《高壓開關(guān)可靠性管理驗證和評價指南》

ICS29.130.10

K43

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/GMIQMAXXX-2023

高壓開關(guān)可靠性管理驗證和評價指南

Guideforevaluationandvalidationofhighvoltage

switchgearreliabilitymanagement

（征求意見稿）

20XX—XX—XX發(fā)布20XX—XX—XX實施

廣東省機械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會發(fā)布

T/GMIQMAXXX-2023

引言

0.1總則

產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成部分，是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的

能力，也就是產(chǎn)品出廠時各項功能和性能符合制造驗收規(guī)范要求的合格水平在規(guī)定條件下所能保持的時

間。本文件主要闡述在產(chǎn)品故障模式基礎(chǔ)上，如何在產(chǎn)品出廠交付客戶后對高壓開關(guān)產(chǎn)品可靠性進行驗

證和評價，主要包括產(chǎn)品可靠性相關(guān)因素、可靠性故障模式、可靠性要求、可靠性驗證、可靠性評價要

求等內(nèi)容。

0.2質(zhì)量與可靠性關(guān)系

為了更直觀地理解質(zhì)量和可靠性的關(guān)系，按照產(chǎn)品生命周期的不同階段分析產(chǎn)品的質(zhì)量及管理，即

把產(chǎn)品生命周期分成三個階段：產(chǎn)品研發(fā)階段、量產(chǎn)的生產(chǎn)制造階段和使用至報廢階段，其主要關(guān)系圖

如圖1所示：

圖1質(zhì)量與可靠性關(guān)系圖

把產(chǎn)品生命周期作為橫坐標(biāo)，用時間表示，以產(chǎn)品的合格水平作為縱坐標(biāo)，于是可以得到t＝0、t

＞0和t＜0的質(zhì)量。在傳統(tǒng)質(zhì)量管理中：

t＝0的質(zhì)量一般都用合格品率進行度量，合格率越高，說明內(nèi)部質(zhì)量損失越小。因此，質(zhì)量管理

關(guān)注的焦點是降低不合格品率，而如何降低不合格品率，質(zhì)量管理的重點是提高制造過程的一致性和穩(wěn)

定性。

t＜0的質(zhì)量體現(xiàn)在按照設(shè)計與開發(fā)時確認(rèn)的或產(chǎn)品研制時的設(shè)計定型，以及對所確定的制造與驗

收規(guī)范經(jīng)的嚴(yán)格質(zhì)量管理，對產(chǎn)品制造階段的質(zhì)量管理體現(xiàn)在出廠前進行嚴(yán)格檢驗，質(zhì)量檢驗的結(jié)果，

即合格率。質(zhì)量管理的重點應(yīng)進行圍繞保持生產(chǎn)過程的一致性和穩(wěn)定性。

t＞0的質(zhì)量體現(xiàn)在產(chǎn)品在用戶使用過程中其合格水平的保持能力，本質(zhì)上就是可靠性，即合格產(chǎn)

品在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，通俗的說，就是產(chǎn)品在用戶使用過程中無故障或保持正常工作

不發(fā)生故障的時間，或故障發(fā)生的可能性。因此，可靠性關(guān)注的是產(chǎn)品合格水平隨時間的保持能力。

0.3浴盆曲線

III

T/GMIQMAXXX-2023

實踐證明大多數(shù)設(shè)備的故障是時間的函數(shù)，典型故障曲線稱之為浴盆曲線(Bathtubcurve失效曲

線)，曲線的形狀呈兩頭高，中間低，具有明顯的階段性，可劃分為三個階段：早期故障期、偶然故障

期、耗損故障期。浴盆曲線是指設(shè)備從投入到報廢為止的整個生命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)一定的

規(guī)律。如果取設(shè)備的失效作為產(chǎn)品的可靠性特征值，它是以使用時間為橫坐標(biāo)，以失效率為縱坐標(biāo)的一

條曲線。因該曲線兩頭高，中間低，有些像浴盆，所以稱為“浴盆曲線”。失效率隨使用時間變化分為

三個階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。浴盆曲線如圖2所示。

圖2浴盆曲線圖

第一階段是早期失效期(InfantMortality)：早期故障期對于機械產(chǎn)品又叫磨合期。在此期間，開

始的故障率很高，但隨時間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生的故障主要是設(shè)計、制造上的缺陷所

致，或使用不當(dāng)所造成的。表明設(shè)備在開始使用時失效率很高，但隨著設(shè)備工作時間的增加失效率迅速

降低，這一階段失效的原因大多是由于設(shè)計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。

第二階段是偶然失效期，也稱隨機失效期(RandomFailures)：這一階段的特點是失效率較低，且

較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，設(shè)備可靠性指標(biāo)所描述的就是這個時期，這一時期是設(shè)備的良好使用階

段，偶然失效主要原因是質(zhì)量缺陷、材料弱點、環(huán)境和使用不當(dāng)?shù)纫蛩匾?。在此期間，故障發(fā)生是隨

機的，其故障率最低，而且穩(wěn)定，這是設(shè)備的正常工作期或最佳狀態(tài)期。在此間發(fā)生的故障多因為設(shè)計、

使用不當(dāng)及維修不力產(chǎn)生的。

第三階段是耗損失效期(Wearout)：該階段的失效率隨時間的延長由于設(shè)備零部件的磨損、疲勞、

老化、腐蝕等而急速增加，磨損嚴(yán)重，有效壽命結(jié)束。因此如果在耗損故障期開始時進行大修，可經(jīng)濟

而有效地降低故障率。

IV

T/GMIQMAxxx-2023

高壓開關(guān)可靠性管理驗證和評價指南

1范圍

本文件規(guī)定了高壓開關(guān)產(chǎn)品在使用過程中，產(chǎn)品可靠性驗證和評價的具體要求。

本文件適用于從事高壓開關(guān)產(chǎn)品的制造及相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)制造各類組織的產(chǎn)品可靠性驗證和評價。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

可靠性管理dependabilitymanagement

與可靠性相關(guān)的指導(dǎo)和控制組織的協(xié)同活動。

注：可靠性管理是組織整個管理中的一部分。

3.2

可靠性試驗reliabilitytest

可靠性試驗是為了解、評價、分析和提高產(chǎn)品可靠性而進行的各種試驗的總稱。

注：GJB450A中規(guī)定了六種可靠性試驗，環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可

靠性驗收試驗和壽命試驗。

3.3

早期故障階段earlyFailurePeriod

產(chǎn)品投入使用的初期，產(chǎn)品的故障率較高，且存在迅速下降的特征。這一階段的故障主要是設(shè)計和

制造的缺陷造成，包括設(shè)計不當(dāng)、材料缺陷、加工缺陷、安裝調(diào)整不當(dāng)?shù)取?/p>

3.4

偶然故障階段randomfailureperiod

產(chǎn)品投入使用一段時間后，早期故障被剔除，產(chǎn)品的故障率可降到一個較低的水平，且基本處于平

穩(wěn)狀態(tài)，可以近似認(rèn)為故障率是常數(shù)。這一階段產(chǎn)品的故障主要是偶然因素引起的，是產(chǎn)品的主要工作

期間。

注：這一階段時間越長，證明產(chǎn)品的可靠性越高?？梢酝ㄟ^提高設(shè)計裕度延長這一階段時間。

3.5

耗損故障階段wearfailureperiod

產(chǎn)品投入使用一段時間后，進入產(chǎn)品的耗損故障期，其特點是產(chǎn)品的故障率迅速上升，很快出現(xiàn)大

批量的故障或報廢。這一階段的故障主要是由老化、疲勞、磨損、腐蝕等耗損性因素引起的。

注：采取定時維修、更換等預(yù)防性維修措施，可以降低產(chǎn)品的故障率，以減少由于產(chǎn)品故障所帶來的損失。

3.6

可靠性評價reliabilityevaluation

對現(xiàn)有系統(tǒng)或系統(tǒng)組成部分的可靠性所達到的水平進行分析和確認(rèn)的過程。

3.7

環(huán)境因素environmentalfactors

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環(huán)境因素是指產(chǎn)品在其生命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下，能對其所有的預(yù)定功能與性能造

成影響的外部因素。

注：環(huán)境因素可以包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。自然環(huán)境是指在自然界中由非人為因素構(gòu)成的環(huán)境，包括溫度、濕度、

低氣壓、太陽輻射、酸霧、砂塵等；誘發(fā)環(huán)境是指任何人為活動、平臺其他設(shè)備或設(shè)備自身產(chǎn)生的局部環(huán)境，

包括沖擊、噪聲、振動、加速度、傾斜、搖擺等。

4可靠性相關(guān)因素

4.1目的

在產(chǎn)品可靠性驗證和評價過程中，通過識別與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的因素，并對其相應(yīng)進行的界定，以

明確可靠性驗證和評價的范圍，可靠性相關(guān)因素包括：

a)環(huán)境因素；

b)工藝因素；

c)運行工況。

4.2環(huán)境因素

高壓開關(guān)產(chǎn)品的環(huán)境因素主要包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境，其中自然環(huán)境包括溫度、溫差、濕度、海

拔、污穢等級和風(fēng)沙等，誘發(fā)環(huán)境包括加速度、振動、噪聲、沖擊等。

開展可靠性環(huán)境因素識別分析過程中，需對以下工作進行明確：

a)明確環(huán)境因素的范圍；

b)明確某類產(chǎn)品或故障的具體環(huán)境因素。

4.3工藝因素

在產(chǎn)品制造和裝配過程，相關(guān)的工藝要求和執(zhí)行對產(chǎn)品可靠性性能有重要影響，因此在產(chǎn)品工藝管

控過程中需要加強識別和管控，常見工藝因素包括焊接工藝、真空澆筑工藝、鍍銀工藝、表面處理工藝

等，影響產(chǎn)品可靠性性能的工藝一般為特殊過程相關(guān)工藝。

工藝因素的確定，一般考慮產(chǎn)品在運行過程隨著產(chǎn)品性能降低、零部件老化以及客戶要求等方面，

主要為不能通過產(chǎn)品檢驗或出廠試驗驗證其滿足可靠性要求，只有通過產(chǎn)品運行過程技術(shù)狀態(tài)曲線和產(chǎn)

品故障發(fā)生數(shù)量或者頻率反映產(chǎn)品可靠性性能，因此需要進行相應(yīng)工藝因素識別、工藝參數(shù)驗證以及工

藝確認(rèn)和評價等活動。

4.4運行工況條件

高壓開關(guān)實際運行工況按照產(chǎn)品運行條件可以分為以下幾類：

a)正常負(fù)荷運行；

b)超負(fù)荷運行；

c)低負(fù)荷運行。

5可靠性故障模式

通過收集高壓開關(guān)產(chǎn)品在實際運行過程中的故障模式，建立產(chǎn)品故障模式庫。與可靠性性能指標(biāo)對

比，并通過故障模式庫數(shù)據(jù)分析，找出影響產(chǎn)品可靠性相關(guān)的故障模式，從而針對性進行監(jiān)視測量和驗

證評價。

6可靠性要求

高壓開關(guān)可靠性要求一般包括性能要求和可靠性使用要求，具體如下：

a)可靠性性能要求，主要是反映對產(chǎn)品性能要求的技術(shù)參數(shù)，如年漏氣率、機械壽命等，可靠性

性能要求主要用于可靠性驗證工作；

b)可靠性使用要求，主要是反映對產(chǎn)品使用需求的參數(shù)，如故障率、平均故障間隔時間、使用壽

命等，可靠性使用要求主要用于可靠性評價工作。

2

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7出廠檢驗

7.1總則

產(chǎn)品在出廠時，按照技術(shù)要求和試驗規(guī)范，開展相應(yīng)的符合性檢測、功能性試驗和預(yù)防早起故障的

試驗，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在問題以及驗證產(chǎn)品合格。

7.2符合性檢測

符合性檢測是指滿足目視和尺寸測量方式，以驗證產(chǎn)品組成符合技術(shù)要求。包括外觀檢查、尺寸檢

查和產(chǎn)品一致性檢查等內(nèi)容。

7.3功能性試驗

功能性試驗是指按照試驗規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過開展相應(yīng)的性能試驗，以驗證產(chǎn)品功能符合要求。

包括二次連鎖試驗、耐壓試驗、氣密性檢查和雷電沖擊試驗等內(nèi)容。

7.4預(yù)防早期故障的試驗

預(yù)防早起故障試驗是指通過產(chǎn)品的試驗過程短期磨合或者不影響產(chǎn)品性能的負(fù)載試驗，以消除產(chǎn)品

存在可靠性隱患或者發(fā)現(xiàn)存在的問題，包括200動作試驗、插拔試驗等。

7.5產(chǎn)品放行

產(chǎn)品的放行過程包括符合性檢測、功能性試驗、預(yù)防早起故障的試驗以及客戶驗收交付，根據(jù)產(chǎn)品

的可靠性特性要求以及可靠性時間特性，以上檢驗放行，并不能全部或完全證明其可靠性性能滿足要求，

應(yīng)在產(chǎn)品放行后在使用或運行過程中持續(xù)監(jiān)視和測量可靠性特性運行技術(shù)狀態(tài)以驗證和評價可靠性性

能是否滿足要求。

8可靠性驗證

8.1總則

可靠性驗證是產(chǎn)品在交付用戶之后，根據(jù)產(chǎn)品實際工作環(huán)境中運行情況，以及可靠性性能要求，按

照驗證方案，對整個產(chǎn)品或產(chǎn)品某項要求進行驗證，可靠性驗證應(yīng)明確：

a)驗證范圍：包括產(chǎn)品類型、可靠性因素等；

b)驗證周期；

c)驗證方案，包括產(chǎn)品驗證項目、數(shù)量、驗證方法、驗證準(zhǔn)則等內(nèi)容。

8.2可靠性驗證范圍的確定

可靠性驗證的產(chǎn)品范圍，必須符合第4章規(guī)定的正常環(huán)境因素下，以及開展第7章所有出廠前的檢

驗項目后的產(chǎn)品。

8.3可靠性驗證周期的確定

高壓開關(guān)整體性能和某一性能的驗證周期為產(chǎn)品交付運行后3年為周期。

8.4可靠性驗證方案

首先需制定組合電器可靠性驗證方案，方案中需包含：

a)明確驗證的項目，項目可以包括整機的驗證、分系統(tǒng)驗證和單個性能指標(biāo)的驗證；

b)明確驗證數(shù)量，首先從定型產(chǎn)品和批生產(chǎn)檢驗合格交付的產(chǎn)品中隨機抽取，驗證樣品數(shù)量至少

應(yīng)有2臺，優(yōu)選為6、10、12、16、20臺；

c)明確驗證周期，驗證周期的選擇執(zhí)行8.3條款；

d)明確驗證的可靠性性能要求，其確定參照出廠交付時的出廠試驗規(guī)范；

e)明確驗證方法，在驗證周期內(nèi)選用合適的驗證方法，制定驗證標(biāo)準(zhǔn)，通過人工收集、傳感器自

動采集或者數(shù)字孿生技術(shù)等方式收集產(chǎn)品可靠性性能具體參數(shù)，繪制產(chǎn)品可靠性性能參數(shù)曲線。

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f)明確驗證判定準(zhǔn)則，在驗證結(jié)束后，對樣品按照驗證技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)進行檢查，與驗證標(biāo)

準(zhǔn)對比，從而判定驗證是否合格。

9可靠性評價

9.1概述

可靠性是組合電器產(chǎn)品重要的質(zhì)量特性之一，對其可靠性評價是可靠性管理工作的主要內(nèi)容，其意

義在于保證可靠性滿足客戶預(yù)期要求，在生產(chǎn)運行過程中可靠性評價的目的是根據(jù)收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化

故障率浴盆曲線，以此評價產(chǎn)品規(guī)定的可靠性要求是否得到滿足。

9.2可靠性評價的方式

組合電器交付運行過程中可靠性評價可以對整個產(chǎn)品總成的評價，也可以對產(chǎn)品的某一項性能指標(biāo)

可靠性進行評價（如產(chǎn)品的氣密性、機械特性等），組合電器的評價采用定量方式評價，評價的方式包

括故障率評價法。

9.3故障率評價法

根據(jù)組合電器現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計計算在運行組合電器的故障率λ（t），以此繪制產(chǎn)品故障率曲

線，即浴盆曲線。在此設(shè)定故障率目標(biāo)，作為可靠性評價的指標(biāo)，評價內(nèi)容如下：

a)以早期故障期為可靠性評價周期，即投運后三年時間；

b)以早期故障期的初始故障率、早期故障期時長和早期故障期與偶然故障期節(jié)點時的故障率（即

偶然故障期的故障率）三個指標(biāo)為對象，根據(jù)實際制定目標(biāo)值評價產(chǎn)品或產(chǎn)品某項性能可靠性。