广东电网有限责任公司惠州供电局 516000
摘要：电子式互感器研究过程中，需要格外注意控制其可靠性，其可靠性设计环节也是电子交流互感器开发研制中的重要环节。为了能够提高其可靠性，基于故障模式与后果分析以及故障树法可靠性分析，是电子式互感器研制中的关键环节。电子式电流互感器只有具备一定的可靠性，才能在具体的工作中发挥其巨大的功能作用。本文采用故障式与后果分析法以及故障树分析法，对电子式电流互感器的可靠性进行详细分析及研究，力求建立较为完善的FMEA表格，以及故障树，并获得故障树的最小割集，对其可靠性进行定性分析，通过实例验证电子式电流互感器的可靠性，为电子式电流互感器的研发提供有效的参考，保证电子式电流互感器的可靠性。
关键词：电子式电流互感器；可靠性分析；故障模式与后果分析
众所周知，电子式电流互感器的可靠性分析是整个电子式电流互感器研发的关键环节，与电磁式的电流互感器的可靠性进行对比分析发现，在具体的电子式电流互感器的研发过程中，采用故障式与后果分析法，以及故障树的分析法，可以有效分析电子式电流互感器的可靠性，建立完善的FMEA表格，以及健全的故障树，并能得到故障树所有的最小割集，对互感器进行有效的定性分析，明确其可靠性。之后通过互感器研制与实验过程中的实例进行验证，能明确其可靠性的效果，从而为电子式电流互感器的研发提供有效的参考。
一、常规电子式电流互感器与电磁式电流互感器的可靠性研究内容
（一）绝缘
电子式电流互感器与电磁式电流互感器，在其原理、结构构成等多方面都存在一定的差异性，因此，在对其可行性进行开发设计与分析时，需要考虑的内容也存在一定的差异。
就一般情况来看，电磁式电流互感器在其系统内部往往装有一个铁心，还有一次线圈和二次线圈，在线圈之间与铁心之间都有绝缘将其进行隔离。该绝缘结构构成比较复杂，随着电压等级逐渐提高，其结构也会更加复杂。而电子式电流互感器通常是由光学器件或者 Rogowski 线圈和低功率电流互感器组成的。因为系统内的电子元件均悬浮于高电位侧，所以在其传感单元一、二次侧的绝缘相对比较简单，且电压等级高低对其影响不大。
（二）铁心
在电磁式的电流互感器中配置了铁心，在其运行的过程中就很容易出现磁饱和、铁磁共振、磁滞效应等不同类型的问题。在电子式电流互感器，由于其采用的铁心性能较好，在其运行的过程中产生的二次负荷较小，因此，在其运行中不容易导致磁饱和等问题。
（三）二次侧开路
在常见的电磁式电流互感器设计中，二次回路不能开路，如果是处于二次开路的情况，则其二次线圈就有很大的高压风险。在电子式电流互感器中，其高压侧与低压侧之间没有直接的电气连接关系，往往是通过光纤来进行信号传递的传。光纤的思维绝缘性能良好，可以保证其系统内的高压回路与二次回路在电气上完全隔离。
（四）易耗器件
在电子式电流互感器通常会采用光学器件与电子元器件，与一般电子器件相比，这些器件都是相对易耗的元件。保障易耗器件的可靠性，对保障电子式电流互感器的可靠性也有着重要的作用。
二、电子式电流互感器的故障模式与后果分析
（一）FMEA 法
所谓故障模式和后果分析法，就是在电子式电流互感器系统、设备设计的过程中，对其运行中的各个组成单元潜在的故障模式、系统设备等进行分析，并能够根据分析的结果按照其程度进行分类。针对该潜在的故障要提出具有指向性、针对性的设计与改进措施，从而能够有效的提升该设备的可靠性。应用FMEA 法对电子式电流互感器的故障进行分析，通常是将其故障模式呈现出来，在对其后果进行分析的基础上，对其结果进行分析。
（二）定义系统
在应用 FMEA 法对电子式电流互感器进行可靠性分析以前，首先需要将该电子式电流互感器的系统各个部分进行详细的划分，将其划分结果作为建FMEA 表格的数据基础。一般看来，电子式电流互感器的可靠性框图如图1所示。
三、电子式电流互感器故障树分析
（一）电子式电流互感器的故障树
在对电子式电流互感器进行故障模式和后果分析的基础上，还可以通过构建电子式电流互感器故障树的方式来分析其可靠性，常见的故障树模型如下图1至图4所示。
（二）电子式电流互感器的故障树分析
通过利用故障树分析程序，可以对电子式电流互感器的故障树进行定性分析。所谓定性分析就是，将该产品中可能导致事件所有可能故障模式都进行分析，从而可以计算出故障树的最小割集。一般可以下行法来计算最小割集，即求由顶事件作为开端，根据逻辑关系词逐级向下，并采取分行表示的形式；如果是或门，就需要将输入事件分列在不同行，如果是与门，则可以将输入事件排列在同一行内。将可能出现的故障模式依次进行分析，直到将所有可能性基本事件分解为止。
根据相关的数据分析，电子式电流互感器故障树中，通常会有16个一阶最小割集，约占所有的最小割集中的一半，一阶最小割集在故障树模分析模型中，是最小的也是最重要的割集，对电子式电流互感器故障有重要的影响。因此，在设计电子式电流互感器时，可以通过尽可能地减小一阶最小割集的数目，从而减少最小割集基本事件与故障发生的概率。在设计中应该尽可能的避免出现故障树中的以下基本事件的发生：（101）-（104），（113），（114），（122），（123），（132），（133），（137），（143），（144），（145），（146），（147）。
此外，除了构成一阶最小割集的基本事件的发生，可能会导致产品在使用时出现故障，一般的其他基本事件不会直接导致产品出现故障。目前还需要一定的条件，且需要的时间较长，通过采取一些技术性的措施，可以有效的减少故障发生的概率。
四、电子式电流互感器故障案例析
为分析电子式电流互感器的可靠性、稳定性，对其高压侧传感头部分的温度进行实验分析。在实验初期产品的性能相对比较稳定，在高低温反复交替试验后，在温度低于?18℃则产品输出波形呈现出毛刺状，针对该现象进行波形测试与温度影响准确度试验，则得出：出现该现象是由于系统输出异常导致的，且伴随准确度不达标问题，对应FMEA 表中常见的故障模式就是电子线路老化与温度特性变差问题，对应故障树中的基本事件为114。确定该故障模式后，修改出现故障的相关器件并解决该问题。
为测试产品的型式，在其实验的过程中要保持室内温度连续12小时都保持在温升试验状态，但是该实验结果显示无产品输出。通过结合FMEA表和故障树对该结果进行分析，将高实验故障锁定为电源系统，对应FMEA 表中常见故障为为铁心损坏或者是DC/DC 模块故障。为确保其分析的可靠性，将该产品解构，产品内部的取能线圈出现严重的烧蚀现象，铁心护套、二次绕组绝缘都已经被烧毁，从而导致匝间出现短路现象，取能线圈无能量输出，最终导致该产品不能进行正常工作。且通过本次的温升试验进行分析，一旦在实验的过程中加一次大于额定电流值150%的电流就会导致产品过载运行，长时间累积就容易造成故障。
结束语
总而言之，通过对电子式电流互感器与电磁式电流互感器的可靠性进行对比分析，并以此为基础建立新的电子式电流互感器的可靠性框图。为保证电子式电流互感器的可靠性，通过以某一电子式电流互感器为例进行实验，建立故障模式与后果分析、故障树模型，并计算出其中最小的割集，从而分析影响电子式电流互感器可靠性的关键问题与关键环节。且通过实验分析可以看出，应用基于故障模式与后果分析以及故障树法，对开发和研制电子式电流互感器可靠性有较好的规范性作用。
参考文献
[1]李一泉，杨荷娟，王慧芳，王佳.电子式互感器状态评价及可靠性计算研究[J].广东电力，2012，11：10-15.29.
[2]杜雷，高建民，陈琨.基于故障相关性分析的可靠性配置[J].计算机集成制造系统，2011，09：1973-1980.
论文作者:陈慧聪
论文发表刊物:《探索科学》2016年7期
论文发表时间:2016/10/26
标签：故障论文; 电流互感器论文; 电子论文; 可靠性论文; 模式论文; 最小论文; 铁心论文; 《探索科学》2016年7期论文;