基于运行信息的断路器故障率预测研究

薛淑胜,冷映丽,张琳

(中车南京浦镇车辆有限公司 总体研发部系统工程组，江苏 南京 210000)*

可靠性、可用性、可维护性和安全性作为产品的内在属性，GB/T21562-2008[1]规定，在产品寿命周期的设计与实现阶段就需通过审查、分析、试验和数据评估执行RAM程序，通过审查、分析、试验和数据评估执行安全计划.组成产品元器件的故障率是数据评估的基础，因此预测元器件的故障率就成为关键.

目前断路器的故障率预测主要使用国军标、美军标等标准[1-2]，这些标准针对的是通用断路器故障率预测的方法和数据.对于第一次使用的断路器，由于没有以往运行数据，用这些标准进行预测是可行的.对于已运行的断路器，再利用这些标准进行预测，已有不足，这是由于标准数据是通用的，不是依据某一供应商的产品，影响预测的准确性和可信性.

本文结合已运行的深四线等项目,通过基于以往运行数据，结合断路器发生变化的设计应力进行故障率的预测，与标准预测的断路器故障率进行比较, 说明基于运行信息预测断路器故障率可提高准确性和可信性.

1 断路器故障率预测方法

断路器故障率预测方法依标准和基于运行信息开展,现给出GJB/Z 299C-2008、MIL-HDBK-217F和基于运行信息三种断路器预测方法.

(1)MIL-HDBK-217F[3]断路器的故障率预测

λp=λb·πC·πU·πQ·πE

其中：λp为预测失效率；λb为基本失效率;πC为配置系数；πU为应用系数；πQ:质量系数；πE:环境系数.

(2)GJB/Z 299C-2008断路器的故障率预测

GJB/Z 299C-2008给出断路器故障率预测模型见表1.

表1 GJB/Z 299C-2008断路器故障率

(3)基于运行信息的断路器故障率预测[4]

通常情况下，同一供应商同一种规格断路器，其质量控制、结构是相同的，对用于车辆的断路器,也属于相同的“平稳地面移动”环境.因此，对于车辆用断路器，影响故障率的设计应力应定义为配置应力和应用应力.注:也可根据关注点不同，定义不同的应力因素，确定相应的设计应力.

为了基于以往型号进行新项目断路器故障率的预测，本文提出额定故障率的概念，额定故障率为设计应力系数为1的故障率.对于断路器，额定故障率说明如下:

断路器设计应力系数C：

C=πU·πC

定义断路器的额定故障率λr为:

λr=λw/C

其中：λW为断路器的实际故障率.

新项目断路器故障率预测值λW:

λw=λr·Cnew

其中：Cnew表示断路器在新项目所用功能的设计应力系数.

2 额定故障率计算方法

同一项目起不同作用功能的额定故障率可以根据运用时间权重进行项目元器件额定故障率的计算.同理，也可得到元器件额定故障率(总体).

对于应用于多个项目起不同功能的断路器，其额定故障率的计算模型见图1.

图1 断路器额定故障率计算模型

Nj，k表示项目j用于功能k的部件实际出现的故障数量,tj，k表示部件i的功能k在项目j运用的时间.

tj,k=nj,k·ktj,k·tj

其中,Cj，k表示项目j用于功能k的部件设计应力系数.

(3)项目额定故障率λjr的计算

(4)部件项目j的运用时间tj的计算

(5)部件额定故障率λr的计算

3 额定故障率计算举例

以已运行的深圳轨道交通4号线二期工程项目和南京二号线项目为例,说明供应商ABB公司提供的型号为S260UC断路器额定故障率的计算. 其计算数据见表2.

表2 1S260UC断路器额定故障率的计算

4 断路器故障率预测

在某新开发项目中，辅助供电断路器MACB仍选用供应商提供的型号为S260UC断路器，用于非电源的关合,选用三刀单掷触点配置形式.

(1)应用MIL-HDBK-217F标准预测断路器工作故障率

其中:λb、πC、πU、πQ、πE的应力参数根据MIL-HDBK-217F标准得到

(2)应用GJB/Z 299C-2006标准预测断路器工作故障率

其中:λb、πC、πU的应力参数根据表1得到.

(3)应用本文理论预测断路器工作故障率

其中,πc、πu的应力参数根据MIL-HDBK-217F标准得到.

5 结论

本文说明了断路器故障率预测的方法,并重点说明了基于以往项目断路器的运行信息，通过定义额定故障率和额定故障率的计算,获得断路器的额定故障率数据并用于新项目的故障率预测，并举例说明,通过本文的介绍,可得到以下结论:

(1)用GJB/Z 299C-2008[2]标准预测断路器工作故障率, 其故障率给定一个定值,没区分质量等因素,降低了准确性和预测的可信性；而应用MIL-HDBK-217F[3]标准进行的故障率预测值差别很大;

(2)运用已往项目断路器的运行数据,通过设计应力因素的修正,预测新项目中断路器的故障率,这种预测方法更准确和更可信;

(3)采用本文方法建立断路器的额定故障率数据库，也可为设计中不同厂家不同规格断路器的优选提供数据支持,为列车可靠性水平提高提供了保证.