浴盆曲线在通信电源设备管理中的应用

可 靠 使 用 的 时 间 ；也 就 是 电 源 设 备 在 给 定 的 条 件 下 ，从 给定的时刻开始到失效率高到不可接受或电源设备因
效率近似恒定。
故障被认为不可修复时止的时间区间。
耗损失 效 期 （ｗｅａｒ－ｏｕｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ）：电 源 设 备 的后期可能存在的一 段 时 间，在 这 期 间 的 失 效 率 明 显
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｎｆｏｒｍｓ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｂａｔｈｔｕｂ ｃｕｒｖｅ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｓｏｍｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ，ｉｎ ｅａｒｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ，ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｗｅａｒ－ｏｕｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ．
２０１３ 年 １ 月 ２５ 日 第 ３０ 卷 第 １ 期
江 玉 彬 ： 浴 盆 曲 线 在 通 信 电源设备管理中的应用
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊａｎ．２５，２０１３，Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１
恒 定 失 效 率 期 （ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ｐｅｒｉｏｄ）：电 源 设备在生命期内可能 存 在 的 一 段 时 间，在 这 期 间 的 失
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｔｈｔｕｂ ｃｕｒｖｅ；ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ；ｕｓｅｆｕｌ ｌｉｆｅ；ＭＴＢＦ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
０ 引 言
通信电源设备是通信系统的重要组成部分。在通 信电源设备的管理中，经 常 会 涉 及 到 电 源 设 备 的 失 效 率 （或 称 故 障 率 ）、运 行 时 间 等 问 题 ，其 失 效 率 和 运 行 时 间之间是否存在某种规律？如何有效地应用这种规律 指导电源设备的管理工作？
ＹＤ／Ｔ
ＹＤ／Ｔ
１０５１－２０１０ １９７０．１－２００９
２０
２０
２０
２０
１５
１５
１５ １５
１５ １０
平均失效间隔时间 （ＭＴＢＦ）
ａ．年 动 作 次 数 ≤１２ 时 ，ＭＴＢＦ＞１．７５×１０５ｈ ｂ．年 动 作 次 数 ＞１２ 时 ，ＭＴＢＦ＞４．１８×１０４ｈ １．７５×１０５ｈ ａ．年 动 作 次 数 ≤１２ 时 ，ＭＴＢＦ＞５×１０５ｈ ｂ．年 动 作 次 数 ＞１２ 时 ，ＭＴＢＦ＞１×１０５ｈ １×１０６ｈ ５×１０４ｈ
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失效的设备数量之比除以时间区间的持续时间得到失 效率的一个估算值。
通信电源设备在 整 个 生 命 期 内，故 障 发 生 的 次 数 和使用时 间 存 在 一 定 的 规 律。 对 每 一 台 电 源 设 备 来 说 ，出 现 故 障 的 次 数 和 使 用 寿 命 不 相 同 ，但 其 发 展 规 律 都是相似或一致的。
（４）发电机组：连 续 三 次 启 动 不 成 功、机 组 不 能 输 出 额 定 电 流 、电 压 和 频 率 波 动 超 出 规 定 范 围 、出 现 四 漏 （水 、油 、气 、电 ）、自 动 化 机 组 的 自 动 功 能 异 常 等 。
（５）蓄电池组：蓄 电 池 组 出 现 落 后 电 池、短 路 或 电 池 出 现 渗 漏 、变 形 、起 火 、爆 炸 现 象 。 ３．２ 通 信 电 源 系 统 的 故 障 判 断 依 据
耗损失效期设备 进 入 老 化 期，设 备 失 效 率 呈 递 增 且 有 迅 速 上 升 趋 势 。 此 时 ，应 针 对 失 效 的 原 因 ，注 意 检 查 、监 控 、预 测 耗 损 开 始 的 时 间 ，提 前 维 修 ，使 失 效 率 呈 稳 定 变 化 趋 势 ；但 这 一 阶 段 可 靠 性 改 进 成 本 较 大 ，可 以 通过设备的技术改造和零部件的更换来提高可靠性。 如 果 成 本 过 高 ，电 源 设 备 不 宜 继 续 使 用 。
率密度，Ｒ（ｔ）是可靠度函数，Ｒ（ｔ）与可靠度 Ｒ（ｔ１，ｔ２）的 关系是 Ｒ（ｔ）＝Ｒ（０，ｔ）。
上式计算较为复 杂，可 适 当 简 化 为 在 给 定 时 间 区
间内发生失效的设备数量与时间区间开始时刻未发生
收 稿 日 期 ：２０１２－０８－１３ 作者简介：江 玉 彬 （１９８０－），男，江 西 九 江 人，工 程 师，２００６ 年 毕 业于华北电力大学电子与通信工程学 院，现 在 华 信 邮 电 咨 询 设 计研究院有限公司从事通信电源的规划与设计工作。
未发生失效，在时间区间（ｔ，ｔ＋Δｔ）内 出 现 一 个 失 效 的
条件概率 与 区 间 长 度 Δｔ之 比，当 Δｔ趋 于 ０ 时 的 极 限 （如 果 存 在 ）［１］。
λ（ｔ）＝ｌΔｉｔｍ→０Δ１ｔＦ（ｔ－ＲΔｔ（ｔ））－Ｆ（ｔ）＝
ｆ（ｔ） Ｒ（ｔ）
式 中 ，Ｆ（ｔ）和 ｆ（ｔ）分 别 是 失 效 发 生 时 的 分 布 函 数 和 概
根据《通信局（站）电源系统维护技术要求 第 １ 部 分：总则》（ＹＤ／Ｔ１９７０．１－２００９），高频开关整流设 备 的 有效使用年限为 １０ 年。 高 频 开 关 整 流 设 备 典 型 的 失 效率曲线遵循浴盆曲线规律，如图１所示 。 ［２］
图 １ 高 频 开 关 整 流 设 备 的 浴 盆 曲 线
２０１３ 年 １ 月 ２５ 日 第 ３０ 卷 第 １ 期
文 章 编 号 ：１００９－３６６４（２０１３）０１－００３４－０３
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｊａｎ．２５，２０１３，Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１
运营探讨
浴盆曲线在通信电源设备管理中的应用
江玉彬 （华信邮电咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 ３１００１４）
１ 浴 盆 曲 线
通信电源设备的可靠性是指在给定的条件和给定
的时间区间内完成要求功能的能力。通常可靠性采用
适合的量度予以定量 化，在 可 靠 性 工 程 理 论 中 把 可 靠
性表示成一 种 概 率，可 用 失 效 率 （ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ）来 衡 量
通信电源设备的可靠性水平。
失 效 率 是 通 信 电 源 设 备 在 时 间 区 间 开 始 时 刻ｔ 前
恒定失效率期内，电 源 设 备 可 靠 性 的 变 化 趋 于 稳 定，失效率相对较低；在 这 一 阶 段，电 源 设 备 早 期 失 效 已 排 除 ，是 设 备 的 最 佳 使 用 期 ，应 在 适 当 的 使 用 成 本 下 尽可能延长使用年限。
在电源设备的正 常 运 行 过 程 中，科 学 合 理 地 安 排 维 护 和 检 测 ，以 延 长 设 备 的 使 用 年 限 ，降 低 失 效 率 。 ４．３ 耗 损 失 效 期
１５
－
５×１０４ｈ
防酸式蓄电池
１０
阀 控 式 密 封 铅 酸 蓄 电 池 （２Ｖ）
Baidu Nhomakorabea
８
蓄电池
阀控式密封铅酸蓄电池
（６Ｖ／１２Ｖ）
８
交流不间断
ＵＰＳ 主 机
－
电源设备
蓄电池
－
－
７×１０５ｈ
８
３．５×１０５ｈ
６
３．５×１０５ｈ
８
２×１０４ｈ
６
－
发电设备
交流稳压器 监控系统
柴油机发电机组 燃气轮机发电机组
表１列出了相关标准下的通信电源设备的有效使 用年限；在 有 效 使 用 年 限 内，其 平 均 失 效 间 隔 时 间
高于先前时期。
２ 通 信 电 源 设 备 的 有 效 使 用 年 限
（ＭＴＢＦ，ｍｅａｎ ｔｉｍｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆａｉｌｕｒｅ）应 满 足 《通 信 局 （站）电 源 系 统 总 技 术 要 求 》（ＹＤ／Ｔ１０５１－２０１０）的 规 定。
４．１ 早 期 失 效 期 在 电 源 设 备 投 入 使 用 的 早 期 ，其 失 效 率 较 高 ，随 着
时间的延续呈逐步下降趋势。早期失效通常是受产品
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２０１３ 年 １ 月 ２５ 日 第 ３０ 卷 第 １ 期
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｊａｎ．２５，２０１３，Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１
太阳能电池方阵 太阳能电池控制器
交流稳压器 前端采集设备
１０ － － １５ － －
１０ － ２０ － ８ １０
８００ｈ ２５００ｈ １．３１×１０５ｈ ５×１０４ｈ － －
３ 故 障 判 断 依 据 ［３］
３．１ 通 信 电 源 设 备 的 主 要 故 障 判 断 依 据 当通信电源设备出现主要技术性能不符合要求，
中 图 分 类 号 ：ＴＮ８６
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｔｈｔｕｂ Ｃｕｒｖｅ ｉｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｄｅｖｉｃｅ
ＪＩＡＮＧ Ｙｕ－ｂｉｎ （Ｈｕａｘｉｎ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
通信电源设备的有效使用年限是指能够保证正常
表 １ 通 信 电 源 设 备 的 有 效 使 用 年 限［３，４］
设备类型
高压变、 配电设备
低压配电设备
整流设备 直 流 －直 流 变
换器设备
设备名称
高压配电设备 变压器
交流低压配电设备 直流配电设备
高频开关整流设备 直 流 －直 流 变 换器设备
有 效 使 用 年 限／年
浴 盆 曲 线 可 分 为 三 段 ，分 别 为 早 期 失 效 期 、恒 定 失 效率期和耗损失效期。
早期失效期（ｅａｒｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒｉｏｄ）：电 源 设 备 生 命 期的早期，从某个给 定 的 时 刻 起 开 始 可 能 存 在 的 一 段 时 间 ，在 这 期 间 的 失 效 率 明 显 高 于 随 后 的 时 期 。
内 部 材 料 缺 陷 、设 计 和 生 产 过 程 等 的 影 响 ，因 此 可 通 过 优 化 产 品 设 计 、优 选 设 备 零 部 件 、提 高 标 准 化 和 模 块 化 设 计 ，减 少 故 障 机 率 。
为提高电源设备 早 期 失 效 期 的 可 靠 性，生 产 商 应 在 设 备 出 厂 前 进 行 多 项 测 试 ，以 降 低 早 期 失 效 率 。 ４．２ 恒 定 失 效 率 期
不检修将影响设备和系统正常工作的障碍则判定为设 备故障。主 要 电 源 设 备 发 生 如 下 障 碍 时 则 判 定 为 故 障：
（１）整流设备：不 能 输 出 额 定 电 流、电 压 超 出 允 许 范围、杂音电压高、稳 压 精 度 低 于 规 定 值、影 响 设 备 和 系 统 工 作 或 安 全 的 告 警 、保 护 性 能 异 常 等 。
（２）ＵＰＳ设备：不能输出 额 定 电 流、电 压 超 出 允 许 范 围 、稳 压 精 度 低 于 规 定 值 、影 响 设 备 和 系 统 工 作 或 安 全 的 告 警 、保 护 性 能 异 常 等 。
（３）配电设备：不 能 输 出 额 定 电 流、电 压 降 超 出 规 定范围、动 作 失 灵、影 响 设 备 和 系 统 工 作 或 安 全 的 告 警 、保 护 性 能 异 常 等 。
（１）直流供电系 统：不 能 输 出 规 定 电 流；电 压 超 出 允许范围；杂音电 压 高 于 允 许 值。 三 项 中 出 现 任 何 一 项则判定为系统故障。
（２）交流 供 电 系 统：电 压 或 频 率 超 出 允 许 变 动 范 围 ，则 判 定 为 系 统 故 障 。
４ 浴盆曲线不同阶段的通信电源设备管理工作
摘要：通信电源设备的失效率与运行时间 符 合 浴 盆 曲 线 规 律。 文 中 应 用 这 个 规 律，从 早 期 失 效 期、恒 定 失 效 率 期 和
耗损失效期三个不同阶段简要分析了电源设备失效的缘由及相应的管理措施。
关 键 词 ：浴 盆 曲 线 ；失 效 率 ；有 效 使 用 年 限 ；平 均 失 效 间 隔 时 间 ；可 靠 性