浴盆曲线在通信电源设备管理中的应用

江玉彬

（华信邮电咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州310014）

0 引 言

通信电源设备是通信系统的重要组成部分。在通信电源设备的管理中，经常会涉及到电源设备的失效率（或称故障率）、运行时间等问题，其失效率和运行时间之间是否存在某种规律？如何有效地应用这种规律指导电源设备的管理工作？

1 浴盆曲线

通信电源设备的可靠性是指在给定的条件和给定的时间区间内完成要求功能的能力。通常可靠性采用适合的量度予以定量化，在可靠性工程理论中把可靠性表示成一种概率，可用失效率（failure rate）来衡量通信电源设备的可靠性水平。

失效率是通信电源设备在时间区间开始时刻t前未发生失效，在时间区间（t，t＋Δt）内出现一个失效的条件概率与区间长度Δt之比，当Δt趋于0时的极限（如果存在）［1］。

式中，F（t）和f（t）分别是失效发生时的分布函数和概率密度，R（t）是可靠度函数，R（t）与可靠度R（t1，t2）的关系是R（t）＝R（0，t）。

上式计算较为复杂，可适当简化为在给定时间区间内发生失效的设备数量与时间区间开始时刻未发生失效的设备数量之比除以时间区间的持续时间得到失效率的一个估算值。

通信电源设备在整个生命期内，故障发生的次数和使用时间存在一定的规律。对每一台电源设备来说，出现故障的次数和使用寿命不相同，但其发展规律都是相似或一致的。

根据《通信局（站）电源系统维护技术要求 第1部分：总则》（YD/T1970.1－2009），高频开关整流设备的有效使用年限为10年。高频开关整流设备典型的失效率曲线遵循浴盆曲线规律，如图1所示［2］。

图1 高频开关整流设备的浴盆曲线

浴盆曲线可分为三段，分别为早期失效期、恒定失效率期和耗损失效期。

早期失效期（early failure period）：电源设备生命期的早期，从某个给定的时刻起开始可能存在的一段时间，在这期间的失效率明显高于随后的时期。

恒定失效率期（constant failure rate period）：电源设备在生命期内可能存在的一段时间，在这期间的失效率近似恒定。

耗损失效期（wear－out failure period）：电源设备的后期可能存在的一段时间，在这期间的失效率明显高于先前时期。

2 通信电源设备的有效使用年限

通信电源设备的有效使用年限是指能够保证正常可靠使用的时间；也就是电源设备在给定的条件下，从给定的时刻开始到失效率高到不可接受或电源设备因故障被认为不可修复时止的时间区间。

表1列出了相关标准下的通信电源设备的有效使用年限；在有效使用年限内，其平均失效间隔时间（MTBF，mean time between failure）应满足《通信局（站）电源系统总技术要求》（YD/T1051－2010）的规定。

表1 通信电源设备的有效使用年限［3，4］

3 故障判断依据［3］

3.1 通信电源设备的主要故障判断依据

当通信电源设备出现主要技术性能不符合要求，不检修将影响设备和系统正常工作的障碍则判定为设备故障。主要电源设备发生如下障碍时则判定为故障：

（1）整流设备：不能输出额定电流、电压超出允许范围、杂音电压高、稳压精度低于规定值、影响设备和系统工作或安全的告警、保护性能异常等。

（2）UPS设备：不能输出额定电流、电压超出允许范围、稳压精度低于规定值、影响设备和系统工作或安全的告警、保护性能异常等。

（3）配电设备：不能输出额定电流、电压降超出规定范围、动作失灵、影响设备和系统工作或安全的告警、保护性能异常等。

（4）发电机组：连续三次启动不成功、机组不能输出额定电流、电压和频率波动超出规定范围、出现四漏（水、油、气、电）、自动化机组的自动功能异常等。

（5）蓄电池组：蓄电池组出现落后电池、短路或电池出现渗漏、变形、起火、爆炸现象。

3.2 通信电源系统的故障判断依据

（1）直流供电系统：不能输出规定电流；电压超出允许范围；杂音电压高于允许值。三项中出现任何一项则判定为系统故障。

（2）交流供电系统：电压或频率超出允许变动范围，则判定为系统故障。

4 浴盆曲线不同阶段的通信电源设备管理工作

4.1 早期失效期

在电源设备投入使用的早期，其失效率较高，随着时间的延续呈逐步下降趋势。早期失效通常是受产品内部材料缺陷、设计和生产过程等的影响，因此可通过优化产品设计、优选设备零部件、提高标准化和模块化设计，减少故障机率。

为提高电源设备早期失效期的可靠性，生产商应在设备出厂前进行多项测试，以降低早期失效率。

4.2 恒定失效率期

恒定失效率期内，电源设备可靠性的变化趋于稳定，失效率相对较低；在这一阶段，电源设备早期失效已排除，是设备的最佳使用期，应在适当的使用成本下尽可能延长使用年限。

在电源设备的正常运行过程中，科学合理地安排维护和检测，以延长设备的使用年限，降低失效率。

4.3 耗损失效期

耗损失效期设备进入老化期，设备失效率呈递增且有迅速上升趋势。此时，应针对失效的原因，注意检查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修，使失效率呈稳定变化趋势；但这一阶段可靠性改进成本较大，可以通过设备的技术改造和零部件的更换来提高可靠性。如果成本过高，电源设备不宜继续使用。

5 通信电源设备的处置［4］

5.1 对存在设计缺陷、失效率高的设备的处置

对于存在设计等先天缺陷、正常使用失效率高等原因造成运行维护成本过高的电源设备，经专家和维护主管部门的评估与审批，可提前报废或更新。

5.2 对已超过使用年限的设备的处置

对于已超过有效使用年限的电源设备，经过检测评估，性能仍然良好并满足运行质量要求，具有使用价值的，经过主管部门的批准，可继续使用。性能指标达不到要求的电源设备，应做报废和退网处理。

5.3 对超期使用设备的维护

对于已超过有效使用年限仍继续使用的电源设备，应适当缩短维护和检测的周期。

6 结 论

通信电源设备在整个生命期内，失效率和运行时间符合浴盆曲线规律。了解这种宏观规律后，对不同服役状态的电源设备，可应用行之有效的措施，提升电源设备及系统的可靠性，降低运行和维护成本。

［1］ GB/T2900.13－2008，电工术语.可信性与服务质量［S］.2008.

［2］ 谢民勇，沈卫东，林朝阳，逄 东.通信系统电源设备可靠性设计分析［J］.移动电源与车辆，2010，（1）：28－32.

［3］ YD/T1051－2010，通信局（站）电源系统总技术要求［S］.2010.

［4］ YD/T1970.1－2009，通信局（站）电源系统维护技术要求第1部分：总则［S］.2009.

［5］ YD/T282－2000.通信设备可靠性通用试验方法［S］.2000.