浴盆曲線在通信電源設(shè)備管理中的應(yīng)用

江玉彬

（華信郵電咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州310014）

0 引 言

通信電源設(shè)備是通信系統(tǒng)的重要組成部分。在通信電源設(shè)備的管理中，經(jīng)常會涉及到電源設(shè)備的失效率（或稱故障率）、運行時間等問題，其失效率和運行時間之間是否存在某種規(guī)律？如何有效地應(yīng)用這種規(guī)律指導(dǎo)電源設(shè)備的管理工作？

1 浴盆曲線

通信電源設(shè)備的可靠性是指在給定的條件和給定的時間區(qū)間內(nèi)完成要求功能的能力。通?？煽啃圆捎眠m合的量度予以定量化，在可靠性工程理論中把可靠性表示成一種概率，可用失效率（failure rate）來衡量通信電源設(shè)備的可靠性水平。

失效率是通信電源設(shè)備在時間區(qū)間開始時刻t前未發(fā)生失效，在時間區(qū)間（t，t＋Δt）內(nèi)出現(xiàn)一個失效的條件概率與區(qū)間長度Δt之比，當(dāng)Δt趨于0時的極限（如果存在）［1］。

式中，F(xiàn)（t）和f（t）分別是失效發(fā)生時的分布函數(shù)和概率密度，R（t）是可靠度函數(shù)，R（t）與可靠度R（t1，t2）的關(guān)系是R（t）＝R（0，t）。

上式計算較為復(fù)雜，可適當(dāng)簡化為在給定時間區(qū)間內(nèi)發(fā)生失效的設(shè)備數(shù)量與時間區(qū)間開始時刻未發(fā)生失效的設(shè)備數(shù)量之比除以時間區(qū)間的持續(xù)時間得到失效率的一個估算值。

通信電源設(shè)備在整個生命期內(nèi)，故障發(fā)生的次數(shù)和使用時間存在一定的規(guī)律。對每一臺電源設(shè)備來說，出現(xiàn)故障的次數(shù)和使用壽命不相同，但其發(fā)展規(guī)律都是相似或一致的。

根據(jù)《通信局（站）電源系統(tǒng)維護技術(shù)要求 第1部分：總則》（YD/T1970.1－2009），高頻開關(guān)整流設(shè)備的有效使用年限為10年。高頻開關(guān)整流設(shè)備典型的失效率曲線遵循浴盆曲線規(guī)律，如圖1所示［2］。

圖1 高頻開關(guān)整流設(shè)備的浴盆曲線

浴盆曲線可分為三段，分別為早期失效期、恒定失效率期和耗損失效期。

早期失效期（early failure period）：電源設(shè)備生命期的早期，從某個給定的時刻起開始可能存在的一段時間，在這期間的失效率明顯高于隨后的時期。

恒定失效率期（constant failure rate period）：電源設(shè)備在生命期內(nèi)可能存在的一段時間，在這期間的失效率近似恒定。

耗損失效期（wear－out failure period）：電源設(shè)備的后期可能存在的一段時間，在這期間的失效率明顯高于先前時期。

2 通信電源設(shè)備的有效使用年限

通信電源設(shè)備的有效使用年限是指能夠保證正?？煽渴褂玫臅r間；也就是電源設(shè)備在給定的條件下，從給定的時刻開始到失效率高到不可接受或電源設(shè)備因故障被認(rèn)為不可修復(fù)時止的時間區(qū)間。

表1列出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)下的通信電源設(shè)備的有效使用年限；在有效使用年限內(nèi)，其平均失效間隔時間（MTBF，mean time between failure）應(yīng)滿足《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》（YD/T1051－2010）的規(guī)定。

表1 通信電源設(shè)備的有效使用年限［3，4］

3 故障判斷依據(jù)［3］

3.1 通信電源設(shè)備的主要故障判斷依據(jù)

當(dāng)通信電源設(shè)備出現(xiàn)主要技術(shù)性能不符合要求，不檢修將影響設(shè)備和系統(tǒng)正常工作的障礙則判定為設(shè)備故障。主要電源設(shè)備發(fā)生如下障礙時則判定為故障：

（1）整流設(shè)備：不能輸出額定電流、電壓超出允許范圍、雜音電壓高、穩(wěn)壓精度低于規(guī)定值、影響設(shè)備和系統(tǒng)工作或安全的告警、保護性能異常等。

（2）UPS設(shè)備：不能輸出額定電流、電壓超出允許范圍、穩(wěn)壓精度低于規(guī)定值、影響設(shè)備和系統(tǒng)工作或安全的告警、保護性能異常等。

（3）配電設(shè)備：不能輸出額定電流、電壓降超出規(guī)定范圍、動作失靈、影響設(shè)備和系統(tǒng)工作或安全的告警、保護性能異常等。

（4）發(fā)電機組：連續(xù)三次啟動不成功、機組不能輸出額定電流、電壓和頻率波動超出規(guī)定范圍、出現(xiàn)四漏（水、油、氣、電）、自動化機組的自動功能異常等。

（5）蓄電池組：蓄電池組出現(xiàn)落后電池、短路或電池出現(xiàn)滲漏、變形、起火、爆炸現(xiàn)象。

3.2 通信電源系統(tǒng)的故障判斷依據(jù)

（1）直流供電系統(tǒng)：不能輸出規(guī)定電流；電壓超出允許范圍；雜音電壓高于允許值。三項中出現(xiàn)任何一項則判定為系統(tǒng)故障。

（2）交流供電系統(tǒng)：電壓或頻率超出允許變動范圍，則判定為系統(tǒng)故障。

4 浴盆曲線不同階段的通信電源設(shè)備管理工作

4.1 早期失效期

在電源設(shè)備投入使用的早期，其失效率較高，隨著時間的延續(xù)呈逐步下降趨勢。早期失效通常是受產(chǎn)品內(nèi)部材料缺陷、設(shè)計和生產(chǎn)過程等的影響，因此可通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、優(yōu)選設(shè)備零部件、提高標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計，減少故障機率。

為提高電源設(shè)備早期失效期的可靠性，生產(chǎn)商應(yīng)在設(shè)備出廠前進行多項測試，以降低早期失效率。

4.2 恒定失效率期

恒定失效率期內(nèi)，電源設(shè)備可靠性的變化趨于穩(wěn)定，失效率相對較低；在這一階段，電源設(shè)備早期失效已排除，是設(shè)備的最佳使用期，應(yīng)在適當(dāng)?shù)氖褂贸杀鞠卤M可能延長使用年限。

在電源設(shè)備的正常運行過程中，科學(xué)合理地安排維護和檢測，以延長設(shè)備的使用年限，降低失效率。

4.3 耗損失效期

耗損失效期設(shè)備進入老化期，設(shè)備失效率呈遞增且有迅速上升趨勢。此時，應(yīng)針對失效的原因，注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測耗損開始的時間，提前維修，使失效率呈穩(wěn)定變化趨勢；但這一階段可靠性改進成本較大，可以通過設(shè)備的技術(shù)改造和零部件的更換來提高可靠性。如果成本過高，電源設(shè)備不宜繼續(xù)使用。

5 通信電源設(shè)備的處置［4］

5.1 對存在設(shè)計缺陷、失效率高的設(shè)備的處置

對于存在設(shè)計等先天缺陷、正常使用失效率高等原因造成運行維護成本過高的電源設(shè)備，經(jīng)專家和維護主管部門的評估與審批，可提前報廢或更新。

5.2 對已超過使用年限的設(shè)備的處置

對于已超過有效使用年限的電源設(shè)備，經(jīng)過檢測評估，性能仍然良好并滿足運行質(zhì)量要求，具有使用價值的，經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)，可繼續(xù)使用。性能指標(biāo)達不到要求的電源設(shè)備，應(yīng)做報廢和退網(wǎng)處理。

5.3 對超期使用設(shè)備的維護

對于已超過有效使用年限仍繼續(xù)使用的電源設(shè)備，應(yīng)適當(dāng)縮短維護和檢測的周期。

6 結(jié) 論

通信電源設(shè)備在整個生命期內(nèi)，失效率和運行時間符合浴盆曲線規(guī)律。了解這種宏觀規(guī)律后，對不同服役狀態(tài)的電源設(shè)備，可應(yīng)用行之有效的措施，提升電源設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性，降低運行和維護成本。

［1］ GB/T2900.13－2008，電工術(shù)語.可信性與服務(wù)質(zhì)量［S］.2008.

［2］ 謝民勇，沈衛(wèi)東，林朝陽，逄 東.通信系統(tǒng)電源設(shè)備可靠性設(shè)計分析［J］.移動電源與車輛，2010，（1）：28－32.

［3］ YD/T1051－2010，通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求［S］.2010.

［4］ YD/T1970.1－2009，通信局（站）電源系統(tǒng)維護技術(shù)要求第1部分：總則［S］.2009.

［5］ YD/T282－2000.通信設(shè)備可靠性通用試驗方法［S］.2000.