电气自动化控制设备可靠性测试方法分析

孙伟，甄力，王彦贞，胡宝玲

（河北软件职业技术学院，河北保定，071000）

1 当前我国电气设备自动化中存在的问题分析

1.1 电气设备元件质量有待提升

在电气设备控制设备当中，其中每一个元件都有可能会影响到自动化功能的实施效果，因此，必须要保证电气设备元件的高质量。目前导致我国电气设备自动化水平提升速度较慢的一个核心原因便在于元件质量不能很好地满足自动化标准。近些年，我国范围内出现了诸多生产元件的企业和工厂，但是这些企业和工厂在发展壮大过程中都遭遇到了一个瓶颈，那就是缺少核心技术的支持[2]。纵观我国当前生产电气设备元件的这些企业和工厂，其日常业务多是在进行机械化、重复性的生产，有很大一部分企业和工厂都缺少质量体系的支撑，元件质量管理也欠缺完善性和系统性。此外，在该市场当中，市场竞争机制的不合理也导致了同类型企业工厂之间的恶性竞争，企业和工厂不得不将更多精力投放到市场竞争上面，很难再拿出足够的资本和精力去发展技术，电气设备元件质量提升速度也比较慢。

1.2 电气设备工作环境维护工作不到位

在电气设备自动化水平的影响因素当中，电气设备的工作环境在其中也发挥着不容小觑的影响力。如果电气设备的工作环境比较恶劣或者存在一些问题，那么其便会在不同程度上影响和干扰到电气设备自动化操作的顺畅性，久而久之，电气设备自身的性能也会慢慢随之下降，电气设备当中的一些内部构件也可能会因此受到损坏。

2 电气自动化控制设备可靠性测试方法阐述

2.1 实验室测试方法

实验室测试方法，对电气自动化控制设备的可靠性测试主要是通过模拟的方式来实现。利用实验室测试方法来对电气自动化设备的现场使用条件进行模拟，检测电气自动化控制设备在遇到各种问题和情况时的反应，在实验过程中做好各项数据信息的统计，再分析系之后明确检测设备的可靠性指标。

实验室测试方法有利也有弊。其优势体现在，实验室测试方法可获取到比较高质量的数据信息，而且操作也相对简单一些，因为一切都是在实验操作可控范围之内，受外界因素影响比较小，而且其可以通过反复多次的实验来验证电气自动化控制设备的效果。其弊端主要体现在，鉴于实验条件的局限性，需要准备数量较多的试验品，而且实验的成本和费用都是比较高的[3]，此外所选产品的批量和成本因素也有可能影响到实验成果。目前而言，实验室测试方法主要应用于大批量产品生产当中，其应用效果也是比较理想的。

2.2 现场测试方法

现场测试方法，即在真实的现场环境当中来测试电气自动化控制设备的质量。一般现场测试会选择和电气自动化控制设备实际运用环境相似度比较高的地方。如此一来，通过现场测试方法获得的数据也会更加真实一些，而且也可以在现场测试方法当中获得实际运行过程当中监测设备的诸多参数，为后续实际应用提供重要参考依据。

与实验室测试方法不同，现场测试方法成本相对较低，因为其对测试所使用的测试设备要求并不像实验室测试方法那么高，而且借助环境资源和优势，也可以减少一定的测试费用，缩减测试成本。

目前，现场测试方法主要分为三种模式：其一，可靠性在线测试，何为在线测试，顾名思义，即测试是在电气自动化控制设备实际运行过程中进行的，并不需要暂停电气自动化控制设备，也不会影响整个生产链条的运行。其二，脱机测试，脱机测试，即把需要检测的元件从电气自动化控制设备当中取下来，由专业的检测设备专门对这些元件进行测试。其三，停机测试，顾名思义，就是要停止电气自动化控制设备运行状态，再对其进行测试。其具体如图1所示。

图1 可靠性现场测试法构成图

在这三种测试模式当中，脱机和停机测试的具体操作要简单一些，因为设备都是处于停止状态，并不需要考虑对设备运行所产生的影响，这两种测试更适合应用在一些相对简单的电气自动化控制设备当中。而在线测试主要被应用在一些复杂的自动化控制系统当中，对于这类电气自动化控制设备而言，其必须要在运行状态时才能够判断出准确的位置，因此，必须要选择在线测试的方式。

现场测试的可靠性要更强一些，和实验室测试方法相比，其不同点主要体现在：第一，实验室测试方法中所使用到的测试仪器和设备都要更加先进和高端一些，但因为不便于搬运到现场操作和使用，所以现场测试方法只能使用条件一般的测试仪器和测试设备，为了弥补这一缺憾，在现场测试中就还需要采用更好的测试手段和方式。第二，一般情况下，电气设备自动化的线路板会安装在封闭机箱的内部，所以在引进测试信号时会有一定的难度，现在有很多电气自动化控制设备在一开始的设计阶段就为其测试方法留足了空间，通常会提前预留出测试用的插座，但是，因为在实际测试中还需要比较长的信号线，因此，便使得现场测试安装和连接工作难度变大。

2.3 保证实验方法

关于保证实验方法，其和实验室试验方法与现场测试方法都不同，保证实验方法针对是出厂之前的电气自动化控制设备，即按照既定的要求来对电气自动化控制设备进行出厂前的故障试验。通常情况下，由于一种电气自动化控制设备当中包含着非常多的元件，所以故障模式中随机性会非常大，在故障测试当中可以看出故障呈指数分布，换而言之，电气自动化控制设备的功能失效率是处于变动状态的，其会随着时间的变化而不断改变，保证实验方法是对电气自动化设备早期失效情况所进行的测试。基于现实情况考虑，电气自动化控制设备都是大批量加工制造出来的，即使是采用保证实验方法来进行测试，其也不能保证对全部电子自动化控制设备来进行测试，所以只能是随机选取同一批次中的少量样品来进行可靠性测试，从样品测试结果中来判断同一批次电气自动化控制设备的可靠性。

3 电气自动化设备控制可靠性测试案例分析——以某一水电站的电气设备为例

3.1 水电站发电控制设备——励磁系统

励磁系统的构成主要包括功率柜、灭磁开关子系统、励磁控制系统以及调节器等。励磁系统中的各个组成部分都有着非常紧密的关联性，如果该系统当中的任何一个组件出现了问题，那么励磁系统的整个运行效果都会受到影响，甚至会造成整个励磁系统的瘫痪。由此可见，不同子系统之间是存在一个或门关系的，而且在不同的子系统内部对也都存在着或门关系。

图2 水电站励磁系统原理图

3.2 电气自动化控制设备元件的可靠性指标

首先，可修复元件的可靠性指标：水电站发电系统中所运用的电气自动化控制设备元件，有很大一部分是可以修复的。关于这部分可修复元件的可靠性指标，其具体体现在可用率与不可用率、可靠度与不可靠度两个方面。其一，关于可用率与不可用率，可用率就是元件在正常使用状态下的正常工作的概率，而不可用率，就是元件在正常使用状态下出现不正常工作的概率。可用率与不可用率的具体数值相加是等于一的。其二，关于可靠度与不可靠度。何为可靠度，即元件在实际使用过程中，在一定时间段内不会出现问题且一直正常工作的概率。而其中一定时间段指的是元件从开始工作到出现第一次故障时所经历的时间。而不可靠度，指的是元件从开始正常工作到某个时间段内第一次没有正常工作的概率。这一对可靠性指标数值相加也是等于一的。

其次，不可修复元件的可靠性指标：对不可修复元件的可靠性进行分析时，寿命和时间是非常重要的要素，寿命本身属于一个连续性随机变量，通常会用概率分布函数去对它的分布规律进行描述，即F(t)=P{T≤t}，这其中，t代表的便是这个不可修复元件的使用寿命和时间。

4 如何准确选择合适的电气自动化控制设备可靠性测试方法

选取什么样的测试方法会在很大程度上影响着电气自动化控制设备的使用效果，因此，必须要综合考量多重因素之后再确定采用哪一种测试方法，其需要对实验环境、产品类型、实验程序以及其它具体情况进行全面考察。电气自动化控制设备可靠性测试前提条件如图3所示。

图3 电气自动化控制设备可靠性测试前提条件

4.1 如何确定实验场地

针对电气自动化控制设备的可靠性测试，在确定试验场地时首先需要明确测试的目的是什么，要根据测试的实际目的去确定选择什么样的实验场地。比如，需要对电气自动化控制设备在成长运行使用中的可靠性进行测试，或者是要获取到更加准确的数据信息，那么在选择实验场地时就要尽可能选择和该设备实际工作环境接近的场所。再比如，如果是要对电气自动化控制设备中的一些特定指标进行检测，那么就必须要结合具体情况谨慎选择试验场地，确保实验场地的适配性。

4.2 如何正确选择实验产品

在对电气自动化控制设备可靠性进行测试时，所选择的实验产品必须要具备该类产品的典型特征，而且要具有一定的代表性。目前，伴随着科学技术的不断创新和运用，电气自动化控制设备的种类变得越来越多。从产品运行角度来分析，实验室常用的设备可分为两种类型，一种是可连续运行使用的设备，另一种是间断性运行的设备。从规模型号来看，实验产品可分为大中小微四种类型。

4.3 如何正确选择实验环境

不同类型的电气自动化控制设备，对工况的要求也是不同的。一般情况下，在测试电气自动化控制设备的可靠性时首先会选择非恶劣实验环境，因为在非恶劣实验环境当中，电气自动化控制设备所处应力会更低一些，尤其获得的可靠性测试结果也会更加客观和准确。

4.4 如何正确选择实验程序

在对电气自动化控制设备的可靠性进行测试的过程中，采用什么样的实验程序对其可靠性测试结果有着至关重要的影响。通常情况下，专业技术人员会根据所要测试的电气自动化控制设备类型以及实际环境等因素来确定适用什么样的实验程序。在实验程序当中，其需要明确清楚各项可靠性指标的记录情况、实验时间间隔以及实验数据的收集方式等，并对实验过程中可能出现的意外情况做出预测和制定出切实可行的应急保障措施。在电气自动化控制设备的可靠性实验操作中必须严格执行相关规范要求，以此来保证获得准确、可靠的实验数据。

4.5 如何科学组织实验工作

在电气自动化控制设备可靠性测试当中，实验组织工作也是其中至关重要的组成部分，要想确保实验测试结果的理想性，就必须要确保试验组织机构足够合理、严谨以及高效。实验组织工作主要包括实验场所的管理、具体工作的协调与安排、参与实验人才的确定和管理以及收集整理实验数据、科学处理实验结果等等。除此之外，实验组织工作还包括对可靠性设计工程师、设备制造工程师、实验现场工程师的工作进行组织协调，确保工作的高效推进。

5 结束语

目前关于电气自动化控制设备可靠性的测试方法主要包括实验室测试、现场测试以及保证实验三种方式，在这三种方式当中，现场测试方式的适用范围要更为广泛一些，其也是这三种方式中实用性最高的一种测试方式，但这并不意味着在选择电气自动化控制设备的可靠性测试时就必须要首选现场测试方式，其还是要根据电气自动化控制设备类型、测试目的等因素来进行综合考量，最终选择出一种更为合适的可靠性测试方法。