环境变化，大都处于较为严酷腐蚀环境下， 因而其内部电气设备的电器元件也因受到海洋环境或工业污染环境的影响，在运 行时其金属材料会发生一系列腐蚀反应，引起电器元件功能失效，无法达到预期 使用功能或直接停止服役，致使工业生产运行安全风险增大。即便是腐蚀程度相 对较轻的运行工况环境，经过10到20年的使用，也会因长年累月所积累的腐蚀 问题导致电气设备元件突发性失效，给工业生产带来极大的风险隐患。
当前已有许多电器元件的可靠性评价和寿命预测方法被提出和应用，取得了 良好的可靠性评价和寿命预测效果。但现有的可靠性评价和寿命预测方法多为针 对电器元件产品本身，没有切实考虑产品实际运行工况环境对其性能实质性的影 响和以及在相同腐蚀机制的前提下实现可靠性评价或寿命预测，所做可靠性评价 和寿命预测不能完全代表实际工况环境下应用的电器元件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀 失效预测方法。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，适用于通过金属触点 连接外部电路的电器元件；
其特征在于，包括：
步骤一、对所述电器元件的服役环境进行为期至少30天的环境监测，以获 取所述服役环境对腐蚀所述电器元件有影响的关键环境参数，包含有：最高温度、 最高湿度、腐蚀介质及其浓度；
步骤二、在进行所述环境监测的同时，按照专利号为ZL201610828976.7的 中国发明专利所述测量方法的步骤S1至步骤S3.5，测量得到所述服役环境的腐 蚀性水平，得到表面腐蚀产物膜总厚度平均值
Figure BDA0002818172340000021
其中，所述电器元件的服役环 境相当于所述测量方法中的受测量电子电器服役环境。
步骤三、构建加速试验环境，该加速试验环境的温度和湿度等于所述服役环 境的最高温度和最高湿度，且该加速试验环境中腐蚀介质的浓度是所述服役环境 中腐蚀介质的浓度的K倍，2≤K≤100，以保证电器元件在加速试验环境中与在 服役环境中的腐蚀失效机制一致；
步骤四、将所述电器元件和n片铜测试片放置在所述加速试验环境中进行加 速腐蚀试验，其中，所述电器元件在进行该加速腐蚀试验时的运行工况参数与在 所述服役环境中运行时的工况参数相同，所述铜测试片符合所述测量方法的步骤 S1的要求，n≥5；
并且，在所述加速腐蚀试验期间，分n次测量所述电器元件受环境腐蚀影响 的关键性能P和所述铜测试片的表面腐蚀产物膜总厚度T总，所述表面腐蚀产物 膜总厚度T总按照所述测量方法的步骤S3.1至步骤S3.3测得；
其中，所述关键性能P优选为具体的电器元件受环境腐蚀影响最大的参数， 例如：对于所述电器元件为导轨式接线端子的情况，所述关键性能P为导轨式接 线端子的接入端与接出端之间的电压降，对于所述电器元件为继电器的情况，所 述关键性能P为继电器的接触电阻；对于所述电器元件为行程开关的情况，所述 关键性能P为行程开关的接触电阻；
其中，需要n片铜测试片的原因，是因为表面腐蚀产物膜总厚度T总的测量 需要进行破坏性试验，因此，每一次进行测量时，需要从加速试验环境中取出一 片所述铜测试片，按照所述步骤S3.1至步骤S3.3进行测试；
其中，所述n次测量，可以从所述加速腐蚀试验开始时等时间间隔周期进行， 也可以按照符合所述电器元件的腐蚀规律的非等间隔周期进行。
步骤五、用所述步骤四得到的数据，通过非线性回归分析方法，拟合得到所 述关键性能P与加速试验时间t′之间的关系式：P＝K1 ln(t′)+B1，并拟合得到所 述表面腐蚀产物膜总厚度T总与加速试验时间t′之间的关系式：T总＝K2 ln(t′)+B2；
式中，加速试验时间t′为所述加速腐蚀试验的开始时刻到所述关键性能P的 测量时刻(也即铜测试片被取出的时刻)之间的时长，参数K1、B1、K2、B2均 为通过非线性回归分析方法拟合得到的常数；
步骤六、通过所述步骤五的两条关系式，计算得到：当P＝P′时，T总的取值 T总′，其中，P′为所述电器元件在服役环境运行至失效时的关键性能P的数值；
并且，按照以下公式，计算得到所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时 间预测值D失：
Figure BDA0002818172340000031
式中，
Figure BDA0002818172340000032
为所述步骤二得到的表面腐蚀产物膜总厚度平均值，A为换算因子， 换算因子A的取值为0.3、0.5、1.0中的其中一者，且换算因子A的取值满足以 下规则：
Figure BDA0002818172340000033
从而，本发明对于会因金属触点受服役环境腐蚀而引致失效的电器元件，能 够快速的测试出该电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，该预测 值D失非常接近于该类电器元件在服役环境实际运行时的失效时间，具有精确度 高的优点，能够帮忙使用者精准的对电器元件进行腐蚀失效预测以及指导运维； 例如：解决导轨式接线端子、继电器因触点腐蚀、接触不良而导致失效的问题。
作为本发明的优选实施方式：所述步骤一中，按照ISO 9225的规定，对所 述电器元件的服役环境中的SO2平均浓度和H2S平均浓度进行监测，如果SO2平均浓度和H2S平均浓度的差距在十倍以内，则将SO2和H2S均作为所述腐蚀 介质，如果SO2平均浓度和H2S平均浓度的差距超过十倍，则将平均浓度较高 者作为所述腐蚀介质，并忽略平均浓度较低者；并且，通过湿烛法对所述电器元 件的服役环境中的氯离子沉积率进行监测，将氯离子作为所述腐蚀介质。从而， 能够在保证本发明的预测准确性的前提下，降低测试成本。
作为本发明的优选实施方式：还包括：
步骤七、将至少三个所述电器元件，按照所述步骤一至步骤六，得到每一个 所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，并且，计算全部所述 电器元件的腐蚀失效时间预测值D失的平均值，作为该类电器元件的腐蚀失效时 间预测平均值，以提高预测的准确性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明对于会因金属触点受服役环境腐蚀而引致失效的电器元件，能够快速 的测试出该电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，该预测值D失 非常接近于该类电器元件在服役环境实际运行时的失效时间，具有精确度高的优 点，能够帮忙使用者精准的对电器元件进行腐蚀失效预测以及指导运维；例如： 解决导轨式接线端子、继电器因触点腐蚀、接触不良而导致失效的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理 解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领 域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动 所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明公开的是一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，适用 于通过金属触点连接外部电路的电器元件；
包括：
步骤一、对所述电器元件的服役环境进行为期至少30天的环境监测，以获 取所述服役环境对腐蚀所述电器元件有影响的关键环境参数，包含有：最高温度、 最高湿度、腐蚀介质及其浓度；
步骤二、在进行所述环境监测的同时，按照专利号为ZL201610828976.7的 中国发明专利所述测量方法的步骤S1至步骤S3.5，测量得到所述服役环境的腐 蚀性水平，得到表面腐蚀产物膜总厚度平均值
Figure BDA0002818172340000051
其中，所述电器元件的服役环 境相当于所述测量方法中的受测量电子电器服役环境。
步骤三、构建加速试验环境，该加速试验环境的温度和湿度等于所述服役环 境的最高温度和最高湿度，且该加速试验环境中腐蚀介质的浓度是所述服役环境 中腐蚀介质的浓度的K倍，2≤K≤100，以保证电器元件在加速试验环境中与在 服役环境中的腐蚀失效机制一致；
步骤四、将所述电器元件和n片铜测试片放置在所述加速试验环境中进行加 速腐蚀试验，其中，所述电器元件在进行该加速腐蚀试验时的运行工况参数与在 所述服役环境中运行时的工况参数相同，所述铜测试片符合所述测量方法的步骤 S1的要求，n≥5；
并且，在所述加速腐蚀试验期间，分n次测量所述电器元件受环境腐蚀影响 的关键性能P和所述铜测试片的表面腐蚀产物膜总厚度T总，所述表面腐蚀产物 膜总厚度T总按照所述测量方法的步骤S3.1至步骤S3.3测得；
其中，所述关键性能P优选为具体的电器元件受环境腐蚀影响最大的参数， 例如：对于所述电器元件为导轨式接线端子的情况，所述关键性能P为导轨式接 线端子的接入端与接出端之间的电压降，对于所述电器元件为继电器的情况，所 述关键性能P为继电器的接触电阻；对于所述电器元件为行程开关的情况，所述 关键性能P为行程开关的接触电阻；
其中，需要n片铜测试片的原因，是因为表面腐蚀产物膜总厚度T总的测量 需要进行破坏性试验，因此，每一次进行测量时，需要从加速试验环境中取出一 片所述铜测试片，按照所述步骤S3.1至步骤S3.3进行测试；
其中，所述n次测量，可以从所述加速腐蚀试验开始时等时间间隔周期进行， 也可以按照符合所述电器元件的腐蚀规律的非等间隔周期进行。
步骤五、用所述步骤四得到的数据，通过非线性回归分析方法，拟合得到所 述关键性能P与加速试验时间t′之间的关系式：P＝K1 ln(t′)+B1，并拟合得到所 述表面腐蚀产物膜总厚度T总与加速试验时间t′之间的关系式：T总＝K2 ln(t′)+B2；
式中，加速试验时间t′为所述加速腐蚀试验的开始时刻到所述关键性能P的 测量时刻(也即铜测试片被取出的时刻)之间的时长，参数K1、B1、K2、B2均 为通过非线性回归分析方法拟合得到的常数；
步骤六、通过所述步骤五的两条关系式，计算得到：当P＝P′时，T总的取值 T总′，其中，P′为所述电器元件在服役环境运行至失效时的关键性能P的数值；
并且，按照以下公式，计算得到所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时 间预测值D失：
Figure BDA0002818172340000061
式中，
Figure BDA0002818172340000062
为所述步骤二得到的表面腐蚀产物膜总厚度平均值，A为换算因子， 换算因子A的取值为0.3、0.5、1.0中的其中一者，且换算因子A的取值满足以 下规则：
Figure BDA0002818172340000063
从而，本发明对于会因金属触点受服役环境腐蚀而引致失效的电器元件，能 够快速的测试出该电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，该预测 值D失非常接近于该类电器元件在服役环境实际运行时的失效时间，具有精确度 高的优点，能够帮忙使用者精准的对电器元件进行腐蚀失效预测以及指导运维； 例如：解决导轨式接线端子、继电器因触点腐蚀、接触不良而导致失效的问题。
实施例二
在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
所述步骤一中，按照ISO 9225的规定，对所述电器元件的服役环境中的SO2平均浓度和H2S平均浓度进行监测，如果SO2平均浓度和H2S平均浓度的差距 在十倍以内，则将SO2和H2S均作为所述腐蚀介质，如果SO2平均浓度和H2S 平均浓度的差距超过十倍，则将平均浓度较高者作为所述腐蚀介质，并忽略平均 浓度较低者；并且，通过湿烛法对所述电器元件的服役环境中的氯离子沉积率进 行监测，将氯离子作为所述腐蚀介质。从而，能够在保证本发明的预测准确性的 前提下，降低测试成本。
实施例三
在上述实施例一或实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施 方式：
所述的实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，还包括：
步骤七、将至少三个所述电器元件，按照所述步骤一至步骤六，得到每一个 所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，并且，计算全部所述 电器元件的腐蚀失效时间预测值D失的平均值，作为该类电器元件的腐蚀失效时 间预测平均值，以提高预测的准确性。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术 知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出 其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，适用于通过金属触点连接外部电路的电器元件；
其特征在于，包括：
步骤一、对所述电器元件的服役环境进行为期至少30天的环境监测，以获取所述服役环境对腐蚀所述电器元件有影响的关键环境参数，包含有：最高温度、最高湿度、腐蚀介质及其浓度；
步骤二、在进行所述环境监测的同时，按照专利号为ZL201610828976.7的中国发明专利中测量方法的步骤S1至步骤S3.5，测量得到所述服役环境的腐蚀性水平，得到表面腐蚀产物膜总厚度平均值
Figure FDA0003363001170000011
步骤三、构建加速试验环境，该加速试验环境的温度和湿度等于所述服役环境的最高温度和最高湿度，且该加速试验环境中腐蚀介质的浓度是所述服役环境中腐蚀介质的浓度的K倍，2≤K≤100；
步骤四、将所述电器元件和n片铜测试片放置在所述加速试验环境中进行加速腐蚀试验，其中，所述电器元件在进行该加速腐蚀试验时的运行工况参数与在所述服役环境中运行时的工况参数相同，所述铜测试片符合所述测量方法的步骤S1的要求，n≥5；
并且，在所述加速腐蚀试验期间，分n次测量所述电器元件受环境腐蚀影响的关键性能P和所述铜测试片的表面腐蚀产物膜总厚度T总，所述表面腐蚀产物膜总厚度T总按照所述测量方法的步骤S3.1至步骤S3.3测得；
步骤五、用所述步骤四得到的数据，通过非线性回归分析方法，拟合得到所述关键性能P与加速试验时间t′之间的关系式：P＝K1ln(t′)+B1，并拟合得到所述表面腐蚀产物膜总厚度T总与加速试验时间t′之间的关系式：T总＝K2ln(t′)+B2；
式中，加速试验时间t′为所述加速腐蚀试验的开始时刻到所述关键性能P的测量时刻之间的时长，参数K1、B1、K2、B2均为通过非线性回归分析方法拟合得到的常数；
步骤六、通过所述步骤五的两条关系式，计算得到：当P＝P′时，T总的取值T总′，其中，P′为所述电器元件在服役环境运行至失效时的关键性能P的数值；
并且，按照以下公式，计算得到所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失：
Figure FDA0003363001170000021
式中，
Figure FDA0003363001170000022
为所述步骤二得到的表面腐蚀产物膜总厚度平均值，A为换算因子，换算因子A的取值为0.3、0.5、1.0中的其中一者，且换算因子A的取值满足以下规则：
当
Figure FDA0003363001170000023
时，A＝0.3；
当
Figure FDA0003363001170000024
时，A＝0.5；
当
Figure FDA0003363001170000025
时，A＝1.0。
2.根据权利要求1所述的实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，其特征在于：所述步骤一中，对所述电器元件的服役环境中的SO2平均浓度和H2S平均浓度进行监测，如果SO2平均浓度和H2S平均浓度的差距在十倍以内，则将SO2和H2S均作为所述腐蚀介质，如果SO2平均浓度和H2S平均浓度的差距超过十倍，则将平均浓度较高者作为所述腐蚀介质；并且，通过湿烛法对所述电器元件的服役环境中的氯离子沉积率进行监测，将氯离子作为所述腐蚀介质。
3.根据权利要求1或2所述的实际运行工况环境下电器元件腐蚀失效预测方法，其特征在于：还包括：
步骤七、将至少三个所述电器元件，按照所述步骤一至步骤六，得到每一个所述电器元件在服役环境运行的腐蚀失效时间预测值D失，并且，计算全部所述电器元件的腐蚀失效时间预测值D失的平均值，作为该类电器元件的腐蚀失效时间预测平均值。
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