黃永生

摘 要：本文主要從母線槽可靠性設(shè)計(jì)的重要性和意義入手，介紹了可靠性的概念和必要性，平均壽命及平均故障間隔時(shí)間的概念，以及母線槽平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算方法并舉例說(shuō)明，為提高母線槽產(chǎn)品的安全性提供參考。

關(guān)鍵詞：可靠性；可靠性設(shè)計(jì)；平均故障間隔時(shí)間

母線槽是低壓配電系統(tǒng)中傳輸、分配電能的一種設(shè)備。母線槽產(chǎn)品在20世紀(jì)50年代由原蘇聯(lián)傳入我國(guó)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)僅有少數(shù)生產(chǎn)廠對(duì)母線槽進(jìn)行小規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。高層建筑中的供電主干線主要采用可靠性較好的普通電纜。電纜作為供電主干線比裸導(dǎo)線、裸排要安全可靠得多，但載流量受到限制，而且電纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)施工難度大。80年代中后期，城市發(fā)展迅速，高層、超高層建筑大批建造，建筑物的用電負(fù)荷急劇增加，電纜作為供電主干線的局限性越來(lái)越突出，特別是現(xiàn)場(chǎng)制作電纜分支接頭技術(shù)難度很大，急需一種容量大、分支方便的供電主干線取而代之。這時(shí)，大容量、易于分接的母線槽從國(guó)外引進(jìn)來(lái)，并且在工程中迅速得到推廣應(yīng)用。

隨著現(xiàn)代化工程設(shè)施和裝備的涌現(xiàn)，各行各業(yè)的用電量迅增，尤其是在眾多的高層建筑和大型廠房車間中，作為輸電導(dǎo)線的傳統(tǒng)電纜在大電流輸送系統(tǒng)中已不能滿足要求，為給用電設(shè)備傳輸電能，常采用多路電纜并聯(lián)使用，給現(xiàn)場(chǎng)安裝施工連接帶來(lái)了諸多不便。母線槽作為一種新型配電導(dǎo)線，與傳統(tǒng)的電纜相比，在大電流輸送時(shí)充分體現(xiàn)出它的優(yōu)越性，由于新技術(shù)、新工藝在產(chǎn)品中的應(yīng)用，大大降低了母線槽兩端部連接處及分線口插接處的接觸電阻和溫升，并在母線槽銅排包覆時(shí)使用了高質(zhì)量的絕緣材料，從而提高了母線槽的安全可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)更加完善。

一、母線槽可靠性設(shè)計(jì)的重要性及意義

密集型母線槽是電力主干線，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題影響極大。他涉及到電能的損耗，電壓降對(duì)設(shè)備影響以及存在安全隱患等問(wèn)題。母線槽運(yùn)行是否可靠關(guān)鍵取決于產(chǎn)品的質(zhì)量?？煽啃栽O(shè)計(jì)已經(jīng)成為產(chǎn)品質(zhì)量保證、安全性保證、產(chǎn)品責(zé)任預(yù)防等不可缺少的依據(jù)和手段。由于母線槽產(chǎn)品通常在工廠分段生產(chǎn)后，在工地現(xiàn)場(chǎng)裝配，因此，母線槽的可靠性設(shè)計(jì)需從產(chǎn)品的生產(chǎn)和安裝兩個(gè)方面去考慮。

（一）母線槽的生產(chǎn)質(zhì)量通常主要由以下幾個(gè)性能指標(biāo)來(lái)決定

1.溫升：按標(biāo)準(zhǔn)銅鍍錫之間搭接不得超過(guò)最高允許溫升（70K），外殼溫升不得超過(guò)最高允許溫升（55K）。溫升是母線性能指標(biāo)中最具代表性的，溫升高，加速了材料的老化，降低母線壽命；溫升低，可能是母線槽載流量的裕量值太大而不經(jīng)濟(jì)。

（1）絕緣電阻：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每一母線單元絕緣電阻不小于2 0MΩ。

（2）介電強(qiáng)度：母線槽及饋電箱應(yīng)能耐受的工頻電壓，歷時(shí)lmin無(wú)擊穿和閃絡(luò)，空氣絕緣母線槽為2500V/lmin，密集型母線槽為3750V/lmin。

（3）短耐強(qiáng)度（即承載短路電流能力）母線槽應(yīng)能耐受額定短時(shí)耐受電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力和額定峰值耐受電流所產(chǎn)生的電動(dòng)耐受力。

（二）母線槽在安裝的過(guò)程中，應(yīng)注意以下影響母線槽的安全運(yùn)行的因素

1.安裝環(huán)境：母線槽不能在水管、汽管、動(dòng)力管下方平行敷設(shè)， 必要時(shí)可交叉通過(guò)但不要超過(guò)兩點(diǎn)為好，同時(shí)母線槽在狹小的空間及配電柜內(nèi)安裝時(shí)要考慮留有一定余量以利于母線槽的散熱。

2.水平安裝：在車間內(nèi)敷設(shè)水平母線要留足行車工作狀態(tài)及鏟車的通過(guò)距離，水平敷設(shè)母線每隔1.5～2m加一個(gè)吊裝點(diǎn)。

3.垂直安裝：在平行多列敷設(shè)母線槽安裝中，每列垂直母線設(shè)一只落地彈性支架，墻面上側(cè)裝一只中間支架。

4.安裝誤差：由于高層建筑墻厚是變量，為保證垂直母線的直線性，垂直度，可以允許每層母線上端與墻面內(nèi)傾2o～3o， 并禁止母線靠墻直接安裝。

5.絕緣檢測(cè)：母線槽安裝后，每條線路的絕緣電阻不得低于1MΩ。

母線槽具有安全可靠、配電效率高、散熱好、電壓降低、耐機(jī)械沖擊、運(yùn)行成本低、安裝便捷、維護(hù)方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心機(jī)房等重要配電場(chǎng)所作為高效輸配電系統(tǒng)，也應(yīng)用于大型商業(yè)廣場(chǎng)、樓盤、工業(yè)廠房、體育館和醫(yī)院等項(xiàng)目。母線槽的可靠性對(duì)于整個(gè)工程的配電系統(tǒng)至關(guān)重要，與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。

二、可靠性的概念和必要性

（一）可靠性的概念

可靠性是一門學(xué)科，它涉及的范圍廣泛，是一門綜合了系統(tǒng)工程、管理工程、價(jià)值工程、人機(jī)工程、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品測(cè)試技術(shù)以及概率、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)籌、物理等多種學(xué)科成果的應(yīng)用科學(xué)?？煽啃怨こ唐鹪从谲娛骂I(lǐng)域，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在已成為涉及面非常廣的綜合性學(xué)科?？煽啃栽O(shè)計(jì)是近年來(lái)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。它把概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，不僅解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不能處理的一些問(wèn)題，而且能有效地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，降低產(chǎn)品的成本?？煽啃栽O(shè)計(jì)的觀念和方法已經(jīng)成為產(chǎn)品質(zhì)量保證、安全性保證、產(chǎn)品責(zé)任預(yù)防等不可缺少的依據(jù)和手段。關(guān)于可靠性，國(guó)標(biāo)GB3187-82定義為：“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。

（二）可靠性的必要性

早在50年代，國(guó)外就興起可靠性技術(shù)的研究，到60、70年代，隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，可靠性問(wèn)題的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，已發(fā)展成為一門新興的工程學(xué)科。隨著可靠性基礎(chǔ)工作的開(kāi)展和可靠性數(shù)據(jù)的不斷積累，我國(guó)的可靠性設(shè)計(jì)必將得到更為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

三、平均壽命和平均故障間隔時(shí)間

在討論產(chǎn)品可靠性時(shí)，有時(shí)更關(guān)心它們的壽命。平均壽命是指一批產(chǎn)品從投入運(yùn)行到發(fā)生失效（或故障）的平均工作時(shí)間，用T表示。平均壽命T又稱為無(wú)故障工作時(shí)間。對(duì)不可修復(fù)的產(chǎn)品而言，T是指從開(kāi)始使用到發(fā)生失效的平均時(shí)間，用MTTF（Mean Time To Failure）表示；對(duì)可修復(fù)的產(chǎn)品而言，則是指產(chǎn)品相鄰兩次故障間工作時(shí)間的平均值，用MTBF（Mean Time Between Failure）表示，即平均故障間隔時(shí)間。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，通訊和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入了云計(jì)算時(shí)代，通訊行業(yè)對(duì)于母線槽運(yùn)行提出了穩(wěn)定和可靠性要求，在相關(guān)規(guī)范中進(jìn)行了規(guī)定：產(chǎn)品平均故障間隔時(shí)間（MTBF）不小于100000小時(shí)。endprint

四、母線槽平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算方法及舉例

（一）母線槽平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算方法

平均故障間隔時(shí)間是母線槽產(chǎn)品可靠性度量的重要指標(biāo)。在標(biāo)準(zhǔn)YD/T282-2000《通信設(shè)備可靠性通用試驗(yàn)方法》中詳細(xì)介紹了平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算方法，受檢數(shù)量至少兩臺(tái)，具體步驟如下：

1.加權(quán)故障數(shù)的計(jì)算

根據(jù)責(zé)任故障嚴(yán)重性分級(jí)，如在理論上可以推算出加權(quán)值時(shí)，按理論值加權(quán)，如無(wú)其它根據(jù)時(shí)，推薦以下加權(quán)值：

一級(jí)故障：w1=1

二級(jí)故障：w2=0.2～0.5；

三級(jí)故障：w3=0.01～0.1。

2.總試驗(yàn)時(shí)間的計(jì)算

設(shè)備試驗(yàn)的總時(shí)間T一般如下計(jì)算：抽取的n個(gè)樣品在規(guī)定條件下做壽命試驗(yàn)，到規(guī)定的時(shí)間t停止，則總時(shí)間應(yīng)為全部的樣品試驗(yàn)時(shí)間t的n倍。若在試驗(yàn)中有樣品發(fā)生故障，立即修復(fù)后繼續(xù)試驗(yàn)，如公式①；若不修復(fù)而為取出故障樣品，其它樣品繼續(xù)試驗(yàn)，到規(guī)定的時(shí)間t停止，總時(shí)間如公式②。

T=nt ①

T=（n-r）t+rti ②

式中：n——試驗(yàn)的樣品總數(shù)

t—— 試驗(yàn)截尾時(shí)間

r—— 發(fā)生的故障樣品數(shù)

ti—— 故障樣品故障前的時(shí)間

3.平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的估計(jì)

如果有故障發(fā)生，用最后的試驗(yàn)總時(shí)間除以加權(quán)故障數(shù)可以求出MTBF的觀測(cè)值。

MTBF=T/rw ③

式中：T——試驗(yàn)總時(shí)間

rw——加權(quán)故障數(shù)

（二）母線槽平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算方法應(yīng)用舉例

下面通過(guò)具體的案例介紹母線槽平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算：

在XX公司2001年年初的XX合同訂單中共生產(chǎn)母線槽242節(jié)并于當(dāng)年6月送至工地使用，維修時(shí)間、維修次數(shù)及故障類別詳見(jiàn)下表，現(xiàn)可靠性指標(biāo)為：常溫及室內(nèi)工作環(huán)境下，平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）≥100000h，試問(wèn)，該合同中母線槽是否滿足可靠性指標(biāo)

回答：

1.加權(quán)故障數(shù)的計(jì)算

rw=3*0.5+6*0.1=2.1

2.總試驗(yàn)時(shí)間的計(jì)算

由于產(chǎn)品發(fā)生故障后，立即修復(fù)繼續(xù)投入使用，故按公式①計(jì)算。

T=nt=242*17*365*24=36038640h

3.平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的計(jì)算

MTBF=T/rw=26038640/2.1=17161257h（此時(shí)受檢數(shù)量為242臺(tái)）

這批母線槽的MTBF為：

MTBF=17161257/121=141828h>100000h.

由此我們可以判斷這批合同的242節(jié)母線槽在長(zhǎng)達(dá)17年使用過(guò)程中，能滿足可靠性指標(biāo)。

可靠性在實(shí)際工作之中有著極其重要的作用。對(duì)于母線槽來(lái)說(shuō)，可靠性問(wèn)題和人身安全、經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。因此，研究母線槽的可靠性問(wèn)題，顯得十分重要，非常迫切。提高母線槽的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其避免災(zāi)難性的事故發(fā)生，從而保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

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