Комбинированные блоки питания БПК-3(4)

Комбинированные блоки питания БПК-3(4).

Контрольные испытания на надежность

Серийное производство блоков БПК-3(4) [1], заменивших выпускавшиеся ранее блоки БПК-1(2), началось в 1999 году. Длительное время объем выпуска БПК-3(4) был незначительным, например в 2005 году было выпущено всего 11 блоков БПК-4 и 51 блок БПК-3.

Объем выпуска этих изделий (рис. 1) изменялся в соответствии с изменением количества подстанций на переменном оперативном токе, в которых данные блоки применяют для обеспечения бесперебойного питания цифровых устройств РЗА.

Рис. 1 Выпуск блоков БПК-3 и БПК-4 за 2006 – 2014 годы

За единицу принят объем выпуска в 2006 году

Если принять за единицу количество изделий, выпущенных в 2006 году, то к концу 2014 года в эксплуатации находится количество изделий, соответствующих:

- 21,34 годового выпуска изделий БПК-4 в 2006 году;

- 12,63 годового выпуска изделий БПК-3 в 2006 году.

В 2014 году производство блоков БПК-3(4) постепенно сокращается, но до сих пор в эксплуатации находятся блоки, выпущенные ещё в 1999 году.

В 2011 году были проведены контрольные испытания на надежность комбинированных блоков питания этой серии, в результате которых установлено, что с начала выпуска по май 2011 года возвращено на предприятие 14 блоков БПК-3, причем 2 из них – необоснованно. Изменение общего количества блоков БПК-3, находящихся в эксплуатации и их суммарной наработки показано
на рис. 2.

Наработка изделий, достигнутая к моменту первого отказа, а также количество изделий, находившихся в эксплуатации в данный момент, приняты за единицу.

Рис. 2 Изменение суммарной наработки и количества эксплуатируемых блоков БПК-3 на момент поступления i-го возвращенного блока

Среднее время от отгрузки до возврата Тср для каждого из 12 возвращенных блоков БПК-3, составило 19,3 мес (Табл. 1).

Таблица 1 Время возврата блоков БПК-3 (4) с 1999 по 2011

Характеристика	БПК-3	БПК-4
Среднее время возврата Твозвр.ср, мес	3,3	4,6
Медиана T возвр мед, мес	0,0	0,0
Дисперсия времени возврата, σ'возвр	29,15	34,05
Среднеквадратическое отклонение, σвозвр	5,16	5,75

С начала выпуска по май 2011 года на предприятие возвращено 63 блока БПК-4, при чем 26 из них – необоснованно.

Изменение общего количества блоков БПК-4, находящихся в эксплуатации и их суммарной наработки показано на рис. 3. Наработка изделий, достигнутая к моменту первого отказа, а также количество изделий, находившихся в эксплуатации в данный момент, как и ранее, приняты за единицу.

а)

б)

Рис. 3 Изменение суммарной наработки и количества эксплуатируемых блоков БПК-4 на момент поступления i-го возвращенного блока

Блоки БПК-4 отличаются от блоков БПК-3 наличием дополнительного узла – платы заряда и сигнализации (рис. 4) [2], осуществляющей заряд внешнего конденсатора. Энергию, запасённую в этом конденсаторе, используют для управления выключателем.

Рис. 4 Плата заряда и сигнализации

1 – реле сигнализации о заряде конденсатора

Если принять за единицу (рис. 5) количество блоков типа БПК-4, находящихся в эксплуатации к моменту возврата первого неисправного блока этого типа, то в момент возврата первого неисправного блока типа БПК-3 в эксплуатации находилось в 1,72 раза

больше блоков этого типа, чем блоков БПК-4.

Рис. 5 Изменение относительного количество блоков, находящихся в эксплуатации от числа возвращенных блоков каждого типа

Количество изделий, находящихся в эксплуатации в момент

возврата первого из блоков типа БПК-4 принято за единицу.

С начала выпуска по 2011 год было возвращено только 12 блоков типа БПК-3, поэтому информация с 13 по 37 возращенный блок типа БПК-4 на этом рисунке не приведена. Одинаковые или близкие значения относительного количества блоков, приведенные над столбиками показывают, что в это время были возвращены блоки, заводские номера которых близки друг к другу.

Отношение числа блоков, по работе которых были высказаны обоснованные замечания (замечания, признанные производителем), к общему числу блоков, находящихся в эксплуатации на 2011 год составили:

- 1,2% - для БПК-3;

- 2,1% - для БПК-4.

Для дальнейшего анализа распределим признанные замечания по работе блоков к 10 группам, созданным для каждого типа блока.

В первую группу входят блоки с заводскими номерами от 1 до N, во вторую – от N+1 до М, в третью – от М+1 до Р и т.д. Таким образом, группы блоки организованы по хронологическому принципу.

Из-за разного количества выпущенных блоков каждого типа, в группу входят разное количество блоков. Если принять количество изделий, входящих в группу блоков типа БПК-3 равным 1, то в каждую группу блоков БПК-4 включено в 1,83 раза больше изделий соответствующего типа.

Рис. 6 Распределение замечаний к работе блоков по группам

заводских номеров

Из диаграммы, приведенной на рис. 6 видно, что максимальное количество замечаний поступило к работе блоков:

- БПК-4, объединенных в 4-ю группу;

- БПК-3, объединенных в 7-ю группу.

Необходимо отметить, что в это время количество блоков разных типов, находящихся в эксплуатации, отличалось менее, чем на 5%.

Можно предположить, что наличие этого платы заряда и сигнализации снижает надежность блока БПК-4 по сравнению с блоком БПК-3, так как помимо общих для обоих типов блоков неисправностям, в них возможны неисправности этой платы.

Оценим наработку блоков каждого типа в каждой из групп на момент проведения контрольных испытаний (рис. 7).

Рис. 7 Наработка блоков БПК-3 в группах и суммарная

На момент проведения контрольных испытаний на надежность количество блоков БПК-4, находящихся в эксплуатации, превысило в 1,83 раза количество эксплуатирующихся блоков БПК-3, а суммарная наработка блоков БПК-4 больше суммарную наработку блоков БПК-3 в 1,23 раза.

Все это позволяет предположить, что количество возвращенных блоков БПК-4 из-за дефекта платы заряда и сигнализации может находиться в диапазоне от 15 (при сравнении количества блоков в эксплуатации) до 22 (при сравнении наработок) штук.

Анализ информации о причине возврата, содержащейся в актах исследования, показал, что только 16 блоков БПК-4 было возвращено из-за отказа платы заряда и сигнализации.

Сказанное позволяет обоснованно утверждать, что количество возвращенных блоков того или иного типа зависит прежде всего от количества блоков данного типа, находящихся в эксплуатации.

Определение наработки на отказ блоков БПК-3 и БПК-4 проводилось способом, описанным в [3, 4]. Продолжительность испытаний (время от даты ввода первого блока в эксплуатацию) до даты проведения контрольных испытаний в 2011 году составило 64 месяца для блоков БПК-3 и 63 месяца для блока БПК-4. Контрольные испытания на надежность были проведены по одноступенчатому

методу в предположении экспоненциального распределения средней наработки на отказ. При таком подходе испытания прекращают в том случае, когда будет достигнуто одно из значений – предельного количества неисправных изделий r_пр или максимальное значение наработки t_max.

Так как эксплуатация изделий не прекращается, то при достижении одного из указанных значений делают вывод о соответствии или несоответствии декларированного значения средней наработки на отказ фактически полученному значению при обработке данных эксплуатации.

Действующими стандартами [5] объем выборки не регламентируется, но для контроля полученных результатов необходимо определять минимальное количество объектов испытаний N по формуле:

N= t_max/t_и

(1)

где t_и – продолжительность испытаний.

Для блоков БПК-3 - t_и= 64 мес, для блоков БПК-4 - t_и= 63 мес

Результаты вычислений сведены в табл. 2.

Таблица 2 Минимально необходимое количество образцов для испытаний при Т_н = Т_β = 125000

блоков БПК-3
	r_пр = 5	r_пр = 10
N= t_max/t_и	~22	~39
блоков БПК-4
	r_пр = 5	r_пр = 10	r_пр = 15	r_пр = 20	r_пр = 25	r_пр = 30
N= t_max/t_и	~22	~39	~56	~72	~87	~103

На рис. 8 показано соотношение между расчетным (минимально необходимым) и фактическим количеством блоков, находящихся в эксплуатации при возврате 5, 10, 15 и т.д. изделия.

Рис. 8 Расчетное (нижняя линия) фактическое (БПК-3 – верхняя, БПК-4 –средняя линии) количество образцов для испытаний при Т₀=125000 час

Таким образом, в любой момент проведения контрольных испытаний на надежность в эксплуатации находится количество блоков, превышающее минимально необходимое, требуемое стандартом [5].

Так как в статье невозможно привести все промежуточные расчеты, выполненные по рекомендациям стандарта, приведем только графики, иллюстрирующие изменение суммарной наработки блоков, находящихся в эксплуатации. Нижний график построенный по табличным данным, приведенным в стандарте [5], показывает изменение значения t_max в зависимости от количества замечаний по работе блоков при одинаковых рисках потребителя и поставщика β = α = 0,05 (рис. 9)

Рис. 9 График изменения t_max (нижняя линия) и

t_Σ (средняя и верхние линии) для разных значений r_пр

Графики показывают, что значение t_Σ всегда превышает значение t_max при любом количестве возвращенных изделий.

Полученное таким образом значение наработки на отказ T₀ = 125000 часов позволяет рассчитать вероятность безотказной работы за 2000 часов по формуле

(2)

Полученная во время контрольных испытаний на надежность позволяет оценить и гамма-процентный срок сохраняемости. Метод

оценки этой характеристики – непосредственное хранение - установлен в стандарте [6].

Девять блоков для испытаний по этому методу были отобраны из партии изделий, хранившиеся на складе входного контроля одного из потребителей. Хранение блоков на складе осуществлялось с соблюдением всех требований, установленных в документации. Фактически срок хранения составил 18 месяцев.

После окончания хранения блоки были осмотрены и подвергнуты приемосдаточным испытаниям, которые подтвердили правильное функционирование блоков и их соответствие всем установленным требованиям.

В связи с отсутствием неисправных блоков использовать формулу, приведенную в стандарте [6] нецелесообразно, так как опытное значение гамма-процента независимо от числа испытываемых блоков n при отсутствии неисправных изделий, т.е. при d = 0 всегда будет равно 100%:

γ= (1- d/n) 100 = (1-0/9) 100 = 100%

(3)

Поэтому воспользуемся таблицей 26 из [7], где для минимальной выборки из 8 изделий (испытывалось 9 изделий), в которой не было выявлено отказов (d=0), соответствует значение гамма-процента γ = 80% при доверительной вероятности q = 0,8.

Перед прекращением производства блоков БПК-3 (4) в связи с переходом на выпуск нового блока [8] был произведен анализ информации о производстве, испытаниях и результатах эксплуатации за 2014 и 2013 годы. Диаграммы изменения выпуска блоков БПК-3 (4) по месяцам в 2013 и 2014 годах приведены на рис. 10.

а)

б)

Рисунок 10 Выпуск блоков БПК-3(4) в 2013 (а) и 2014 (б) годах

Горизонтальные линии – среднемесячный выпуск

Одномоментно прекратить выпуск блоков БПК-3(4) невозможно, так как использование этих блоков предусмотрено в проектах подстанций на переменном оперативном токе, выполненных после 2012 года. Поэтому выпуск этих изделий будет продолжаться ещё некоторое время, а объем выпуска будет зависеть от количества заказов. Учитывая это, особе внимание было обращено на анализ причин возврата блоков в 2014 году, что позволило составить диаграмму, показанную на рис. 11.

Наибольшее количество блоков (8 из 20, т. е. 40%) возвращено из-за повреждений, вызванных подачей напряжения, превышающего 264 В. Ещё пять блоков возвращены из-за длительного
хранения, причем условия хранения не соблюдались, а срок гарантийных обязательств к моменту возвращения истек. Блоки были отгружены в период с января по июль 2008, а возвращены
28 апреля 2014 года. Таким образом, срок хранения превысил 6 лет.Ещё один блок был возвращен из-за повреждений, возникших при попытке ремонта изделия силами эксплуатирующего предприятия.Таким образом, 70% изделий были возвращены по причинам, не имеющим отношения к их надежности.

Рисунок 11 Причина возврата блоков БПК-3(4) в 2014 году

Доля всех возвращенных блоков составила 0, 92%. Если исключить те блоки, чей возврат не связан с их надежностью, доля возвращенных блоков составили всего 0,28% .

Анализ информации о результатах проведения приемосдаточных испытаний всех изделий проводится регулярно. В связи с планируемым переходом на выпуск новых изделий и постепенный отказ от производства блоков БПК-3(4) особый интерес представляет информация о выявленном браке во время приемосдаточных испытаний блоков БПК-3(4) в 2013 году.

За этот год было забраковано 2,9% от всех предъявленных на испытания блоков БПК-3(4). Информация о причинах отбраковки блоков представлена на рис. 12.

Рисунок 12. Распределение дефектов блоков БПК 3(4),

выявленные на ПСИ в 2013 году

Сразу следует обратить внимание, 42,9% процента изделий было забраковано по причине, не имеющей отношения к качеству изготовленного изделия. Для испытаний новых блоков БПК-5 было разработано новое универсальное стендовое оборудование, позволившее снизить затраты ручного труда на проведение приемосдаточных испытаний. Так как на этом оборудовании проводили испытания и блоков БПК-3(4), то практически 50% изделий БПК-3(4) были забракованы из-за отличия в методиках испытаний блоков БПК-3(4) и БПК-5. Поэтому после устранения несоответствия между ранее действующей ПМ и результатами проверки на новом стенде, браковка блоков БПК-3(4) прекратилась

Выводы.

1. Экспериментальный метод оценки надежности по результатам эксплуатации позволил оценить такие показатели надежности, как наработка на отказ, вероятность безотказной работы и гамма-процентный срок сохраняемости.

2. Анализ информации о причинах браковки блоков БПК-3(4) позволил

откорректировать методики испытаний старых и новых изделий, повысив тем самым достоверность получаемых результатов.

Литература

1. Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2011, 102 с. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 2 (146)]

2. Блоки серии БПК 3 (4)//[Электронный ресурс «Всё о РЗА»], режим доступа http://rza.org.ua/article/read/Bloki-serii-BPK-3--4-_115.html

3. Захаров О.Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки. М.: Инфра-Инженерия, 2014, 128 с.

4. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Способ оценки наработки на отказ по результатам эксплуатации для устройств релейной защиты и автоматики// СТА(Современные технологии автоматизации), №3, 2010, С. 88

5. ГОСТ 27.410-87. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.

6. ГОСТ 21493-76. Изделия электронной техники. Требования по сохраняемости и методы испытаний.

7. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным.

8. Блок питания комбинированный - БПК-5//[Электронный ресурс], режим доступа:

http://www.mtrele.ru/shop/bloki_pitaniya_i_nakopiteli_energii/resheniya_dlya_obektov_s_peremennym_operativnym_tokom/bpk5

© ЗАХАРОВ О.Г. 2010-2016::: 2017

© ЗАХАРОВ О.Г. правка 2020