污秽
1). 外绝缘表面污秽； 2). 内绝缘污秽。
可靠性定义
可靠性是指设备在规定的条件下和规定的时 间内完成规定功能的能力。
第一个“规定”是指因使用工况和环境条件不同，可靠性水平会 有很大差异。（存储、装配、运输、使用和维修） 第二个“规定” 是指随使用时间长短的不同，其可靠性也不相同。 （任务、试验、工作、动作次数） 第三个“规定” 是指因设备功能判据不同，将得到不同的可靠 性评定结果。 “能力” 可用可靠度、寿命、故障率等进行度量。
潜在通路分析（Sneak circuit Analysis）
在系统所有单元都正常的情况下，由于系统中存在 不希望的功能回路而引起的系统功能异常或功能故障。 SCA 在假定构成设备的所有元部件均正常工作的情 况下，分析并找出那些能引起设备功能异常或抑制正常 功能实现的潜在通路，为改进设计提供依据。
可靠性设计的必要性
在产品开发阶段要尽早考虑和构造可靠性。 将可靠性和性能一样设计到产品中去。
可以充分发挥零部件的固有性能；可以找出系统中的薄弱 环节或应力最高的危险点，从而采取相应措施，降低危险点的 负荷应力水平，或采取强化措施使材料的强度提高。 可靠性设计可以量化每个零部件是否可能破坏或产生故障， 使设计者和产品的使用者做到心中有数。 当然，提高零部件的可靠度，必须综合考虑其经济效果，做 到尽量合理。
元件选用控制措施
新材料、器件竞相出现，在性能提高的同时，往往 容易产生新的问题。 在使用中由于缺乏详细的技术资料、 参数选择不当，造成元件过应力损伤，最终导致元件损 坏。 收集信息，建立合格元件清单和优选目录（PPL）。 制定元件选择规范，提出全面系统的质量控制要求； 制定元件系列标准； 重视使用，根据可靠性要求制订元件使用的手册。
是指设备在整个寿命周期内,为获取并维系系统的运 行需要关注设备寿命周期内的各项费用。
费用
寿命周期
生产 费用 设计 费用 运行与保障费用 保费处 置费用
时间
1
1. 基本结构
载流系统
第二节 电气设备故障机理
Outline of Electrical Fault
绝缘系统 导磁系统 机械系统 控制系统 冷却系统 保护系统
F 任务可靠性 F 应力分析 F 极端状况分析 F FMECA F FTA，ETA F 建立可靠性模型
F 确定可靠性要求 F 可靠性预计 F 可靠性分配 F 元件选择 F 工艺设计 F 审核检验
可靠性定量要求分类 基本可靠性要求
可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保障资
可靠性定量要求参数
使用参数 使用参数反映了系统及其保障因素在预定的使用环境 中的可靠性要求，它是从最终用户的角度来评价产品的 可靠性水平。 现场使用验证一般选用使用参数，如故障率等 。 合同参数 合同参数反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性 要求，它更多的是从承制方的角度来评价产品的可靠性 水平。 厂内试验验证一般选合同参数， 如合格率等。
动作次数
非时间因素
过负荷次数 过负荷强度
可靠性设计内容
可靠性定性要求
定性要求是在产品研制过程中要求采取的可靠性设计 措施，以保证与提高产品可靠性。这些要求都是概要性的设 计措施，在具体实施时，需要根据产品的实际情况而细化。
序号 1 2 3 4 5 6 序号 1 2 3 4 定性设计要求项目 简化设计 冗余设计 降额设计 热设计 环境防护设计 包装、运输、存储设计 定性分析要求项目 功能危险分析（ FHA） 故障模式分析（ FMEA） 故障树分析（FTA） 区域安全分析（ ZSA） 目的 减少产品复杂性，提高其基本可靠性。 提高产品任务可靠性和安全性。 提高元件可靠性。 保障产品可在较宽的温度范围可靠性工作。 将环境应力控制在可接受的范围内。 确定应采取的必要保护措施，避免不必要的意外损坏。 目的 检查功能故障，确定设计方案可行性，发现设计中潜在的问题。 评价故障模式的影响。 分析造成故障状态的原因和条件，发现设计中的薄弱环节。 判断设计方案是否存在不可接受的风险。
元件选择 多家制造商 大批量元件 元件可靠性是否 符合要求？ 设计和质量 控制状况 列入QML 选择其他 制造商 重新考虑，选择替代货源 或要求制造商进行改进。 单一制造商 小批量元件 设计和质量管理 是否良好？ 列入QML
元器件正确使用
防止装配、测试、储存过程中的损伤 在检测、调试等操作过程中，由于测试不当或测量仪器接 地不当，会对设备产生电应力损伤。 操作过程中还容易给器件带来机械损伤，如引线变形，封 装破损等。 这种情况应在结构设计及装配和安装时引起重视。 存储和保管，受潮；混用；锈蚀。 储存和保管不当是造成元器件可靠性降低或失效的重要原 因，必须予以重视，并采取相应的措施。
任务可靠性框图 应急备 用系统 电力分配网 配电变1
在进行设计时,要求同时建立基本可靠性模型和任务可靠性 模型，以便在人力、物力、费用和时间安排之间进行权衡。
配电变2
用户系统
基本可靠性框图
任务可靠性模型
任务可靠性模型中，系统的储备元件越多，则任 务可靠性越高。
可靠性模型
可靠性模型注意事项
系统原理图和功能框图是建立可靠性模型的基础， 但不能直接作为系统可靠性模型。
可靠性工艺设计方法
元件选择 降额设计 强度设计
容差设计
潜在通路分析 热分析 耐环境设计
元件管理 (PMP)
建立优选器件目录； 供应商选择和元件选择； 参 技术、元件和供应商的鉴定； 与 者 建立元件规范； 进行元件筛选； 元件失效报告和建立纠正措施。 元件供应商； 设备设计单位； 设备制造单位；
如果降额过于保守，期间成本会急剧增加。 降额的限度 在同样的降额数量下所获得的故障率降低的收益是递减 的。过度的降额并无益处，它还会使元器件的特性发生变 化，反而影响了设备的正常工作和可靠性。 元件的质量水平 不能采用降额补偿的方法解决低质量元件的使用问题。
容差设计（工差设计）
由于产品所用元件容差的积累会使设备的输出低于 规定水平而无法使用。在这种情况下，用故障隔离方法无 法指出某个元件是否故障或输入是否正常。 容差分析技术是一种预测设备性能稳定性的方法。 应从设计早期初步设计图给出时开始容差分析，一般在 作过故障模式影响分析（ FMEA ）之后进行，在修改设计 后应再进行容差分析。 容差设计是提高系统功能可靠性和稳定性的有效方法。
电气设备
绝缘材料
热应力
1). 过负荷； 2). 高温环境； 3). 电磁感应发热； 4). 接触电阻等。
机械应力
1). 工作震动； 2). 断路冲击； 3). 环境应力（覆冰、台风、地震）
2
受潮
1). 渗漏； 2). 负压； 3). 真空干燥不足； 4). 分解产物。
化学腐蚀
1). 绝缘腐蚀； 2). 支撑件腐蚀； 3). 密封件腐蚀； 4). 金属腐蚀（接地极腐蚀）。
K1
非储备 串联 多数表决 简单
工作储备
非工作储备 混联 混合 旁联
K2
并联
双开关系统的原理框图
K1
K1 K2
n中取r
可靠性模型分类
K2
系统功能为导通时的可靠性框图
系统功响因素
可靠性分析都是以时间作为唯一变量考虑的，但对 于电气设备而言，很多实际发生的故障却主要由于非时 间因素引起的。
电气设备可靠性工程
Electrical Equipment Reliability Engineering
课程的主要内容
电气设备可靠性分析 电力安全与设备可靠性 电气设备的可靠性管理 设备可靠性与维修性设计 可靠性试验 设备维修工程 电气设备可靠性模型 人的可靠性
高文胜
电机系高电压技术研究所西主楼四区102室 电话：62780787 ，13651147846 Email: wsgao@
调查制造商 质量状况
列入QML
降额设计注意事项
降额设计
成本控制
电气产品的可靠性对其电应力和热应力比较敏感。 电气产品的降额设计就是使元件或设备所承受的工作应 力适当地低于其规定的额定值，从而达到降低基本失效 率、提高使用可靠性的目的。 各类元件都有最佳的降额范围，在此工作范围内工 作应力的对元器件的故障率有明显影响。 降额设计是实现低成本高可靠性的重要手段。
2. 主要材料
载流导体：铜、铝等
电应力
1). 工作场强下的电场畸变（油流带电和累积电荷影响） 2). 雷电冲击 3). 操作过电压冲击 4). VFTO 固体绝缘：绝缘纸、电瓷、云母 液体绝缘: 绝缘油、二芳基乙烷 气体绝缘: 空气、SF6 真空绝缘
金属材料
紧固材料: 不锈钢板 导磁材料: 硅钢片 金属外壳：钢板
可靠性指标评定
可靠性数据的来源贯穿于设备设计、制造、试验、 运行、维护和退役的整个寿命周期的各个阶段。
研制阶段—— 可靠性试验和可靠性评审报告 制造阶段—— 可靠性验收试验、制造-装配-检验记 录及返修纪录。 运行阶段——故障数据、维修记录及退役报废记录。
基本可靠性模型
可靠性模型的建立
进行电气产品设计时，首先根据设计任务要求，构思 原理图，进而画出可靠性逻辑图，构建可靠性数学模型， 以便进行可靠性的预计、分配和定量。 基本可靠性模型 可靠性模型 任务可靠性模型
源的需求。 确定基本可靠性指标时，应统计产品的所有单元 寿命和所有的故障。 任务可靠性要求 任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定 功能的能力。 确定任务可靠性指标时，仅考虑在设备服役期间 那些影响设备运行的故障(即致命性故障)。
5
可靠性分析设计流程
使用指标
目标值
期望设备达到 的使用指标， 它既能满足设 备使用需求， 又可使设备达 到最佳的效费 比，是确定规 定值的依据。