Enofazne raziskave o izboljšanju pametnih metrov zanesljivosti

 

 

Kot infrastruktura sistema za zbiranje informacij o pametnih omrežjih imajo enofazni pametni števci značilnosti zagotavljanja pravočasnih in učinkovitih storitev prebivalcem. Če je zanesljivost pametnih števcev slaba, ne bo le resno vplivala na delovanje pametnega omrežja, kar bo povzročilo ogromne stroške zamenjave števcev, ampak lahko tudi zlahka povzročil spore z električno energijo. Zato je ključnega pomena oceniti in izboljšati zanesljivost enofaznih pametnih števcev za celoten sistem pametnih omrežij. Da bi preučili zanesljivost enofaznih pametnih števcev, smo izbrali metodo pospešenega testiranja življenja (ALT), ki je učinkovita, učinkovita in široko uporabljena metoda za oceno življenja in raziskave zanesljivosti visokotehnoloških izdelkov. Pred testiranjem pa moramo določiti varnostno območje pospešenega življenjskega testa (ALT) in najverjetnejši način okvare pametnega merilnika pod sintetičnim stresom.

 

Enofazni pametni meter je visokotehnološki izdelek z značilnostmi visoke zanesljivosti in dolgo življenjsko dobo. Neprijetno in zamudno je izvesti test ocenjevanja zanesljivosti v normalnih delovnih pogojih. V nasprotju s tem so test za izboljšanje zanesljivosti kot test stimulacije okoljskega stresa že od konca 20. stoletja široko preučevali znanstveniki doma in v tujini. Veliko število eksperimentalnih rezultatov kaže, da lahko RET hitro izpostavi način okvare izdelka, učinkovito določi delovno mejo in mejo poškodb izdelka ter nato v skladu z delovno mejo zagotovi varnostno območje za poznejši test pospešenega življenja. Dandanes se je nešteto primerov RET uspešno razširilo na področja komunikacij, energije, medicine, elektronike, instrumentacije itd. Vendar pa ni celotnega sistema za celovito analizo zanesljivosti pametnih števcev. Zhejiang Reallin Electron Co., Ltd raziskuje metodo RET enofaznih pametnih števcev z namenom raziskovanja načina okvare in meje izdelka pod delovanjem celovitega stresa. To je koristen poskus RET za enofazne pametne števce, ki zagotavlja znanstveno osnovo za kasnejše raziskave in izboljšanje zanesljivosti izdelkov pametnih metrov v industriji.

 

Test za izboljšanje zanesljivosti (RET) je test okoljskega stresa, ki temelji na teoriji fizike odpovedi in jemlje način odpovedi izdelka kot raziskovalni objekt. Test hitro zazna potencialne napake s postopnim povečanjem posameznega ali kombiniranega okoljskega stresa, ki je veliko bolj neugoden od običajnega stresnega stanja, s čimer skrajša čas preskusa in poveča učinkovitost. Njegov glavni namen je določiti šibke povezave in načine okvare pod kombiniranim stresom ter raziskati mejo obratovanja in odpovedi izdelka.

 

Slika 1 Strukturni diagram enofaznega pametnega števca

 

Na podlagi rezultatov zgodovinske analize podatkov in načina odpovedi in analize učinkov (FMEA) smo ugotovili, da na funkcijo tega enofaznega pametnega števca zlahka vpliva temperaturni stres v naravnem delovnem okolju. Neprimerna temperatura lahko povzroči različne okvare, kot so napake merjenja, okvara indikatorja svetlobe, nepravilnost prikaza in komunikacijska prekinitev.

 

Študija je pokazala, da so merilna enota, LCD zaslon in 485 komunikacijski modul glavne šibke povezave. Nizka temperatura v glavnem vpliva na zaslon LCD, medtem ko ima visoka temperatura večji vpliv na celoto, zlasti na elektronske komponente, kar lahko povzroči fizične spremembe in kumulativne poškodbe.

 

Če povzamemo, je visoka temperatura opredeljena kot ključni faktor napetosti, ki vpliva na zanesljivost števca. Na podlagi teh ugotovitev smo izbrali enofazni meter pametne energije za test izboljšanja zanesljivosti visoke temperature (RET) za nadaljnje preučevanje vpliva temperature na delovanje števca in zagotovili znanstveno podlago za izboljšanje njene zanesljivosti.

 

2.2 Visokotemperaturni RET enofaznega pametnega števca

 

RET na enofaznem pametnem merilniku je opravljen test temperature, ki neprestano uporablja visokotemperaturni stopnični stres za preskusni instrument. Test se ne bo ustavil, dokler raven napetosti ne doseže meje poškodbe ali največje meje preskusnega instrumenta. Med testom se v realnem času spremljajo ključni parametri zmogljivosti pametnega merilnika, njegov način odpovedi pa se zabeleži. Nato se z analizo preskusnih podatkov določita njegova delovna meja in meja poškodbe pri visoki temperaturi.

 

Kategorija parametrov	Ime parametra	Vrednost parametra	Opis
Električne značilnosti	Referenčna napetost	220V	Standardna delovna napetost
	Trenutna specifikacija	5(60)A	Osnovni tok 5A, največ 60A
	Raven natančnosti	Stopnja 1	Primerno za aktivno merjenje moči
	Frekvenčno območje	(50 ± 2,5) Hz	Uporablja se za standardno električno omrežje
	Mirovanje porabe energije	<1.5W,10VA	Zasnova nizke porabe energije
Prilagodljivost okolja	Delovna temperatura	-25 stopnja ~ 60 stopinj -40 stopnja ~ 70 stopinj	Temperaturno območje specifikacije
	Relativna vlaga	<95%	Ekstremna delovna temperatura
Zanesljivost	Mttf	Večji ali enaki 10 let	Povprečni čas med neuspehi

 

2.2.1 Pregled visokega temperaturnega koraka RET

 

This study only considers the influence of high temperature, and adopts the following scheme: except for the temperature parameters, other parameters are set according to the technical parameter values ​​​​shown in Table 1. The normal temperature range of the smart meter is -25 degree ~+60 degree , and the working limit range is -40 degree ~+70 degree , so 70 degree is selected as the Začetna temperatura S1.

 

Glede na to, da je priporočena delovna meja čipa znotraj števca običajno med 80 stopinj ~ 85 stopinj, je temperaturna koraka enakomerno nastavljena na 5 stopinj, hitrost spreminjanja temperature pa je nadzorovana pod 2,5 stopinj \/min. Da bi v celoti opazili vpliv temperature na merilnik, se vsaka temperaturna raven vzdržuje 30 minut.

 

Slika 3 prikazuje postopek koraka visoko temperaturnega testa RET. Med testom se temperatura nenehno zvišuje, dokler vsi preskusni kosi ne uspejo pri določeni temperaturni ravni (t +1, večji ali enak 1). Potem se temperatura zniža na prejšnjo raven (TI). Če lahko vsi preskusni kosi normalno delujejo na ravni ti, je ti +1 določena kot temperatura delovne meje. Po določitvi delovne meje nadaljujte s testiranjem, da raziščete mejo škode. Metoda je izvesti podrobnejše teste v temperaturnem območju v bližini delovne meje. Na primer, če testni kos ne more nadaljevati z normalnim delovanjem, potem ko 30 minut ostane pri temperaturi TJ, potem lahko TJ prepoznamo kot omejitvena temperatura poškodbe. Če lahko preskusni kos nadaljuje z normalnim delovanjem, še naprej povečujete temperaturni test, dokler ne dosežemo najvišja temperaturna meja testne opreme.

 

 

Ta metoda lahko natančno določi delovno mejo in mejo poškodb pametnih števcev, kar zagotavlja ključne podatke za oceno njihove visoke temperaturne zanesljivosti.

 

2.2.2 Preskusni elementi

 

Na podlagi preskusnega instrumenta in zmogljivosti preskusne komore je bilo kot vzorci za testiranje izbranih 16 enofaznih pametnih števcev. Ta RET vključuje tri korake: najprej se pred RET izvede celoten test ocenjevanja uspešnosti, da se zagotovi kvalificirani vsi preskusni deli. Drugič, spletni predmeti za spremljanje, ki se uporabljajo med RET, se uporabljajo za raziskovanje spreminjajočih se trendov šibkih povezav enofaznih pametnih števcev. Nazadnje se po RET -u izvede celovit test ocenjevanja uspešnosti pri sobni temperaturi, preskusni podatki pa se beležijo v realnem času. Preskusni elementi vsakega koraka so prikazani na sliki 4.

3. Analiza rezultatov testov

"

(2) Učinkovitost zaslona LCD: 90 stopinj: rahlo zatemnjena, 95 stopinj: znakov ni mogoče prikazati, 100 stopinj: črni zaslon.
(3) 485 Komunikacija: 85 stopinj: Prva napaka, 110 stopinj: večina napak, 120 stopinj: popolna neuspeh.
(4) Kritične temperaturne točke: 95 stopinj: Temperatura delovne meje (velika okvara LCD), 120 stopinj: celovita temperatura funkcionalne okvare, 150 stopinj: Ocenjena mejna temperatura poškodbe.
(5) Proces odpovedi: 70 stopinj ~ 85 stopinj: Posamezni vzorci so začeli odpovedati, 95 stopinj: Število napak se je znatno povečalo, 120 stopinj: vsi vzorci so popolnoma neuspešni.
(6) Sposobnost obnovitve: Ko temperatura pade na 90 stopinj, je večina funkcij obnovljenih; Ko temperatura pade na sobno temperaturo, se večina vzorcev vrne v normalno stanje.

 

Glede na teorijo zanesljivosti sistema lahko enofazni pametni merilnik obravnavamo kot serijski sistem, sestavljen iz več enotnih modulov. Vsaka okvara na enoti lahko povzroči, da celoten sistem ne uspe. Na podlagi "učinka kadi" je enota, ki najprej ne uspe med testom za izboljšanje zanesljivosti (RET), najšibkejši del sistema. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je zaslonska enota LCD sestavni del, ki je najbolj dovzetna za temperaturo v enofaznem pametnem števcu.

 

Glede na pojav, da LCD tekoči kristalni zaslon izgine pri 95 stopinjah, vse preizkušene števce pa lahko pri tej temperaturi prepoznamo kot neuspešne, lahko ocenimo 95 stopinj kot mejo delovne temperature enofaznega pametnega metra. Čeprav funkcija spletnega spremljanja popolnoma ne uspe pri 120C, se je večina preskusnih del okrevala, ko temperatura pade na 90 stopinj. Ta RET je bil zaključen pri 150 stopinjah (zgornja meja visoke in nizke temperaturne izmenične vlažne preskusne komore). Po padcu na sobno temperaturo je večina metrov opravila celovit test zmogljivosti in nadaljevala normalno delovanje. Upoštevati je mogoče, da mora biti temperatura poškodbe pametnega števca višja od 150 stopinj.

 

Rezultati kažejo, da je delovna meja preskusnega vzorca 25k višja od meje načrtovanja, med mejo škode in delovno mejo pa je velika meja. To kaže, da ima enofazni pametni merilnik, ki se uporablja v tem RET, visoko zanesljivost in lahko ohrani stabilno delovanje v težkih okoljih.

 

4 Zaključek

 

Na podlagi načela RET in značilnosti enofaznih pametnih števcev je bil zasnovan in izveden visokotemperaturni test za izboljšanje zanesljivosti. Test je preveril rezultate zgodovinske analize podatkov in FMEA in verjel, da so šibke povezave merilnika merilna enota, LCD zaslonska enota in 485 komunikacijska enota, med katerimi je bil LCD zaslon najšibkejši; Način odpovedi pri visoki temperaturi je bil izmerjen napako zaradi tolerance, okvare LCD prikaza in 485 komunikacijske okvare; Delovna meja visokotemperature je bila določena na 95 stopinj, omejitev škode pa višja od 150 stopinj. Uspešno izvajanje tega RET ni samo preverilo izvedljivost preskusnega načrta, ampak je tudi postalo podlago za izbiro parametrov in določitev varnostnega območja naslednjega pospešenega življenjskega testa. Hkrati je postavil temelje za nadaljnje raziskave preizkusov zanesljivosti pametnih števcev