11刘建国网江苏省电力公司电力科学研究院南宁20170524

2020/7/6电力计量终端质量检测技术与可靠性保障体系汇报人：刘建国网江苏省电力公司电力科学研究院2020/7/6背景与意义2020/7/6全国累计安装各类电力计量终端近5亿只，是实现电网和用户之间能量流、信息流、业务流交互的关键设备，可靠性关系到整个供用电系统的安全经济运行和电能交易的公平公正。发电厂变电站2工商业用户居民用户2020/7/63问题1终端寿命通过IEC标准方法预计的结果严重偏离实际。问题2终端软件和通信故障频发，缺乏有效的可靠性检测方法、标准和设备。问题3仅开展常规检测，缺少涵盖设计、制造及运行环节的全过程的可靠性保障体系。现阶段存在的问题2020/7/6可靠性预计工艺优化方案设计总体思路运行寿命预测轮换策略优化失效分析质量检测硬件软件通信检测方法评价标准成套装备从产业链角度，建立电力计量终端的集成质量系统，从终端硬件、软件和通信三个维度，系统地开展检测方法、评价标准与试验装备关键技术研究，建立覆盖产品全寿命周期的可靠性保障体系。4电力计量终端集成质量系统2020/7/6电力计量终端集成质量系统2020/7/6系统简介采用系统的方法覆盖产品的全生命周期和企业的各个层次集成质量系统（IQS）概念是1987年由美国Kapoor教授等人首先提出的，内容包括：强调以企业长远质量目标为基础的质量策划强调从质量策划和质量控制观点出发通过闭环质量控制实现企业中与质量相关的过程和资源的控制故障预防而非废品控制2020/7/6系统简介质量管控覆盖产品的全寿命周期，实现寿命周期各个阶段间的横向集成和企业内部各个层次间的纵向集成通过多层次、多环节的闭环质量控制实现企业内及企业间的所有与质量有关的过程和资源的有效控制2020/7/6系统简介我们的集成质量系统：跨供需双方覆盖产品全寿命循环动态优化实现三方面的质量集成供（元器件、终端厂家）、需（电网公司）双方的纵向集成产品全寿命周期（方案设计、元器件选型…分拣、报废）的横向集成国网公司MDS、SG186、用采系统等子系统间的内部功能集成通过多层次、多环节的循环动态优化完成企业内及企业间的闭环质量控制，提升电能表等终端设备运行可靠性.2020/7/6系统特点计量资产全寿命周期管理信息化支撑系统建立寿命评价体系库龄/表龄分析影响因素分析寿命预测寿命评价状态分析建立供应商评价体系提出指标评分体系供应商评价质量分析质量指标体系模型质量水平分析关键因素分析质量评价综合展现状态分析质量分析寿命评价供应商评价首页展示批量定位批次定位单个定位设备采购设备验收检定检测仓储配送设备安装设备运行设备拆除资产报废单个质量情况批次质量情况批次质量对比质量模型管理单个寿命情况批次寿命情况批量寿命情况寿命模型管理供应商评价指标评分体系评价模型管理数据来源数据筛选数据分析计量生产调度平台(MDS)用电信息采集系统营销系统(SG186)ERP在集成质量系统中，我们将终端的常规验收检测前伸至方案设计、元器件选型、产品监造、全性能试验环节，后延到运行、分拣、报废环节。每个环节开展状态分析与质量分析，并建立全寿命周期管理评价体系。该体系中融入了可靠性预计、可靠性试验、可靠性评价等结果，可开展寿命预测、供应商评价、终端品级评定。全寿命周期管理技术系统将常规验收检测前伸至供方的相关环节，延拓了电能表等终端的全寿命周期，在此基础上进行循环动态优化2020/7/6系统特点系统将全性能试验从整机层级深入至关键元器件、模块层级；从单硬件维度拓展至硬件、软件、通信信道多维度.2020/7/6系统特点多源信息融合技术多应力加速退化关键技术测试层级修正运行层级退出运行实际失效信息运行中实际退化信息测试层级整机元器件模块ptppsMTTF.......2111可靠性预计加速退化退化数据库常规测试管理层级全寿命周期管理品级评价寿命预测检定周期应用批量轮换故障排查设计优化终端可靠性闭环检测与评价体系系统建立了电能表等终端的闭环可靠性检测与评价体系，利用多源数据融合模型实现全寿命周期环节的循环动态优化从测试、运行、管理3个层级开展计量终端多源可靠性闭环检测与评价结合可靠性预计、退化试验数据、现场运行数据，采用多源数据融合技术开展管理层级的应用为寿命预测、全寿命周期管理、品级评价提供支撑；实现检定周期、批量轮换、故障排查、设计优化等业务的科学化、差异化反馈2020/7/6关键技术及创新点2020/7/6创新点1：电力计量终端可靠性试验与寿命预计技术常规的可靠性试验以获取整机失效数据为目标，试验时间长。试验应力难以模拟现场故障真实条件。退化量1000h1000小时失效数据1300h1300小时失效数据1500h1500小时获取失效数据005存在问题2020/7/6创新点1：电力计量终端可靠性试验与寿命预计技术温度湿度常规试验盐雾辐照电磁微环境实际环境机械温湿度6常规的可靠性试验以获取整机失效数据为目标，试验时间长。试验应力难以模拟现场故障真实条件。存在问题2020/7/6电磁温湿度辐照机械微环境盐雾-0.50.5计量芯片参考电压-202时钟秒脉冲误差-0.500.5负荷开关驱动电……多维时序退化轨迹模型可靠性多应力加速试验装置创新点1：电力计量终端可靠性试验与寿命预计技术7…研制了基于多维时序退化轨迹模型的可靠性加速试验装置，提出了关键元器件、模块、整机层级的多应力多失效模式下寿命分布参数极大似然估计方法。创新要点2020/7/6加速退化数据退化量分布模型确定加速应力下的加速因子多元寿命分布参数极大似然估计寿命估计多应力寿命加速模型应力、位置参数关系多失效模式多应力创新点1：电力计量终端可靠性试验与寿命预计技术-0.50.5计量芯片…-202时钟秒脉…-0.500.5负荷开关驱…时间退化量退化量数据退化轨迹-失效模型分布参数-寿命估计8研制了基于多维时序退化轨迹模型的可靠性加速试验装置，提出了关键元器件、模块、整机层级的多应力多失效模式下寿命分布参数极大似然估计方法。创新要点2020/7/6创新点1：电力计量终端可靠性检测与预计技术试验效率平均提高45%，寿命预计可信度显著提升，研制了15套关键元器件全性能检测装置，形成国家电网标准15项。试验效率提高45%9创新成效授权发明专利5件，软件著作权2件，SCI/EI论文4篇，国家电网标准15项2020/7/6创新点2：电力计量终端软件可靠性检测技术InputOutputBlackBoxInputOutputWhiteBox测试用例有限故障随机触发条件难以复现隐性故障难以发现代码级分析测试工作量巨大供应商众多难以形成标准化的测试024681005100.010.020.030.040.05终端运行环境日趋复杂，批量故障日益增多，常规的黑盒测试无法发现软件隐性故障；终端软件版本众多，源代码级白盒测试难以形成通用化的测试方法。10存在问题2020/7/6创新点2：电力计量终端软件可靠性检测技术提出了逻辑分支故障注入和关键芯片数据交互模拟的电力计量终端软件可靠性测试技术，实现对程序关键逻辑路径的覆盖性测试及关键芯片数据交互过程中异常状态处理机制的评估。上电运行1检测E1数据有效性校验校验2取E2中数据校验其有效性4主程序运行5取E1中电量数据备份至E26数据错误状态位标志修改E1中数据为非法数据1修改E2中数据为非法数据23取E2备份电量数据覆盖E1中数据4主程序运行11安全芯片计量芯片时钟芯片安全芯片存储芯片控制芯片通信芯片%其他芯片上位机MCU创新要点2020/7/6创新点2：电力计量终端软件可靠性检测技术研制了集软件一致性比对、故障分布式检测、数据加密于一体的云服务平台，实现了不同厂家不同型号的终端软件可靠性分布式测试，填补了终端软件可靠性通用化检测技术空白。软件测试业务应用12...数据存储系统...测试系统...Web交互服务器...密钥应用服务器密码机密码机终端制造企业认证后存储软件及相关参数信息电表厂商登陆系统上传待测试软件及相关参数信息云测试系统对用户身份和权限进行认证调用相关数据进行测试向用户返回测试结果电力企业技术机构终端软件测试云平台创新成效授权发明专利5件，软件著作权1件2020/7/6创新点3：通信检测和可靠性提升技术影响终端通信成功率的主要瓶颈：电力线载波通信易受复杂环境干扰（噪声、衰减和阻抗变化等）；230MHz无线专网组网性能低（响应速度慢、通信盲点多、兼容性及路由性能差等）。电力线载波通信模型230MHz无线专网组网基站通信速率慢（max:9.2kbps）路由性能差通信盲点兼容性差终端1（9.6kbps）终端2（2.4kbps）终端3（1.2kbps）13存在问题2020/7/6发明了多重复合拓扑结构阻抗模拟器与低压电力线环境噪声模拟器，创建了双路同频锁相低压电力线载波通信测试平台，实现了现场各类干扰对终端通信性能影响的精确测试，提高了终端的环境适应性。载波信号频带模拟线路参数接收灵敏度测试发射电平偏移性能检测项双路同频低压电力线载波通信测试平台创新点3：通信检测和可靠性提升技术14创新要点2020/7/6提出了流时序控制与自适应速率高速通信技术，创新研制了230MHz无线通信速率自适应专变采集终端，实现了不同速率终端的相互兼容以及通信数据的高速并行处理，提高了组网性能。230M专网高速通信技术创新点3：通信检测和可靠性提升技术中心节点直通节点1直通节点2直通节点3发送请求1发送请求2发送请求3并行处理请求应答请求1应答请求2应答2应答1应答请求3应答32400bps9600bpsFEC前向纠错交织编码高速通道低速通道循环请求发起请求自适应速率答应请求19.2Kbps流时序控制15创新要点2020/7/6现场设备载波成功率95.2%99.5%230M专网通信响应延迟200ms5ms频道利用率提高了80%解决了基站覆盖区内通讯盲点难题创新点3：通信检测和可靠性提升技术16创新成效授权发明专利6件2020/7/6创新点4：多源数据融合可靠性保障体系提出了集成可靠性预计、加速退化试验、现场运行信息的电力计量终端多源数据融合分析与可靠性评估方法。分析结果用于修正试验数据、优化试验方案。修正优化现场运行退化数据现场运行失效数据……融合融合tuaUtfTTkERHRHA11exp30022/002/212)22(,2)2(zza复杂应力换算相容性检验失效及退化数据库编号1234567t2467.231969.4033269.5931617.5232697.5682250.596409.797x8.8674038.9573458.6161868.4082388.4409169.0506198.623394编号891011121314t2588.8343370.7252866.6556075.1142717.2423561.0571806.78x9.1149758.6308158.2895038.3428028.2236929.0435738.448663可靠性预计加速退化试验先验分布：2,xNu实际试验产生失效：1ln={,}=6.9593,7.{1121}XTxx贝叶斯后验密度函数：(|)()(|)(|)()fTXfTd可靠度为：7.599660.353ln1-234tRt17创新要点2020/7/6创新点4：多源数据融合可靠性保障体系从硬件、软件、通信三维度，将常规检测前伸至方案设计、工艺优化、可靠性预计，后延到运行寿命预测、轮换策略优化、失效机理分析，建立一个横跨整个产业链、覆盖产品全寿命周期、循环动态优化的终端可靠性保障体系。电力计量终端可靠性保障体系硬件故障信息通信故障信息软件故障信息加速退化试验信息现场运行信息可靠性预计信息全寿命周期失效维度数据集成器件选型生产工艺性能试验可靠性验证失效机理分析循环动态优化可靠性预计轮换策略优化运行寿命预测方案设计18创新成效2020/7/6创新点4：多