真空斷路器可靠性的評價及管理對策

郭東藝

廈門ABB開關有限公司，福建 廈門 361009

0 引言

隨著經濟的發展和社會的進步，真空斷路器作為供配電設備的核心設備之一，其可靠性對供電穩定性起著至關重要的作用，成為用戶十分關注的問題。同時，真空斷路器的可靠性管理也逐步成為相關產品設計、生產和管理的指南。因此，真空斷路器的可靠性是今后產品競爭的焦點[1]，也是衡量使用者對產品的滿意度或對企業的信賴度的重要指標。

1 產品可靠性的定義

《電力可靠性基本名詞術語》（DL/T 861—2020）[2]對“產品可靠性”的解釋如下：產品在規定的條件下、規定的時間內，完成規定的功能的能力。其中，“規定的條件”包括操作、維修護理、環境條件；“規定的時間”是指定的產品運行時間，是決定產品可靠性的關鍵；“規定的功能”是產品手冊中給出的產品能夠正常運行的特性標準[3]。

從廣義上看，可靠性是在產品規定的條件及壽命周期內，完成規定功能的可能性。簡而言之，就是以概率來表示產品或者設備具有的持續工作的能力。從狹義上看，可靠性是指產品在規定的時間跨度內、在相應的條件下，持續完成所要求的功能的概率。概率、性能、時間和條件這四個要素是產品可靠性的衡量標準。

2 真空斷路器可靠性的基本要求

真空斷路器是配電系統的核心部件之一，其可靠性與電網的安全性密切相關。真空斷路器在運行時，如果其下游側發生故障，真空斷路器會執行故障切除指令，防止事故的發生或擴大。如果真空斷路器存在可靠性缺陷，會無法及時作出反應，這勢必會危及配電系統安全，從而造成經濟損失，設備缺陷造成的事故還有可能危及操作者的人身安全。因此，需要將所使用的真空斷路器的可靠性缺陷的發生概率降至最低。

人們結合不同的使用場合，對真空斷路器提出了各種可靠性指標。在實際使用時，用戶對于真空斷路器可靠性的理解與真實情況存在一定的差異，甚至期望產品有更加豐富的功能。例如，當用戶進行非正規操作甚至錯誤操作時，產品需要有一定的預防能力，能夠適用于更多的使用場景或環境等?；诖?，真空斷路器的可靠性有以下幾點基本要求。

（1）真空斷路器在運行期間應該保持穩定。真空斷路器的運行穩定是指當使用條件的實質沒有發生變化時，真空斷路器的基本功能、性能等也應該趨于穩定。就算使用條件發生一定的變化，真空斷路器參數的變化也應該在技術范圍內。

（2）可以適應周圍環境。真空斷路器與其他產品有一定的差異，其需要具備一定的耐環境變化的能力。真空斷路器在運行時會遇到正常使用條件以及特殊使用條件，這對真空斷路器提出了較高的要求。真空斷路器在實際使用時，往往會面對多種復雜的環境，如地鐵、隧道等的施工場合，其施工周期長，施工環境較惡劣，濕度、塵埃等也會對真空斷路器的性能產生一定的影響。高可靠性的真空斷路器應該能夠經受環境的考驗，并確保能夠正常工作。

（3）可以承受非正規操作。真空斷路器的使用中可能會出現非正規操作，這主要是因為操作者在操作時疏忽某一環節或者產生失誤。在操作者出現錯誤操作時，可靠性高的真空斷路器可以糾正錯誤操作，保持正常運轉，防止人員操作失誤引起重大事故，給設備和人身安全帶來隱患。

（4）使用壽命的要求。真空斷路器的使用壽命主要受到機械、電氣的操作次數以及使用年限兩個因素的影響。例如，應用在煉鋼電弧爐的真空斷路器，在高峰期間每天的操作高達百次，經過數月的使用就會達到其設計的機械或電氣壽命，如果使用期間發生拒動，將造成整包鋼水報廢而造成重大損失。因此，真空斷路器在操作期間的可靠性需要得到保障。此外，在配電系統中，真空斷路器的操作并不頻繁，在其使用期間，真空斷路器的各項機械和電氣參數應該保持穩定，不應超出相關技術條件的規定范圍。

3 真空斷路器可靠性的評價

3.1 真空斷路器可靠性的評價指標

3.1.1 平均故障間隔時間

平均故障間隔時間（Mean Time Between Failure,MTBF）是指真空斷路器壽命單位總數與故障總數之比；真空斷路器的故障率（λ=1/MTBF）是指真空斷路器服役期間發生故障的概率[4]。假如一組100 000臺產品樣本的MTBF計算結果為200年，那么這些斷路器每年發生故障的概率為1/200，即0.5%，也就是每年發生故障的真空斷路器大概有500臺。

3.1.2 平均故障間隔操作次數

真空斷路器的平均故障間隔操作次數（Mean Operations Between Failure, MOBF）可以借鑒汽車的可靠性評價指標平均故障里程（MMBF）的設置方式完成設置[5]。真空斷路器是一個動態部件，其MOBF是指在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的可靠性，可以用于衡量真空斷路器完成預期操作壽命的可靠性。

3.2 真空斷路器可靠性的評價方式

利用Weibull分布建立可靠性分布模型，運用Minitab進行假設分布檢驗，可以得到置信度，即真空斷路器的可靠性R(t)。以M1級或M2級的真空斷路器為例，其完成規定的2 000次或10 000次操作次數的生存概率可以衡量其可靠性[6]。

4 真空斷路器可靠性的管理對策

可靠性是衡量真空斷路器質量的重要因素，使用可靠性管理技術可以有效提升真空斷路器的質量。真空斷路器的可靠性管理應該貫穿真空斷路器的整個產品壽命周期，主要包括零部件的質量管理、生產過程的可靠性管理、產品售后管理等。其目的是在產品壽命周期的各個階段預測和預防所有可能發生的故障和隱患，降低產品全壽命周期的故障率和費用。下面根據真空斷路器的特點，結合管理應用實例，介紹用于提高真空斷路器可靠性的管理對策。

4.1 零部件的質量管理

零部件作為真空斷路器生產的基礎，其質量直接影響真空斷路器的最終質量及可靠性。選擇質量優良的零部件是真空斷路器可靠性管理的基礎。

（1）加強關鍵工序的控制。真空斷路器中很多機械零部件的加工工藝十分復雜，如焊接、熱處理、噴漆等，并且其加工質量無法在后續的檢驗或實驗中驗證。一旦發生重大的質量事故（如批次質量事件）或產品可靠性問題，會影響真空斷路器的質量。為此，需要加強對機械零部件的加工工藝關鍵工序的控制。

（2）進行關鍵零部件的可靠性驗證。關鍵零部件的可靠性驗證包括零部件的動作壽命測試、零部件的耐久環境測試、金屬鍵的應力測試等。相關人員應該根據產品的特點和零部件的生產工序，制訂相應的檢驗控制計劃。

（3）應用統計過程控制技術（SPC）。真空斷路器產品質量的波動有偶然因素（不可避免的因素）引起的正常波動，也有特殊因素（可避免的因素）引起的異常波動。由于斷路器生產廠家無法時刻監控零部件的生產和質量控制，在零部件供應質量管理中需要應用統計過程控制技術（SPC），其能夠幫助發現質量波動，及時糾正生產加工過程中的問題，并預防系統性問題的發生。

4.2 制造過程的可靠性管理

（1）應用可靠性管理系統。優秀的管理離不開系統的支持，在大數據時代，完善的可靠性管理數據平臺和系統能夠及時、快速地分析真空斷路器的質量管控情況。通過可靠性管理系統的實施可以提升可靠性管理工作的效果，使真空斷路器的可靠性改進工作有組織、系統地開展。

（2）落實可追溯性管理制度?？勺匪菪怨芾硎琴|量管理中不可或缺的環節，可以有效管理生產過程，對于不合格品不僅能責任到人，而且能夠對質量的改善和問題的防范提供有效的幫助?？勺匪菪怨芾砜梢约皶r有效地找出問題零部件，防止質量問題的擴大化；對于已經交付的帶缺陷的產品，可追溯性管理能夠提供有效的可追溯材料，及時鑒定影響范圍，減少損失；同時，可追溯性管理也是提升產品質量水平，降低生產成本，提高企業效益的有效手段?？勺匪菪怨芾碇贫鹊膶嵤╇x不開系統的支持，需要加強相關系統的建設。

（3）進行可靠性驗證試驗。真空斷路器的可靠性驗證通常采用隨機抽取方法抽取生產線的成品斷路器作為樣品，按照設計要求進行的產品壽命試驗，從而在較短的時間內獲得產品可靠性的評定數據，并暴露使用中可能出現的故障。可靠性驗證可以發現真空斷路器在設計、材料、工藝中的缺陷，驗證真空斷路器的可靠性是否符合相關規定。根據可靠性驗證試驗暴露的缺陷，通過失效分析、質量控制等措施，可以解決存在的問題，從而提高真空斷路器的可靠性。

4.3 產品售后管理

在實際使用中，許多真空斷路器發生故障的原因是在使用過程中操作者存在疏忽或失誤，即遇到了非正規操作。真空斷路器遇到非正常使用條件，如空氣的溫度、濕度、酸堿成分發生變化，空氣中塵埃對產品表面造成影響以及由于海拔原因產生氣象變化等，都會在一定程度上影響其可靠性。據統計，這些非正常使用帶來的斷路器故障或缺陷占交付缺陷的一半。因此，為了提高斷路器的可靠性和交付質量，不僅要求斷路器有一定的抗“非”能力，也要在使用過程中避免或減少這些“非正常”的產生。這就意味著必須有完善的產品售后管理體系，以確保斷路器在現場的正確使用，其相關要點如下。

（1）加強數據收集和反饋。可靠性數據是分析斷路器在壽命周期各階段可靠性的主要依據，可靠性數據的來源很多，設備設計、制造、使用等環節都是數據的來源。可靠性數據除了用于預測斷路器的可靠性，評價其性能，也為制造商提供斷路器優化和改進的依據，足見其重要性。真空斷路器的可靠性數據收集目前還停留在檢驗、制造、返修等數據的記錄，而斷路器使用過程中的數據非常有限，這主要是因為缺乏系統的管理和規劃。因此，需要建立可靠性信息管理系統，如客戶關系管理（CRM）平臺，這有助于提升斷路器的可靠性，并使企業受益于客戶關系的維護和保留。

（2）加強維護保養。隨著斷路器技術的發展，斷路器的維護量和維護成本大大減少。但是部分用戶對真空斷路器的維護存在認識誤區，錯誤地認為斷路器完全不需要維護。對此，需要提高相關人員的認識，并加強對真空斷路器的維護保養。當前，真空斷路器的主要維護工作是機構性能的維護，而確保操作機構的潤滑是其重點。隨著斷路器的不斷優化和升級，通過廠家的專業維護保養和預防性維修可以有效提升斷路器可靠性并延長其使用壽命。

（3）使用云服務技術。隨著我國智能電網建設的深入、電網中設備數量的增加、技術水平的提高及運行標準要求的日趨嚴格，進一步提高真空斷路器的可靠性和運行效率，大幅降低設備運行成本，對于保障各級電網的安全、可靠、高效至關重要。其中，真空斷路器的在線監測和狀態檢修是不可或缺的一環。云服務技術是提升真空斷路器可靠性的新興技術，云服務可為客戶提供遠程診斷、巡檢計劃、快速保障、維保診斷、技術支持、質保延長等服務。遠程服務中心可以結合云服務技術的優勢構建一套清晰、高效的客戶溝通平臺，其突出特點是產品專家團隊可遠程實時關注開關設備的運行狀況，進而在事故發生前或發展成重大缺陷前對其進行及時有效的糾正。

5 結論

真空斷路器的可靠性管理是一個持續改進的過程，應通過系統的分析和跟蹤，對于異?；蜿P鍵點立項展開相應工作，持續提升其可靠性；真空斷路器的可靠性需要用數據說話，只有基于準確的數據收集和反饋，才能得到正確的改進措施，因此需要建立相應的數據收集、分析系統；設計和生產出可靠的真空斷路器產品之后，需要應用正確的使用方法和維護措施確保其可靠性的延續。通過真空斷路器的全壽命周期管理，可以提升真空斷路器的運行可靠性，并為制造商今后的發展創造新機遇。