《高压开关可靠性管理验证和评价指南》

ICS29.130.10

K43

团体标准

T/GMIQMAXXX-2023

高压开关可靠性管理验证和评价指南

Guideforevaluationandvalidationofhighvoltage

switchgearreliabilitymanagement

（征求意见稿）

20XX—XX—XX发布20XX—XX—XX实施

广东省机械工业质量管理协会发布

T/GMIQMAXXX-2023

引言

0.1总则

产品可靠性是产品质量的一个重要组成部分，是指产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的

能力，也就是产品出厂时各项功能和性能符合制造验收规范要求的合格水平在规定条件下所能保持的时

间。本文件主要阐述在产品故障模式基础上，如何在产品出厂交付客户后对高压开关产品可靠性进行验

证和评价，主要包括产品可靠性相关因素、可靠性故障模式、可靠性要求、可靠性验证、可靠性评价要

求等内容。

0.2质量与可靠性关系

为了更直观地理解质量和可靠性的关系，按照产品生命周期的不同阶段分析产品的质量及管理，即

把产品生命周期分成三个阶段：产品研发阶段、量产的生产制造阶段和使用至报废阶段，其主要关系图

如图1所示：

图1质量与可靠性关系图

把产品生命周期作为横坐标，用时间表示，以产品的合格水平作为纵坐标，于是可以得到t＝0、t

＞0和t＜0的质量。在传统质量管理中：

t＝0的质量一般都用合格品率进行度量，合格率越高，说明内部质量损失越小。因此，质量管理

关注的焦点是降低不合格品率，而如何降低不合格品率，质量管理的重点是提高制造过程的一致性和稳

定性。

t＜0的质量体现在按照设计与开发时确认的或产品研制时的设计定型，以及对所确定的制造与验

收规范经的严格质量管理，对产品制造阶段的质量管理体现在出厂前进行严格检验，质量检验的结果，

即合格率。质量管理的重点应进行围绕保持生产过程的一致性和稳定性。

t＞0的质量体现在产品在用户使用过程中其合格水平的保持能力，本质上就是可靠性，即合格产

品在规定的时间内完成规定功能的能力，通俗的说，就是产品在用户使用过程中无故障或保持正常工作

不发生故障的时间，或故障发生的可能性。因此，可靠性关注的是产品合格水平随时间的保持能力。

0.3浴盆曲线

III

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实践证明大多数设备的故障是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线(Bathtubcurve失效曲

线)，曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期故障期、偶然故障

期、耗损故障期。浴盆曲线是指设备从投入到报废为止的整个生命周期内，其可靠性的变化呈现一定的

规律。如果取设备的失效作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一

条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线”。失效率随使用时间变化分为

三个阶段：早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。浴盆曲线如图2所示。

图2浴盆曲线图

第一阶段是早期失效期(InfantMortality)：早期故障期对于机械产品又叫磨合期。在此期间，开

始的故障率很高，但随时间的推移，故障率迅速下降。此期间发生的故障主要是设计、制造上的缺陷所

致，或使用不当所造成的。表明设备在开始使用时失效率很高，但随着设备工作时间的增加失效率迅速

降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。

第二阶段是偶然失效期，也称随机失效期(RandomFailures)：这一阶段的特点是失效率较低，且

较稳定，往往可近似看作常数，设备可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是设备的良好使用阶

段，偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起。在此期间，故障发生是随

机的，其故障率最低，而且稳定，这是设备的正常工作期或最佳状态期。在此间发生的故障多因为设计、

使用不当及维修不力产生的。

第三阶段是耗损失效期(Wearout)：该阶段的失效率随时间的延长由于设备零部件的磨损、疲劳、

老化、腐蚀等而急速增加，磨损严重，有效寿命结束。因此如果在耗损故障期开始时进行大修，可经济

而有效地降低故障率。

IV

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高压开关可靠性管理验证和评价指南

1范围

本文件规定了高压开关产品在使用过程中，产品可靠性验证和评价的具体要求。

本文件适用于从事高压开关产品的制造及相关产品研发制造各类组织的产品可靠性验证和评价。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

可靠性管理dependabilitymanagement

与可靠性相关的指导和控制组织的协同活动。

注：可靠性管理是组织整个管理中的一部分。

3.2

可靠性试验reliabilitytest

可靠性试验是为了解、评价、分析和提高产品可靠性而进行的各种试验的总称。

注：GJB450A中规定了六种可靠性试验，环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可

靠性验收试验和寿命试验。

3.3

早期故障阶段earlyFailurePeriod

产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且存在迅速下降的特征。这一阶段的故障主要是设计和

制造的缺陷造成，包括设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等。

3.4

偶然故障阶段randomfailureperiod

产品投入使用一段时间后，早期故障被剔除，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平

稳状态，可以近似认为故障率是常数。这一阶段产品的故障主要是偶然因素引起的，是产品的主要工作

期间。

注：这一阶段时间越长，证明产品的可靠性越高。可以通过提高设计裕度延长这一阶段时间。

3.5

耗损故障阶段wearfailureperiod

产品投入使用一段时间后，进入产品的耗损故障期，其特点是产品的故障率迅速上升，很快出现大

批量的故障或报废。这一阶段的故障主要是由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起的。

注：采取定时维修、更换等预防性维修措施，可以降低产品的故障率，以减少由于产品故障所带来的损失。

3.6

可靠性评价reliabilityevaluation

对现有系统或系统组成部分的可靠性所达到的水平进行分析和确认的过程。

3.7

环境因素environmentalfactors

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环境因素是指产品在其生命期预计可能遇到的各种环境的作用下，能对其所有的预定功能与性能造

成影响的外部因素。

注：环境因素可以包括自然环境和诱发环境。自然环境是指在自然界中由非人为因素构成的环境，包括温度、湿度、

低气压、太阳辐射、酸雾、砂尘等；诱发环境是指任何人为活动、平台其他设备或设备自身产生的局部环境，

包括冲击、噪声、振动、加速度、倾斜、摇摆等。

4可靠性相关因素

4.1目的

在产品可靠性验证和评价过程中，通过识别与产品可靠性相关的因素，并对其相应进行的界定，以

明确可靠性验证和评价的范围，可靠性相关因素包括：

a)环境因素；

b)工艺因素；

c)运行工况。

4.2环境因素

高压开关产品的环境因素主要包括自然环境和诱发环境，其中自然环境包括温度、温差、湿度、海

拔、污秽等级和风沙等，诱发环境包括加速度、振动、噪声、冲击等。

开展可靠性环境因素识别分析过程中，需对以下工作进行明确：

a)明确环境因素的范围；

b)明确某类产品或故障的具体环境因素。

4.3工艺因素

在产品制造和装配过程，相关的工艺要求和执行对产品可靠性性能有重要影响，因此在产品工艺管

控过程中需要加强识别和管控，常见工艺因素包括焊接工艺、真空浇筑工艺、镀银工艺、表面处理工艺

等，影响产品可靠性性能的工艺一般为特殊过程相关工艺。

工艺因素的确定，一般考虑产品在运行过程随着产品性能降低、零部件老化以及客户要求等方面，

主要为不能通过产品检验或出厂试验验证其满足可靠性要求，只有通过产品运行过程技术状态曲线和产

品故障发生数量或者频率反映产品可靠性性能，因此需要进行相应工艺因素识别、工艺参数验证以及工

艺确认和评价等活动。

4.4运行工况条件

高压开关实际运行工况按照产品运行条件可以分为以下几类：

a)正常负荷运行；

b)超负荷运行；

c)低负荷运行。

5可靠性故障模式

通过收集高压开关产品在实际运行过程中的故障模式，建立产品故障模式库。与可靠性性能指标对

比，并通过故障模式库数据分析，找出影响产品可靠性相关的故障模式，从而针对性进行监视测量和验

证评价。

6可靠性要求

高压开关可靠性要求一般包括性能要求和可靠性使用要求，具体如下：

a)可靠性性能要求，主要是反映对产品性能要求的技术参数，如年漏气率、机械寿命等，可靠性

性能要求主要用于可靠性验证工作；

b)可靠性使用要求，主要是反映对产品使用需求的参数，如故障率、平均故障间隔时间、使用寿

命等，可靠性使用要求主要用于可靠性评价工作。

2

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7出厂检验

7.1总则

产品在出厂时，按照技术要求和试验规范，开展相应的符合性检测、功能性试验和预防早起故障的

试验，以发现产品存在问题以及验证产品合格。

7.2符合性检测

符合性检测是指满足目视和尺寸测量方式，以验证产品组成符合技术要求。包括外观检查、尺寸检

查和产品一致性检查等内容。

7.3功能性试验

功能性试验是指按照试验规范和技术标准，通过开展相应的性能试验，以验证产品功能符合要求。

包括二次连锁试验、耐压试验、气密性检查和雷电冲击试验等内容。

7.4预防早期故障的试验

预防早起故障试验是指通过产品的试验过程短期磨合或者不影响产品性能的负载试验，以消除产品

存在可靠性隐患或者发现存在的问题，包括200动作试验、插拔试验等。

7.5产品放行

产品的放行过程包括符合性检测、功能性试验、预防早起故障的试验以及客户验收交付，根据产品

的可靠性特性要求以及可靠性时间特性，以上检验放行，并不能全部或完全证明其可靠性性能满足要求，

应在产品放行后在使用或运行过程中持续监视和测量可靠性特性运行技术状态以验证和评价可靠性性

能是否满足要求。

8可靠性验证

8.1总则

可靠性验证是产品在交付用户之后，根据产品实际工作环境中运行情况，以及可靠性性能要求，按

照验证方案，对整个产品或产品某项要求进行验证，可靠性验证应明确：

a)验证范围：包括产品类型、可靠性因素等；

b)验证周期；

c)验证方案，包括产品验证项目、数量、验证方法、验证准则等内容。

8.2可靠性验证范围的确定

可靠性验证的产品范围，必须符合第4章规定的正常环境因素下，以及开展第7章所有出厂前的检

验项目后的产品。

8.3可靠性验证周期的确定

高压开关整体性能和某一性能的验证周期为产品交付运行后3年为周期。

8.4可靠性验证方案

首先需制定组合电器可靠性验证方案，方案中需包含：

a)明确验证的项目，项目可以包括整机的验证、分系统验证和单个性能指标的验证；

b)明确验证数量，首先从定型产品和批生产检验合格交付的产品中随机抽取，验证样品数量至少

应有2台，优选为6、10、12、16、20台；

c)明确验证周期，验证周期的选择执行8.3条款；

d)明确验证的可靠性性能要求，其确定参照出厂交付时的出厂试验规范；

e)明确验证方法，在验证周期内选用合适的验证方法，制定验证标准，通过人工收集、传感器自

动采集或者数字孪生技术等方式收集产品可靠性性能具体参数，绘制产品可靠性性能参数曲线。

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f)明确验证判定准则，在验证结束后，对样品按照验证技术参数和性能指标进行检查，与验证标

准对比，从而判定验证是否合格。

9可靠性评价

9.1概述

可靠性是组合电器产品重要的质量特性之一，对其可靠性评价是可靠性管理工作的主要内容，其意

义在于保证可靠性满足客户预期要求，在生产运行过程中可靠性评价的目的是根据收集现场数据，转化

故障率浴盆曲线，以此评价产品规定的可靠性要求是否得到满足。

9.2可靠性评价的方式

组合电器交付运行过程中可靠性评价可以对整个产品总成的评价，也可以对产品的某一项性能指标

可靠性进行评价（如产品的气密性、机械特性等），组合电器的评价采用定量方式评价，评价的方式包

括故障率评价法。

9.3故障率评价法

根据组合电器现场运行数据，统计计算在运行组合电器的故障率λ（t），以此绘制产品故障率曲

线，即浴盆曲线。在此设定故障率目标，作为可靠性评价的指标，评价内容如下：

a)以早期故障期为可靠性评价周期，即投运后三年时间；

b)以早期故障期的初始故障率、早期故障期时长和早期故障期与偶然故障期节点时的故障率（即

偶然故障期的故障率）三个指标为对象，根据实际制定目标值评价产品或产品某项性能可靠性。