摘要：为了寻找自动化装置硬件设计中潜在的薄弱环节，确认产品的温度、振动、电源电压的工作条件极限和破坏极限，将设计问题和元器件问题在样机阶段充分暴露并得以纠正，改善产品的操作极限、破坏极限和出厂后的产品的可靠性，本文提出了一种利用HALT测试方法，并结合LabVIEW的实时监测软件的测试方案，搭建应用于电力自动化装置可靠性的测试。这种方案能够大大缩短研发时间，节省研发测试时间和成本，很大程度地提高了产品的可靠性。
关键词：HALT；LabVIEW；电力自动化装置；可靠性测试
Scheme of Reliability Test System of Power Automation Device Based on HALT and LabVIEW
Fan Wen Zhou Zhaoqing Wu Kai
（Nanjing SAC Automation Co.，Ltd.，Nanjing 211100）
Abstract：In order to find out the potential weaknesses in the hardware design of power automation devices，and confirm the working conditions limit and failure limit of product temperature，vibration and power voltage of the automation devices，fully expose the design problems and component problems in the prototype stage and correct them，improve the operating limit，failure limit and the product availability after factory，the paper proposed a scheme for testing the reliability of power automation devices，which is based on the HALT test method and the real-time monitoring software of virtual instrument.Besides this scheme can greatly shorten the R&D time，save the R&D testing time and cost，and greatly improve the reliability of the product.
Key words：HALT；LabVIEW；Power automation device；Reliability test
HALT[1]是“高加速寿命测试”（Highly Accelerated Life Testing）的英文缩写，是由美国Gregg K.Hobbs博士首创的可靠性试验方法。HALT是把阶梯应力加诸于试品，并快速寻找产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。目的是在产品设计和试产阶段，通过试验，快速发现产品的潜在缺陷，并加以改进和验证，从而增加产品的极限值，提高其坚固性及可靠性，它可将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周[2]。
LabVIEW全称是实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），是一种基于G语言的测试系统软件开发平台[3]。LabVIEW不局限于虚拟仪器的开发，它的作用是为大型复杂测试系统提供通用的软件开发平台，它包括控制与仿真、高级数字信号处理等众多附加软件包，可运行于Windows、Linux和UNIX等多种平台，已经成为目前应用最广、发展最快、功能最强的软件开发集成环境之一。
1、系统总体方案设计
基于HALT及LabVIEW的电力自动化装置可靠性测试系统整体方案流程如图1所示。包括如下几个步骤：
图1：整体方案流程图
步骤S1，搭建测试平台，基于LabVIEW测试单元进行电力自动化装置功能测试，设置电力自动化装置的工作状态，实时监测装置的工况，判断电力自动化装置在当前试验下功能是否正常，如果功能测试正常，则进入步骤S2，否则基于功能测试的不正常结果对电力自动化装置进行软硬件检查；
步骤S2，对电力自动化装置电源进行若干次上下电，检测电源初始化特性，如果电源初始化特性正常，进入步骤S3，否则，进行停止测试；
步骤S3，基于预先搭建的HALT试验箱进行HALT检测：HALT检测包括高低温步进试验、温度循环试验、振动步进试验和振动与温变循环综合试验，HALT检测均依据GB/T 29309-2012进行；
步骤S4，应力保持期间通过基于LabVIEW测试程序对装置进行监测。
2、HALT试验项目
HALT试验可分为四个阶段[4]，即温度步进试验、快速温度变化试验、振动步进试验以及综合试验。为从样本中获得尽可能多的信息或数据，先试验破坏性较弱的试验类型，再试验破坏性较强的。针对我司的电力自动化装置，安排的试验项目先后排列如下，检测曲线如图2所示：
a：高低温步进检测曲线 b：温度循环检测曲线
c：振动步进检测曲线 d：综合应力检测曲线
图2：HALT试验各检测曲线图
1）低温步进：-40℃到-90℃，步长为10℃，每个温度点保持20min。
2）高温步进：40℃到110℃，步长为10℃；每个温度点保持20min。
3）高低温循环：-80℃到100℃。温度转变期间温度变化率为60℃/min，一共5个循环，每个温度保持20min。
4）振动步进：从5Grms开始，步长为5Grm，5Grms-50Grms。测试期间保持环境温度为25℃，每个振动阶段保持10min。
5）振动与温变循环综合：振动范围5Grms~45Grms，步长为10Grms；温度循环由-80℃到100℃区间循环。温度变化率为60℃/min，温度保持20min。
3、硬件测试平台搭建
搭建检测电力二次设备的平台，系统硬件结构图如图3所示。连接好HALT试验箱HH-900-150，PM6400博电测试仪，DSPHR可编程直流源，对时/光纵设备，电力自动化装置，PC与LabVIEW监控程序。HALT试验箱选择的是高加速寿命试验和应力筛选试验系统（HH-900-150），HALT试验箱使用液氮制冷能在很宽的范围内快速温变，实现6轴振动。DSPHR可编程直流电源，通过串口方式跟PC通讯。DSPHR直流源已经提供了开发工具LabVIEW环境的驱动程序，在LabVIEW中对驱动程序做了二次包装工作，以0.5%的精度输出直流电压，用于程序测开入模块中，测试装置开入门槛电压值。博电测试仪PM6400，利用LabVIEW对博电提供的DLL驱动库进行二次包装，用于输出高精度模拟信号，向电力自动化装置施加电流电压激励。
图3：系统硬件结构图
4、基于LabVIEW的自动测试程序
基于LabVIEW的自动测试程序包含仪器驱动模块，数据记录模块，测试模块。测试界面如图4所示。仪器驱动模块控制可调直流电源和保护测试仪的输出，数据记录模块记录各项测试结果以及装置日志存储，测试模块进行装置冷启动、开入、开出、模拟量、改定值、改压板、过流、录波、装置日志测试和FTP试验。采用结构化和模块化编程思想，整个测试程序简单易操作。只需在程序前面板中输入环境应力，即当前测试环境下的振动加速度及温度，测试数据存放文件夹名称根据设置的环境应力而命名，便于区分和试验后的数据分析。设置好后，运行程序，该测试程序会依次进行冷启动、测开入、测开出、测模拟量、改定值、改压板、测过流、取录波、取装置日志、FTP试验等一系列测试。试验过程中监测指标要求有日志无异常信息；通信数据无丢失；采样精度满足要求，波形无异常；保护功能在规定限值内性能正常，不误动、不拒动；开关量的输入输出不允许有不需要的状态改变；光功率符合要求等[5]。
图4：基于LabVIEW的自动测试程序界面图
5、装置试验
选择公司的主变保护装置进行试验，HALT试验台选择的是苏轼广博实验室的高加速寿命试验和应力筛选试验系统（HH-900-150）。现场装置实物摆放图如图5所示。装置按照上文第2节中提到的HALT试验项目先后进行，试验流程如图6所示。整个试验过程都全程用基于LabVIEW编程的软件对装置进行功能测试，记录装置内核心器件的温度与电压，考察装置基本功能是否正常，如出现异常则停止此项试验，从而得出装置正常工作的温度以及振动上下限。试验后根据程序记录的结果，以及试验后拆装置查看，汇总结果如表1所示。
一轮HALT试验后，分析试验结果，并进行整改[6]：将水泥电阻换成了金属膜电阻，软件程序中修改了对温度数据处理这块程序，改进了电压监视的硬件设计电路。整改后再做一轮HALT试验，只需做前一轮问题严重的项目，最终试验结果良好，装置未见异常。
图5：现场装置实物摆放图
图6：HALT试验流程图
表1：试验汇总结果
6、结束语
现有技术中，电力自动化装置可靠性测试多采取高温老化试验，50℃环境下连续运行装置48H，运行期间装置运行老化测试程序，试验结束后通过查看日志判断装置是否故障。但是该测试方法过于柔和，不能快速暴露以及全面暴露装置缺陷，且不能做到实时监测，数据记录也不详尽。因此本文提出一种利用HALT测试方法，并结合LabVIEW的实时监测软件的测试方案，并将其运用在电力自动化装置的可靠性测试中，这种测试方法效率高，成本低，快速暴露产品问题，有效缩短产品的研制和生产时间。并且通过本公司装置的HALT试验证明了基于HALT及LabVIEW的电力自动化装置可靠性测试方案可行，在电力自动装置可靠性上有很好地运用价值。
参考文献：
[1]GREGG K H.Accelerated reliability engineering[M].John Wiley & Sons，2000.
[2]朱建华.HALT测试综述[J].电子测试，2008，7（7）.
[3]杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2006.
[4]马志宏，李金国.高加速寿命可靠性试验HALT技术研究[J].环境技术，2009（06）.
[5]周源泉，翁朝曦.可靠性评定[M].北京：科学出版社，1990.
[6]殷佳琳，李智勇.电气自动化控制设备的可靠性测试[J].煤炭技术，2012，31（4）.
作者简介：
范文（1990-），硕士，工程师，研究方向为测试技术，电力系统控制
论文作者:范文,周兆庆,吴凯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：测试论文; 装置论文; 步进论文; 可靠性论文; 温度论文; 电力论文; 程序论文; 《电力设备》2018年第24期论文;