安全寿命

安全寿命（精选十篇）

安全寿命 篇1

1 疲劳寿命

1.1 概念

疲劳指的是金属材料在不断变换的力的作用下性能发生改变,在施工过程中需要清楚疲劳不是突然发生的,而是一个逐渐改变过程,因为受到力的干扰,不管是结构还是零件在最初的使用阶段,就已经开始发生疲劳。当一直处于疲劳状态并一直因为力的作用而受到破坏,就会使因疲劳产生的裂纹扩大,当扩大到一定程度就会发生断裂。从开始进入疲劳到最后结束断裂,被称为“寿命”。

1.2 影响疲劳寿命的因素

车辆增多、吨位增重和恶劣环境的影响都会引发桥梁的一些病害,进而影响桥梁的疲劳寿命。但总的来说,混凝土桥梁因为疲劳而发生的破坏由很多因素共同作用而成,并且在多数情况下无法分辨哪个是关键因素。后来经过长时间的实验研究发现,最能够影响混凝土桥梁疲劳寿命的因素是钢筋混凝土在梁方面的配筋率。同时也有部分的专家认为疲劳荷载的应力程度也是钢筋混凝土桥梁发生疲劳破坏的一个重要因素,但有待证明。

1.3 混凝土桥梁疲劳现状

我国多座缆索承重桥梁或多或少都有存在一定的裂缝或疲劳开裂的现象,因为裂缝较小前期很难引起注意,但后期引发的安全事故是非常严重的。对此,我国从事桥梁工程技术的相关人员同许多研究人员结合我国的实际情况投入了大量研究工作,目的在于能够找到评定桥梁疲劳寿命的方法,通过研究,制订出一套我国特有的评定方法。

2 混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估方法

虽然当前在混凝土桥梁方面还缺少能够应用的规范来对其疲劳寿命和应用安全进行评估,但在不断的理论和实践研究中形成了两种主流的计算方法。

2.1 基于S-N曲线和Miner理论的疲劳寿命评估方法

目前来说,不仅是我国乃至全世界在进行桥梁设计中一直应用传统的疲劳分析法,这种分析法的原理是以S-N曲线和Miner线性的累积损伤作为基础准则。但这种方法面临问题时一定要确定好疲劳细节的强度及模拟好疲劳应用谱。

2.1.1 确定S-N曲线

只有研究好外荷载和疲劳寿命之间的比例关系,才能够更好地研究混凝土桥梁的疲劳寿命。将外加应力定义为S,疲劳寿命定义为N,他们的曲线关系则被称为S-N曲线。因为在当前,我国对于S-N曲线还没有一个明确的规范,因此,作者将使用外国发达国家给出地规范的S-N曲线。

2.1.2 Miner准则

Miner理论是线性累积损伤理论中有代表性的一种,Miner线性疲劳累积损伤准则,将循环的损伤公式定义为:

式中:N为从开始受力到最后破坏的循环次数。通常情况下,即n个循环所造成的疲劳损伤公式为:

如果在n1个循环的力的影响下,造成的疲劳损失的公式为:

式中:D为疲劳累积损伤值。

如式(1)～式(3)的损伤一直累计到达了某一个特定的临界值就会出现疲劳损坏,即当D不小于1时,就能够判定出现了疲劳损坏。通过实验发现,在随机的载荷状态下,破坏的临界值都会在1的上下跳动,这就是当前工程界应用最广泛的Mine准则的原因,从目前情况来看,因为疲劳损伤的变化情况是十分复杂的,因此理论还有误差,不够成熟。

2.2 基于断裂学的疲劳剩余寿命评估办法

如上文所述,钢筋是影响混凝土疲劳寿命的关键因素。因此,可根据主要受力的钢筋的断裂程度来对钢筋混凝土桥梁的疲劳寿命进行判定。为了能更好地确定钢筋的裂缝扩大情况,在本文中,假定最初出现的裂纹是一个半圆形的裂纹,若设初始裂纹的深度是A0,且同钢筋的轴线垂直,难么裂纹的扩大可以按照Paris公式进行计算。

2.2.1 对A0的确定

深度的测量方法一般有两种:(1)直接观测的方式;(2)根据实际情况及经验来做假设。第一种方法虽然比较精确,但受到地理环境的影响,深埋段钢筋总是隐藏在土中,有时很难进行检测和观测。本文将采用给第二种方法,即通过经验对A0进行合理的假设。

2.2.2 对临界裂纹的确定

如果初始的裂纹不断扩大,直到到达裂纹临界点,钢筋混凝土桥梁就会发生断裂崩塌。通常来说,钢筋的疲劳破坏模式分为两种,即韧性和脆性破坏。这两者需要分不同的情况使用不同的公式进行计算。

若根据线弹性断裂力学的K准则进行判断,当Kc不大于K时,发生的就是脆性断裂。那么此时裂纹深度的临界值为

2.3 裂纹的拓展计算

可以根据Paris准则来计算裂纹拓展的速率以及相应的变化幅值:

3 结束语

通过国内外从事钢筋混凝土桥梁建筑的工作人员不断努力,终于提出了以上两种能够对混凝土桥梁的疲劳寿命进行安全评估的办法。总的来说第一种应用S-N曲线、Miner准则的方法能通过对应关系直观地计算出桥的疲劳寿命;第二种基于线弹性断裂力学的方法则根据主要受力钢筋的断裂情况来进行计算,通过计算裂纹的临界值,来判定疲劳寿命。通过上文介绍桥梁疲劳寿命及安全评估方法,希望在今后的桥梁安全评估中充分应用,深入探究和理解,进一步保障混凝土桥梁的安全,虽然当前的两种方法能够很好的对桥梁疲劳寿命进行判定,但笔者仍希望相关人员能够进一步优化工作。同时也建议在可采用WIN动态称重系统对来往的车辆进行称重,防止出现桥梁载荷过重的现象。

参考文献

[1]李干.既有公路混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估研究[D].西安:长安大学,2011.

[2]王玉娇.既有混凝土梁桥疲劳使用安全评估[D].西安:长安大学,2013.

[4]朱志光.论钢筋点焊联结对混凝土桥梁疲劳寿命的影响[J].长沙:长沙铁道学院学报,1999(17):109.

安全寿命 篇2

介绍使用西门子公司生产的S7-200型可编程控制器(PLC),实现对安全带使用寿命的`检测.系统包括A、B两套功能完全相同子系统,每套系统分别由电磁阀、汽缸、位置信号、六棱摩擦柱等组成,系统的控制核心是PLC.各部分有机的结合使系统能够完成安全带使用寿命的检测.着重阐述了系统的工作原理和控制过程.

作 者：郑文波 谷明珍 赵馨 冷雪 ZHENG Wen-bo GU Ming-zhen ZHAO Xin LENG Xue 作者单位：郑文波,赵馨,冷雪,ZHENG Wen-bo,ZHAO Xin,LENG Xue(长春理工大学光电工程学院,长春,130022)

谷明珍,GU Ming-zhen(长春税务学院信息经济学院,长春,130122)

安全寿命 篇3

习惯 每天抽烟超过2包，减12岁，每天抽1～2包，减7岁，每天抽20支以下，减2岁；睡眠超10小时或不足5小时，减2岁；肥胖，减2岁；不良姿势，减2岁；已有慢性病或经常得小病，减5岁；每周锻炼3次，加3岁；爱吃果蔬，加2岁；养宠物，加1岁。

心理 自卑，减4岁；固执，减2岁；爱冒险（如开快车），减2岁；抑郁，减1～3岁；多数时间感觉快乐、满足，加2岁；乐观，加1～3岁；有分担烦恼的朋友，加1岁；信仰坚定，加7岁；

婚姻 已婚，加1岁；性生活和谐，加4岁；超过25岁未婚的男性、女性，分别减2岁、1岁，之后每增加10岁，多减2岁、1岁；离婚并独居的男性、女性，分别减9岁、5岁；女性不生育或40岁后无子，减0.5岁。

职业 技术工人、销售人员不增不减；从事重体力劳动，减4岁；专业研究人员，加1.5岁；60岁仍工作，加2岁，65岁仍工作，加3岁；在大城市工作（或度过大半生），减1岁；在城郊乡镇工作（或度过大半生），加1岁。

环境 长时间受噪音污染，减1岁；居住的地方视野开阔，加2岁。

安全寿命 篇4

1 我国高层建筑消防安全管理存在的问题

1.1 法律规范的制定滞后

我国的消防法律在不断地修订和完善,但是大多都是一些本该做出规定条款的补充,或者是重大火灾事故发生之后发现问题才做出规定,而一些新技术、新材料、新工艺和高层建筑、超高层建筑的消防新问题不能得到及时解决,致使消防管理工作无法可依。例如,在2000年建设部就提出为达到节能的效果,房屋建筑应当使用外墙保温材料,于是一些新的节能材料应时不断涌现。历时8年,国家才出台相关法律法规规范外墙保温材料市场及节能、耐火标准。更普遍的现象是,国家的制法部门往往是在发生重大火灾之后才意识到法律的不完善,造成消防安全管理存在某些不到位的现象。

1. 2 防火设计达不到规范标准

高层建筑的消防设计审核是消防安全隐患源头控制的重要措施。国家先后出台了一系列针对高层建筑防火的设计规范和施工条例,规定了设计标准和材料的选取。但是房地产开发商为了赚取更多的利润,增加可销售面积,尽可能多地占用公共使用面积,随意划分防火分区,缩小疏散楼梯的宽度等,同时为了节约成本,使用不符合防火技术标准的外墙保温材料和内部装修材料。因为消防设计不规范的问题,给消防管理机构带来了巨大的设计审核工作量,增加了管理上的难度。

1.3 居住类建筑消防设施维保的经费难以落实

在建筑保修期内,高层建筑的消防设施的维护保修和共用部位的消防整改的费用由建设单位承担。然而保修期满后,建筑内的设施维保费用很难落实。按照相关规定,维护费用等除依法或者约定由物业服务费用支出的外,其他费用可以纳入共用设施设备专项维修资金开支范围。但是,由于有些旧高层建筑当初的房价较低,维修资金很少,不能满足维护消防设备的资金支付。

根据《中华人民共和国物权法》,对于筹集和使用建筑物及其附属设施的维修资金等行为应当经专有部分占建筑物总面积2/3以上的业主且占总人数2/3以上的业主同意。事实上,消防管理部门的人员在征集高层住宅建筑业主对动用维修基金进行隐患整改的意见时,发现业主们并未意识到消防设施维保的必要性,大多不同意动用维修资金维护更新设备,致使高层住宅建筑防火装置系统和设备后期维护无法落实。

1.4 公众防火意识淡薄

高层建筑投入使用后,业主、使用人和管理人常常因为忽略消防安全未上报审批。对个人使用部分进行用途变更或者结构改造,属于将物处于不安全状态的行为,这也归结于人消防意识的薄弱。人的不安全行为导致的火灾事故在高层建筑火灾中占较大比例。住宅发生火灾时,只有极少部分家庭配备消防灭火器。当火势不能被居民自行扑灭时,居民便需要撤离火灾现场,如何安全、有秩序地疏散同样依靠居民平时消防安全知识的积累。

2 构建高层建筑全寿命周期的消防安全管理体系

防火安全管理工作存在于建筑建设的全寿命周期中,因此提出每个时间节点相应的管理手段,将建筑全寿命周期管理的理论运用到防火管理中。运用建筑的全寿命周期理论,城市高层建筑防火安全管理贯穿规划阶段、设计阶段、建设阶段、竣工验收阶段、投入使用阶段,交付使用阶段细分为正常使用时期、非正常使用时期和突发火灾阶段,如图1所示。

2.1 规划阶段

Louis T Egging和 Richard J Barney(1979)最早提出消防安全管理应从土地规划构建开展,从建筑选址规划阶段开始提前做好准备,为社会消防管理和建成之后的建筑消防安全管理奠定良好的基础。David M J S Bowman和Fay H Johnston(2005)认为消防安全管理工作应从土地规划开始,将消防安全管理工作内容纳入政府土地管理中。

建设单位若要开发一个新的高层建筑建设项目,其建筑性质、用地与建设规模、消防供水需求量等应当与城市消防安全布局相协调,与城市消防规划衔接。城乡规划主管部门负责监督新建高层建筑建设项目是否符合消防规范确定的消防安全布局,若该建设项目所需的消防方面的需求超出了消防安全布局,城乡规划主管部门不予核发选址意见书、建设用地规划许可证和建设工程规划许可证。

2.2 设计阶段

新建高层建筑项目经过城乡规划主管部门在规划选址这一环节的监督后,进入设计阶段、建设施工阶段、竣工验收阶段,其中多元合作主体中通过签订合同的方式约定,明确各主体在消防安全管理工作中的权利和义务,加之政府执法部门通过行政手段加以监督和约束,确保高层建筑设计符合GB 50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》、建设施工现场无消防隐患和竣工消防验收合格。

性能化设计是建立在火灾安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法。它运用火灾安全工程学的原理与方法,根据建筑物的结构、功能和内部可燃物分布以及建筑物内人员特点等方面的具体情况,由设计者根据建筑的各个不同空间条件、功能条件及其他相关条件,自由选择为达到消防安全目的而采取的各种防火措施,并将其有机地组合起来,构成该建筑的总体防火安全设计方案,利用已开发的工程学方法对建筑的火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估,从而得出最优化的防火设计方案,为建筑物提供最合理的防火保护。性能化消防设计如何通过公安消防机构的审核,需要建立一套性能化消防安全设计审核应用路线,如图2所示。

2.3 建设阶段

高层建筑在建设阶段,消防安全管理的参与主体主要有施工单位、监理单位、公安消防机构、安全监督机构等。由施工单位负责现场的消防安全,建立相应的管理制度和应急措施,配备专业的消防安全管理人员。由监理单位和安全监督机构检查和督促施工现场的安全管理是否达到要求,有无存在隐患。在“优质工程奖”、“鲁班奖”的评选过程中可以加大施工现场防火管理的权重,让工程项目管理在项目施工过程中越来越重视防火安全。

2.4 投入使用阶段

通过对使用阶段参与各个主体的划分,赋予各自承担的消防任务,管理责任落实到具体主体,将整个使用阶段的管理无缝化对接,填补管理上的漏洞,其具体表现如表1所示。

2.4.1 强化物业的消防队伍

物业服务企业要对高层建筑的物管人员进行岗前消防技能培训,训练出一支高素质的物业消防安全管理队伍,使他们具备一定的防火灭火知识和消防管理知识。岗前消防技能培训措施推行后,可要求必须持有消防机构颁发的上岗证上岗。高层建筑专职消防管理员要定期参加强化训练,使其成为维护消防安全的主要力量。高层建筑小区的物业服务企业应当成立消防控制专业小组,成员必须具有现代消防技术方面的知识,熟悉该建筑内外的消防系统。物业服务企业在管理高层建筑时,可在每栋建筑安排一名消防协管员,积极发挥管理职能,发现隐患及时向居民指出,并报告物业服务企业督促整改。投入使用阶段的高层建筑防火管理主要围绕如何处理火灾隐患和日常消防管理这两个部分展开,如图3所示。

《江苏省高层建筑消防安全管理规定》中提出由县级以上地方人民政府的房产管理部门监督和指导物业服务企业落实其消防安全责任,可以建立物业服务企业的档案,将其在高层建筑的消防管理队伍情况、管理能力和实际工作履行情况记录在案,在进行行业管理、企业信用评价、年度先进评比和企业资质升级时可作为评判依据。

物业服务企业在解决消防设施的维保问题时,可以借鉴韩国采取的措施:将消防设施检查制度化、市场化。鉴于消防机构人力有限,将消防设施检查工作交给物业服务企业,每栋高层住宅都由相应的安全设施管理公司负责。因此,高层住宅建筑的物业管理费中可以加入消防设施检查费,物业服务企业收取费用的同时应承担相应的法律责任。

2.4.2 公众加强消防观念

高层建筑的最终使用者是个人,而消防安全管理体系中个人是管理链的末端。一栋高层建筑内每个人都是不同的,具有不同的性格特点、文化程度和法制观念。管理学上的“木桶效应”表明,一栋高层建筑使用者的消防安全意识的高低取决于最薄弱的那位使用者。因此,使用者需要多渠道地学习消防安全知识,加强消防观念。

2.5 灾后责任追究阶段

《国务院关于加强和改进消防工作的意见》对灾后责任追究机制的提出,不但使建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等建筑业相关单位和使用人自觉提高了消防安全意识,严格遵守消防法律法规,同时也对地方各级人民政府和有关部门在消防安全方面的工作提出了更高的要求,一旦存在不依法履行职责、失职渎职情况,要承担相应法律责任或依法严肃处理。若各单位未落实消防安全责任和火灾防控措施,造成火灾的人员伤亡,需根据人员伤亡情况,追究相应人的责任。

高层建筑与一般的建筑相比,一旦发生火灾,酿成的后果是不可估量的。基于救援的困难和火势蔓延的迅速等原因,极容易威胁到人的生命和财产安全。若高层建筑发生火灾,必然在灾后追究相应人的责任。因此,国务院要求建立建设工程消防设计、施工质量和消防审核验收终身负责制和责任追究制度,对高层建筑消防管理中的各个环节工作加以法律约束,有利于确保消防安全和设计施工不留隐患地完成。

2.6 灾后修复救济工程

2.6.1 建立专项火灾救助基金

我国目前还未设立专项的火灾救助基金,只有依靠地方政府财政拨款的救灾专款、民间捐助和保险赔偿。因此,国家鼓励各地方政府建立专项火灾救助基金。专项火灾救助基金需要由地方政府发起设立,以地方财政拨款、社会捐助等为主要筹集方式,还可由税收政策吸引民间和社会资本投入火灾救助事业,由地方财政部门统一管理,由专业机构负责运营,专门用于地方火灾救助。

2.6.2 实行高层建筑火灾责任强制保险制度

高层建筑火灾责任保险是针对在高层建筑内发生的特定的火灾意外事故对第三者进行经济赔偿的一种责任保险。政府可以通过强制推行高层建筑火灾责任保险将投保者向保险公司支付的保险费划分出一部分的资金作为消防经费,这样既能规避高层建筑火灾风险,灾后得到保险公司的经济赔偿以弥补受灾损失,还能有助于高层建筑消防安全事业的可持续发展。

3 总 结

高层建筑全寿命周期可以划分为5个阶段:规划阶段、设计阶段、建设阶段、投入使用阶段和建筑拆除阶段。在投入使用阶段,根据建筑物所处的状态又分为三种:正常使用状态、非正常使用阶段(改建、扩建等)、发生火灾状态。以高层建筑的消防安全为管理对象,运用全寿命周期管理理论,在高层建筑每个环节和建筑物所处的每个状态,都有需要落实到位的消防安全管理任务,营造一个居民安全的居住环境,降低火灾发生概率。

参考文献

[1]鲍俊田.高层住宅物业消防管理的现状分析及改进措施[J].科技传播,2012,(7):51.

[2]Louis T Egging,Richard J Barney.Fire management:A compo-nent of land management planning[J].Environmental Manage-ment,1979,3(1):15-20.

[3]David M J,Bowman S,Fay H Johnston.Wildfire smoke,fire man-agement,and human health[J].EcoHealth,2005,2(1):76-80.

[4]叶超.高层居民住宅小区消防安全管理[J].消防科学与技术,2012,31(11):1246-1248.

货架寿命指导原则 篇5

无源植入性医疗器械 货架寿命指导原则

（征求意见稿）

二〇一〇年二月

目 录

一、概述..............................................1

二、适用范围..........................................2

三、基本要求..........................................2

（一）、货架寿命影响因素.............................2

（二）货架寿命验证过程..............................4

（三）货架寿命验证内容..............................4

（四）参考标准......................................8

（五）注册时应提交的技术文件.........................8

四、名词解释..........................................9

五、参考文献.........................................11

六、起草单位.........................................11 附件：货架寿命验证过程中涉及的部分标准.................12

无源植入性医疗器械货架寿命指导原则

一、概述

医疗器械货架寿命具有保持医疗器械终产品正常发挥预期功能的重要作用，一旦超过医疗器械的货架寿命，就意味着该器械可能不再具有已知的性能指标及预期功能，在使用中具有潜在的风险。为了进一步明确对无源植入性医疗器械产品注册申报资料的要求，指导申请人/制造商对无源植入性医疗器械货架寿命有关注册申报资料进行准备，特制订本指导原则。其他无源类医疗器械产品可根据实际情况参照执行。

本指导原则系对无源植入性医疗器械货架寿命的一般要求，未涉及其他技术要求。对于其他技术要求的注册申报资料的准备，还需申请人/制造商参考相关的法规和指导文件。如有其他法规和指导文件涉及某类医疗器械货架寿命的具体规定，建议申请人/制造商结合本指导原则一并使用。

本指导原则系对申请人/制造商和审查人员的指导性文件，但不包括注册审批所涉及的行政事项，亦不作为法规强制执行。如果有能够满足相关法规要求的其它方法，也可以采用，但是应提供详细的研究资料和验证资料。申请者/制造商应在遵循相关法规的前提下使用本指导原则。

本指导原则是在现行法规和标准体系以及当前认知水平下制订的，随着法规和标准的不断完善，以及科学技术的响医疗器械整体性能。如某些高分子材料和组合产品中的药物、生物活性因子等；

2.医疗器械中各原材料/组件之间可能发生的相互作用；

3.医疗器械中各原材料/组件与包装材料（包括保存介质，如角膜接触镜的保存液等）之间可能发生的相互作用；

4.生产工艺对医疗器械中各原材料/组件、包装材料造成的影响，如生产过程中采用的灭菌工艺等；

5.如医疗器械中含有衰变周期较短的放射性物质，这些物质和其放射性衰变后的副产物对医疗器械中原材料/组件、包装材料的影响；

6.无菌包装产品中微生物屏障的保持能力。

内部因素和外部因素均可不同程度地影响医疗器械产品的技术性能指标，当超出允差之后便造成器械失效。由于影响因素很多，制造商不可能将全部影响医疗器械货架寿命的因素均进行有效控制，但应尽可能将各因素对医疗器械技术性能指标造成的影响降至最低。

需要强调的是，并不是所有的无源植入性医疗器械均需要有一个确定的货架寿命。当某一医疗器械产品的原材料和包装材料性能随时间推移而不会发生显著性改变时，则没有必要确定一个严格的货架寿命。另外，当某一医疗器械的稳定性较差或临床使用风险过高时，其货架寿命则需要进行严

1.验证试验类型

医疗器械货架寿命的验证试验通常可分为加速稳定性试验和实时稳定性试验两类。

（1）加速稳定性试验

加速稳定性试验是指将某一产品放臵在外部应力状态下，通过考察应力状态下的材料退化情况，利用已知的加速因子与退化速率关系，推断产品在正常储存条件下的材料退化情况的试验。

加速稳定性试验设计是建立在假设材料变质所涉及的化学反应遵循阿列纽斯（Arrhenius）反应速率函数基础上的。该函数以碰撞理论为基础，确认化学反应产生变化的反应速率的增加或降低按照以下公式进行：

rdqdtAe常数（0.8617×10-4eV/K）；t：绝对温度。

/kt

r：反应进行的速率；A：材料的常数（频率因子）；：表观活化能（eV）；k：波尔兹曼大量化学反应的研究结果表明温度升高或降低10℃会导致化学反应速率增加一倍或减半。则可根据阿列纽斯反应速率函数建立加速老化简化公式：

AATRTQ((TAATRT)10)10

AAT：加速老化时间；RT：实时老化时间；Q10：温度升高或降低10℃的老化系数；TAA：加速老化温度；TRT：正常储存条件下温度。

上述公式反应了加速稳定性试验中加速老化时间与对

时进行。实时稳定性试验结果是验证产品货架寿命的直接证据。当加速稳定性试验结果与其不一致时，应以实时稳定性试验结果为准。

2.验证试验项目

无论加速稳定性试验还是实时稳定性试验，制造商均需在试验方案中设定测试项目、测试方法及测试结果判定标准。测试内容包括产品自身性能测试和包装系统性能测试两方面。前者需包括所有与医疗器械货架寿命密切相关的物理、化学、生物相容性测试项目，如适用，可采用包装封口完整性测试用于替代无菌测试。后者则包括包装完整性、包装强度和微生物屏障性能的评价项目。其中，包装完整性测试项目包括染色液穿透法测定透气包装的密封泄漏试验、目力检测和气泡法测定软性包装泄漏试验等；包装强度测试项目包括软性屏障材料密封强度试验、无约束包装抗内压破坏试验和模拟运输试验等。

制造商应在试验过程中应设立多个测试时间点（一般不少于3个）对医疗器械产品进行测试。可采用零点时间性能数据作为测试项目的参照指标。

3.进行验证试验的产品

医疗器械货架寿命验证试验应采用与常规生产相同的终产品进行。验证的医疗器械应包括连续生产的三个批次的产品。制造商可对试验产品进行设计最差条件下的验证试验

性的评价资料，包装材料的生物相容性评价资料等；

（3）提供医疗器械说明书、标签及包装标识中与灭菌方法及货架寿命有关的内容；

（4）实时稳定性试验的试验方案及试验报告，同时提供试验方案中测试项目、测试结果及其判定标准、测试时间点及测试样本量的确定依据和相关研究资料；

（5）由于实时稳定性试验的测试周期较长，如制造商未能提供充分的实时稳定性试验资料，且已完成了该医疗器械的加速稳定性试验，试验结果可初步证明其具有预期的货架寿命，则在该器械首次注册时可提供实时稳定性试验的方案和中期的验证报告，以及加速稳定性试验的试验方案和试验报告，制造商应承诺在医疗器械上市后继续开展并完成实时稳定性试验，并在重新注册时补充提交该试验报告。

加速稳定性试验的试验方案及试验报告中应提供试验方案中测试项目、测试结果及其判定标准、加速老化参数、测试时间点及测试样本量的确定依据和相关研究资料；

（6）包装工艺验证报告及包装、密封设备的详述；（7）制造商认为应在注册时提交的其他相关支持性资料。

四、名词解释

1.医疗器械（Medical Device）

制造商的预期用途是为下列一个或多个特定目的用于

是指医疗器械形成终产品后能够发挥拟定作用的时间段。货架寿命的终点是产品有效期限。超过此期限后，医疗器械产品将可能不再具有预期的性能参数及功能。（Shelf Life of Medical Devices, FDA）。

五、参考文献

[1] Clark GS, Shelf Life of Medical Devices, FDA, April 1991 [2] Container and Closure System Integrity Testing in Lieu of Sterility Testing as a Component of the Stability Protocol for Sterile Products, FDA, February 2008 [3] Guidance Technical Files and Design Dossiers for Non Active Medical Devices, TÜV SÜD Product Service GmbH, July 2008 [4] 化学药物稳定性研究技术指导原则 2005.3 [5] 王春仁，许伟，医疗器械加速老化实验确定有效期的基本原理和方法，《中国医疗器械信息》2008年第14卷第5期

六、起草单位

国家食品药品监督管理局医疗器械技术审评中心

你的寿命自测 篇6

医学专家们对决定和影响人们寿命的主要相关因素(包括有利和不利因素)进行了深入研究，得出各种因素与寿命长短的相互关系。你可自测一下，看看下列哪些因素在影响你的寿命，以便采取相应对策。

1遗传与家族

(1)祖父母中有1人超过80岁者加1年，两人超过80岁者则加2年。有1人超过70岁者加半年。

(2)父母亲中，母亲活过80岁加4年，父亲活过80岁加2年。

(3)父母、祖父母、兄弟姐妹中有50岁以前死于心脏病、中风、动脉粥样硬化者，有1人减4年；有1人60岁前死于以上疾病者减2年。

(4)父母、祖父母及兄弟姐妹中60岁前死于糖尿病或消化性溃疡者，每有1人减去3年；死于胃癌者，每有1人减去2年；对于女性来说，近亲中死于乳房癌者有1人就减2年。

(5)上述近亲中，60岁前死亡(除意外事故、自杀、他杀者外)，有1人则减去1年。

2出生情况

出生时，母亲年龄小于18岁或超过35岁则减1年；如果是第1胎则加1年。

3体重

一生中大部分的时间体重没有超过正常体重2千克，或者现在体重比正常体重少5—8千克则加1年。

4饮食习惯

每天至少吃一顿包括所有基本营养素的饭菜，加2年；每天没有吃一顿高纤维食品，减1年；喜欢吃水果、蔬菜者加1年；每天不按时吃两顿或三顿饭者减1年；经常吃下列食品：富含油脂食物(黄油、动物油)、腌肉、精制的糖，每种减1年，最多减3年。

5饮酒

喝适量的酒(每次1—2小杯葡萄酒或1～3口白酒)，加1年；30岁以下常喝酒，减1年；从不喝酒者不加不减；饮酒过量并经常喝醉者则减去8年。

6吸烟

每天吸烟超过2包，减8年；1—2包减6年；0.5—1包减3年；少量或半包减1年；本人不吸烟，但经常与抽烟的火工作和生活在一起，也减1年。

7睡眠

每晚睡6～8小时不加不减；每天睡眠超过10小时或少于5小时者则减2年。

8体力劳动及锻炼

体力劳动者加2年；每周至少进行3次体育锻炼如跑步、游泳，每次半小时者加2年；工作之余坚持轻微的体力活动，如每天散步1小时则加1年；不进行任何体力活动者减2年。

9工作

有丰富的脑力活动，如进行创造性活动，加1年；热爱自己的工作加1年；情绪低落、工作疲沓、无上进心减1年；经常操劳过度减2年；如果60岁后还适当工作加2年；超过65岁还适当工作加3年。

10性格、心情

性情文雅、随和、理智、心情愉快，加1—3年；经常心烦、情绪低落或精神紧张、忧郁、刻板，或经常感到问心有愧、坐立不安，则根据程度减1—3年；到了老年期仍感到快乐、幸福，生活中有许多乐趣者则加2年。

11本身健康状况

有慢性病如心脏病、高血压、肿瘤、糖尿病、溃疡，则减5年(血压130／90毫米汞柱减1年，140／95毫米汞柱减3年，150／100毫米汞柱则减5年)。

12使用药物情况

长期服用有副作用的药物如激素等减2年；不经医生嘱咐滥用药物者减2年；正确服用长寿保健药物则加6年；良好的医疗、保健条件加8年；无良好的医疗条件则减3年。

13生活环境

(1)空气新鲜，室内空气流通或住市郊、乡村、山区加1—3年；生活在市区减1年，生活在污染环境中减2年。

(2)无噪声环境加3年；接触噪声频繁则减4年。

14定期体检

每隔1年定期体检1次，女性包括乳房检查和手官检查；男性包括进行直肠镜检查者加2年。

15交友

喜交友，有两个以上知心朋友者加1年。

16事业

在事业上有所成就者加2年；有一定收获，回首往事，没有懊悔者加1年；碌碌无为，经常痛心疾首者减2年。 上述题目中加或减岁的情况只是表明这些因素在你生命过程中的重要程度，你也不必寻求准确的答案，只要把自己的实际情况与上述种种加以对照，发扬有利因素、改正不利因素就行了。

安全寿命 篇7

1 失效评定方法

本文采用《GB/T 19624-2004 在用含缺陷压力容器安全评定》标准中的常规评定方法对大型储罐进行安全性研究,其评定流程见图1。

具体评定步骤如下:

(1)缺陷的表征

实际裂纹在评定前需进行缺陷的规则化表征处理。将缺陷表征为规则的裂纹状表面缺陷、埋藏缺陷或穿透缺陷。表征后裂纹的形状为椭圆形、圆形、半椭圆形或矩形。

(2)应力的确定

评定中所用的应力是缺陷部位垂直于裂纹面的主应力。计算该主应力时采用线弹性计算方法,并假定结构中不存在缺陷。应根据应力的作用区域和性质将其划分为一次应力P、二次应力Q。

(3)材料性能数据的确定

评定中应优先采用实测数据,否则应在充分保证评定的总体结果偏于安全的前提下,可选取代用数据。 所需的材料性能数据有:屈服强度、抗拉强度、弹性模量等表征材料力学和物理性能的数据,以及断裂韧度JIC或KIC。

计算Kr所需的材料断裂韧度KIC可以由测得的J积分断裂韧度JIC按公式(1)求得:

式中:E——材料的弹性模量

ν——泊松比

JIC——材料的断裂韧度,通过试验获得

(4)缺陷评定

在已知缺陷尺寸、应力水平与材料性能的条件下,分别求得应力强度因子KI和断裂比Kr,并求得载荷比Lr,然后根据Kr、Lr在失效评定图上标点,该点落在FAC与坐标轴围成的区域内则为安全,反之为不安全。

2 大型储罐用钢SPV490Q的失效评定曲线(FAC)研究

2.1 EPRI的FAC方法

本文根据EPRI工程评定法,以J积分工程计算方法为基础,建立了大型储罐用钢SPV490Q材料的失效评曲线。它是以断裂韧性比为纵坐标和以载荷比Lr=p/p0为横坐标,依照英国中央电力局R6规程的方式绘制出失效评定曲线,即J积分失效评定曲线(JFAC)。由FAC曲线、Lr=L${}_r^{\max }$直线和两直角坐标轴所围成的区域之内为安全区,反之为非安全区。对于不同种类的钢材,L${}_r^{\max }$取不同的值,具体取值决定于材料的性能。

裂纹体的J积分为J的弹性分量Je和塑性分量Jp之和,即:

J=Je+Jp (2)

裂纹体J积分的弹性分量Je可由线弹性应力强度因子KI求得,如式(3):

$J{}^e=\frac{{\rm K}{}_{{\rm I}}{}^2(a{}_e)}{E}$ (3)

式中:ae——有效裂纹长度

E——材料的弹性模量

裂纹体J积分的塑性分量Jp是通过对有限元计算结果的归纳,得到的工程计算式,如下式

$J{}^p=\alpha \sigma {}_y\epsilon {}_{y}g(\frac{a}{b})h{}_1\left(\frac{a}{b},n\right)\left(\frac{p}{p{}_0}\right){}^{n+1}$ (4)

式中α、n为ROR式中的材料参数,即满足ROR关系式(5):

$\frac{\epsilon }{\epsilon {}_0}=\frac{\sigma }{\sigma {}_0}+\alpha \left(\frac{\sigma }{\sigma {}_0}\right){}^n$ (5)

式中:ε、ε0、εy——分别为材料的应变、对应于参考应力σ0的应变、屈服点应变

σ、σ0、σy——分别为材料所受的应力、参考应力、屈服应力

a——裂纹尺寸

b——试件宽度(对中心裂纹板试样)

g$(\frac{a}{b})$——与试样有关的尺寸函数

$h{}_1\left(\frac{a}{b},n\right)——a$和n的函数,由EPRI手册查得[2]

p——施加于裂纹体的外载荷

p0——以参考应力σ0计算得到的含缺陷结构的塑性极限载荷

2.2 SPV490Q钢的真应力应变性能测试

为绘制SPV490Q钢基于工程评定法的失效评定曲线FAC,需要测定SPV490Q钢在常温下的机械性能。试验在MTS880疲劳试验机上进行,得到如图2所示的SPV490Q钢的应力—应变曲线。将图2数据按ROR关系拟合,得到SPV490Q钢的α=0.003、n=8.077。

2.3 基于EPRI工程方法建立SPV490Q钢的FAC

本文以平面应力状态下的中心裂纹板(CCP)为计算对象,裂纹长度与试件宽度之比a/b=0.25。将SPV490Q钢ROR中的参数α、n代入J积分工程计算式中求得J-p的关系,进而可获得Lr-Kr的关系,即基于EPRI工程评定法的失效评定曲线(见图3)。

图3中的L${}_r^{\max }$线即为R6通用FAC的截至线L${}_r^{\max }$,根据SPV490Q钢的真应力-应变曲线,L${}_r^{\max }$=(σf/σs)=1.1,其中σf为SPV490Q钢的流变应力,σs为SPV490Q钢的屈服应力。由图3可知,SPV490Q钢基于EPRI工程评定法的FAC与R6通用FAC趋势基本一致,两者在Lr=0.8处相交,当Lr<0.8时,SPV490Q钢基于EPRI工程评定法的FAC在R6通用FAC的上方,说明采用R6通用FAC进行安全评定有足够的安全性,可以用于SPV490Q钢制压力容器的安全性评定。当Lr>0.8时,EPRI工程评定法的FAC低于R6通用FAC,此时若采用R6通用失效评定曲线进行评定将不再安全。即R6通用FAC应用于低合金高强钢SPV490Q有一定的限制,只适用于Lr<0.8阶段。而我国GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》提出的对于无屈服平台的低合金钢及其焊缝,L${}_r^{\max }$=1.15,一般情况下对于具有长屈服平台的材料L${}_r^{\max }$=1.0,这些应用于大型储罐高强钢都是不安全的。因此,从安全和经济角度讲,在Lr<0.8时可采用R6通用FAC对含缺陷SPV490Q钢制储罐进行安全评定;而当Lr>0.8时,R6通用FAC需作一定的修正才能应用于SPV490Q钢制大型储罐,可见影响FAC的主要因素是材料的本构关系。

3 大型储罐用钢SPV490Q的失效评定

本文以我国某国家石油储备基地的10×104m3外浮顶式原油储罐作为研究对象,简图见图4,材料为SPV490Q钢,圆筒形罐体内直径80 m,罐壁总高度21.8 m。作者在前期工作中对该大型储罐进行有限元分析,具体参数及结果见文献[10],通过有限元分析可知大型储罐的最大应力位于大角焊缝在罐底板上的焊趾处,故针对该处的裂纹进行安全评定,具体评定过程如下。

(1)表征裂纹尺寸

假定大角焊缝焊趾处有一条裂纹,规则化为深8 mm,长160 mm的半椭圆表面裂纹[10],裂纹尺寸的安全系数取值1.1。将表征裂纹尺寸乘以安全系数后作为计算用的裂纹尺寸a=8.8 mm,c=88 mm。

(2)确定应力

由作者模拟计算分析结果可知[10],大型储罐大角焊缝处的应力Pm、Pb、Qm、Qb分别为302.1 MPa、108.8 MPa、44.1 MPa 和11.5 MPa。查表得一次应力和二次应力的安全系数分别为1.5和1.0,二者相乘即可得到用于评定的各应力值Pm、Pb、Qm、Qb为453.15 MPa、163.2 MPa、44.1 MPa和11.5 MPa。

(3)确定材料性能数据

在材料试验机MTS-880上进行SPV490Q钢的拉伸性能试验,得到SPV490Q钢的屈服强度为530 MPa、抗拉强度为630 MPa、弹性模量E=210 GPa。参考文献[11]中的SPV490Q钢的KIC值为7625.9 N/mm3/2。

(4)计算应力强度因子K${}_{{\rm I}}^{{\rm P}}$和K${}_{{\rm I}}^S$

应力强度因子K${}_{{\rm I}}^{{\rm P}}$和K${}_{{\rm I}}^S$的具体求解过程详见文献[5],最后计算得到的K${}_{{\rm I}}^{{\rm P}}$和K${}_{{\rm I}}^S$的值分别为4287.8 N/mm3/2和398.2565 N/mm3/2。

(5)计算断裂比Kr

断裂比Kr计算公式为:

Kr=G(K${}_{{\rm I}}^{{\rm P}}$+K${}_{{\rm I}}^S$)/KP+ρ (6)

式中:G——相邻两裂纹间弹塑性干涉效应系数,按文献[5]附录A的规定确定

KP——评定用材料断裂韧度

ρ——塑性修正因子,按下式求得:

式中ψ1 的值可以由文献[5]中图5-14查得。Lr可按文献[5]中附录C的规定计算求得为0.277。代入相应数值到(6)计算得到Kr值为0.752。

(6)安全评定

将计算得到该缺陷的应力强度因子比Kr=0.752与载荷比Lr=0.277,标在失效评定图中(如图5所示A点),该点落在FAC与坐标轴围成的区域内,因此认为该缺陷是安全的。

4 大型原油储罐寿命预测研究

作者在文献[12]中通过应力腐蚀试验曾研究了大型原油储罐钢SPV490Q在四种腐蚀环境(罐底沉积水、500 mg/kg H2S溶液、1000 mg/kg H2S溶液、饱和H2S溶液)下应力腐蚀行为,在此基础上,进一步开展大型储罐钢在各种应力腐蚀环境下的寿命预测研究。

4.1 初始裂纹尺寸的确定

大型原油储罐不产生应力腐蚀的最小裂纹尺寸a*0可由公式(8)得到:

$a{}_0^{*}=\frac{{\rm K}{}_{{\rm I}SCC}^2}{\pi [(\sigma {}_m\sigma {}_{m}f{}_m^A{\rm M}{}_{{\rm K}m}+\sigma {}_{b}f{}_b^A{\rm M}{}_{{\rm K}b})/\phi ]{}^2}$ (8)

在假定a/c=0.1条件下,通过反复试算,得到四种腐蚀环境下不产生应力腐蚀的最小裂纹尺寸a*0值:罐底沉积水环境为1.5798×10-4mm、500 mg/kg H2S溶液环境为1.9413×10-4mm、1000 mg/kg H2S溶液环境为1.7007×10-4mm、饱和H2S溶液环境1.5749×10-4mm。

因a*0很小,故取无损检测能测得的最小裂纹尺寸为初始裂纹尺寸,即a0=0.05 mm。因a0>a*0,所以在四种腐蚀环境下该裂纹都能引起应力腐蚀开裂,并产生裂纹的亚临界扩展。

4.2 大型原油储罐剩余寿命预测

按照泄漏准则,裂纹扩展极限尺寸为0.7倍的壁厚,即0.7B(B为壁板厚度)。取0.7B和ac两者中较小者作为寿命预测公式中的最终裂纹尺寸。大角焊缝焊趾处的临界裂纹尺寸ac=11.7 mm,而ac=11.7<0.7B=14.1 mm,故裂纹扩展临界尺寸取ac=11.7 mm。

剩余寿命可根据如下计算:

$t{}_r=\frac{a{}_c-a{}_0}{da/dt}$ (9)

在以下四种腐蚀环境下,大型原油储罐的寿命按照公式(9)计算可得:

(1)在罐底沉积水环境下,应力腐蚀裂纹扩展速率为1.25×10-6mm/s,则应力腐蚀的剩余寿命tr=2588.9 h;

(2)在500 mg/kg H2S溶液环境下,应力腐蚀裂纹扩展速率为1. 52×10-6mm/s,其应力腐蚀的剩余寿命tr=2129.0 h;

(3)在1000 mg/kg H2S溶液环境下,应力腐蚀裂纹扩展速率为3.96×10-6mm/s,该储罐应力腐蚀的剩余寿命tr=817.2 h;

(4)在饱和H2S溶液环境下,应力腐蚀裂纹扩展速率为3.96×10-6mm/s,则该储罐应力腐蚀的剩余寿命为tr=618.8 h。

由此可见,应力腐蚀所造成的原油储罐的失效是十分迅速的,在第一种罐底沉积水环境下,一旦发生应力腐蚀裂纹扩展,3个半月多就可能发生穿透或断裂(与厂方提供的检修记录中的失效时间4个月发生泄漏较为接近);在饱和硫化氢溶液下不到一个月就可能发生穿透或断裂。

5 结 论

(1)SPV490Q钢基于EPRI工程评定法的FAC与R6通用FAC变化趋势一致,两者在Lr=0.8处相交,当Lr<0.8时,采用R6通用失效评定曲线进行安全评定有足够的安全性,可以用于SPV490Q钢制压力容器的安全性评定;而当Lr>0.8时SPV490Q钢的评定曲线低于R6通用FAC,此时采用R6通用失效评定曲线进行评定将不再安全。

(2)我国GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》提出的对于无屈服平台的低合金钢及其焊缝L${}_r^{\max }$=1.15,一般情况下对于具有长屈服平台的材料L${}_r^{\max }$=1.0,此观点对于大型储罐高强钢SPV490Q的安全评定是不安全的。

(3)应力腐蚀所造成的原油储罐的失效是十分迅速的,在罐底沉积水环境下,一旦发生应力腐蚀裂纹扩展,3个半月多就可能发生穿透或断裂;在饱和硫化氢溶液下不到一个月就可能发生穿透或断裂。

摘要：建立了SPV490Q钢制储罐的基于工程评定法的失效评定曲线(FAC),并与R6通用FAC进行比较,结果认为基于EPRI工程评定法的FAC与R6通用FAC变化趋势一致。寿命研究发现,应力腐蚀所造成的原油储罐失效十分迅速,在罐底沉积水环境下,一旦发生应力腐蚀裂纹扩展,3个多月就可能发生穿透或断裂;在饱和硫化氢溶液下不到一个月就可能发生破坏。

安全寿命 篇8

关键词：自愈式,电容器,涌流,爆炸,寿命

近年来, 国产低压自愈式并联电容器已全部取代了老式的油浸纸绝缘铝箔板并联电容器, 西北二棉集团公司也先后在东、西配电室安装了19台国产的自愈式并联电力电容器柜。自愈式电力电容器和传统的YL及YY系列低压并联移相电力电容器相比有以下特性。

1. 自愈特性

自愈式电容器的特点是具有自愈性能。当介质击穿时, 短路电流会使击穿部位周围的金属膜熔化蒸发, 从而恢复绝缘, 因此具有较高的运行可靠性。介质击穿后自愈所需时间仅为数微秒, 当电容器内部介质薄弱点发生击穿形成通路时, 在极短时间内形成电弧, 使局部温度和压力急剧上升, 金属层剧烈蒸发, 自愈半径扩大, 电弧被拉断, 在介质表面形成一个以击穿点为中心失掉金属镀层的圆形区域, 自愈过程即告完成。打开损坏的自愈式电容器, 可发现自愈作用在电容器内介质的边缘部位最明显。

2. 运行中电容器容量下降问题

自愈电容器运行中容量下降是正常现象, 下降幅度不太大, 因此不是致命的缺陷, 国产自愈式电容器在投入运行的早期阶段下降3%～5%。公司东、西配电室自愈式电容器柜在投运初期, 每个柜子的电容电流为184A, 经过一段时间运行后, 基本稳定在174A左右, 引起运行中电容器电流下降的主要原因如下: (1) 电容器的自愈作用引起极板有效面积的减小。自愈过程持续时间约1～10μs, 每次自愈过程电容器容量减小约20～100pF, 少量的自愈对电容器影响不大, 但如自愈能量过大, 则会造成极板有效面积减小过多, 使电容量下降过快。 (2) 金属极板的电腐蚀引起极板电阻增大。铝在电场、温度、水分的作用下产生电腐蚀, 生成Al2O3, 使电阻率高达1016Ω/cm。如果腐蚀点成批出现, 引起极板面积减小, 对电容量的减小影响很大, 元件内残存的空气是造成铝膜电化腐蚀的主要因素。 (3) 金属层极板的边缘侵蚀。由于极板边缘的工作电场强度高, 因此腐蚀速度大于其他部位, 而且会产生边缘后退现象, 使极板面积减小。

上述三种因素中, 边缘侵蚀的影响最大, 极板电腐蚀次之, 如果不出现连续的不良超时自愈, 则自愈作用对电容量的影响很小。

3. 提高电容器的抗涌流能力

抗涌流能力差, 是自愈式电容器的一大弱点。目前, 提高自愈式电容器抗涌流能力的主要措施是串联电抗线圈抑制涌流, 选用CJ0-16系列带有电阻切合的接触器, 尽量减少电容器的切投次数, 延长两次切投时间的间隔, 选择按无功功率绝对值Q投切的自动投切装置。

4. 防止自愈式电容器爆炸

在绝大多数条件下, 质量合格的自愈式电容器在运行中自愈性能是可靠的, 如质量不好, 自愈可能失效, 电容器内部产生气体, 使压力增大, 如无安全措施, 压力增大到一定值时, 电容器会发生爆炸。防止自愈式电容器爆炸的措施如下: (1) 制造时采用双重壳。 (2) 选用高闪点的浸渍剂。 (3) 电容器内部应加装特种内熔丝和放电电阻、加装温度短路器、采用防爆型薄膜等。

5. 使用寿命

由于自愈式电容器本身结构固有的弱点, 其使用寿命比老式电容器短。国内外对自愈式电容器寿命做过的试验证明, 自愈式电容器正常运行10年以上是完全有保证的。自愈式电容器寿命终止通常有以下三种情况: (1) 当电容器两极间电阻小于1Ω并且有大电流通过时将产生很大能量, 常导致电容器爆炸。 (2) 当电容器两极间电阻约数十欧时, 常由于元件过热介质损毁, 产生气体引起燃烧。 (3) 当电容器两极间电阻约数百欧时, 热量聚集较慢, 长时间可能发展为第一种或第二种故障方式。此外, 当电容量下降超过50%时, 也应该认为电容器的寿命已经终止。

安全寿命 篇9

继电保护装置是保障电网安全运行的第一道防线, 它的自身可靠性直接关系着电力系统和主设备的安全稳定运行。其特点是在不该动作时不误动, 在应该动作时不拒动;能根据自身整定的范围, 以最快的速度在最短的时间内将出现故障或异常的部分从系统中切除或隔离;并保证最大限度地缩小停电范围, 且不越级跳闸;能够做到及时、准确、灵敏地反映故障发生的位置。它的组成包括软件和硬件, 随运行时间推移软件的缺陷不会增多, 然而其可靠性会因软件的不断升级而逐渐提高。相反硬件的故障率会随运行时间增加, 所以继电保护装置失效的主要决定因素是硬件的好坏。合理设定继电保护装置允许运行的使用年限, 对寻求最佳地可靠性与经济性具有积极意义。本文分析了机电保护装置寿命影响机理, 并提出了延长寿命的对策。

2 继电保护装置寿命

因为继电保护装置可以在电力系统起到预防事故或缩小事故范围的作用。因此当电力系统出现故障的时候, 继电保护装置应该能够有选择性、自动、快速地将出现故障的元器件从系统中切除, 从而使故障元器件免遭损坏。除此之外, 还可以保证系统其它部分正常的继续运行。而且当系统出现不正常工作状态的时候, 继电保护装置能够及时的做出反应, 随即发出信号, 告知调度值班人员, 从而得到及时的处理。在没有值班人员的时候, 继电保护装置应该能够做出延时减负荷或者跳闸的反应。所以继电保护装置的特点是在不该动作时不误动, 在应该动作时不拒动;能根据自身整定的范围, 以最快的速度在最短的时间内将出现故障或异常的部分从系统中切除或隔离;并保证最大限度地缩小停电范围, 且不越级跳闸;能够做到及时、准确、灵敏地反映故障发生的位置。

我们必须要对继电保护装置寿命提出要求, 因为它可用来指导与装置相关的设计、制造以及运行维护等方面。但是继电保护装置产品类别众多, 而且升级换代迅速, 所以很难直接、快速、经济地确定继电保护装置寿命。因此, 借用平均无故障时间等来描述产品可靠性的相关概念, 利用加速寿命试验等对使用寿命进行间接测试, 被广泛关注。

2.1 平均无故障时间

MTBF是可修复产品两次故障间工作时间的平均值, 但仅限于偶然失效的时候, 因为此时的故障率可视为不变, 此时其为MTBF的倒数, 并不能认为是使用寿命。一般采用应力分析法求MTBF, 对于功能模块或单插件用公式 进行计算, 其中λp指单元器件的工作失效率;m指每种元器件的数量;n指元器件种类数。

平均无故障时间公式为:

2.2 加速寿命试验

由于传统可靠性环境试验是通过模拟环境进行试验的, 试验耗时久、效率低、耗费大。但通过许多研究者实践证实找到了通过恶化环境进行试验的快速方法, 即高加速寿命试验 (HALT) 和高加速应力筛选试验 (HASS) 。高加速寿命试验属于工程试验。而高加速寿命试验 (HALT) 与加速寿命试验 (ALT) 不同, 加速寿命试验是首先保证失效机理不变, 然后通过利用使应力加大的方法使样品在短期内失效的试验方法, 以预测产品在正常工作条件或储存条件下的使用寿命。而高加速寿命试验 (HALT) 是通过加大不同的试验应力从而找出装置的工作极限与破坏极限, 然后应用失效物理学对激发所产生的失效进行分析, 从而确定出这些过程与环境应力等因素的关系, 并分析得出其失效模式及失效机理, 然后再找出产品设计的缺陷, 以提高装置可靠性的方法。可靠性试验按试验目的可分为工程试验和验证试验。可靠性工程试验的意义是在于暴露产品的设计缺陷之后, 采取纠正措施及时排除, 从而指导消除设计缺陷;可靠性验证试验是为了验证产品的可靠性定量指标。

加速寿命试验的原则是:先针对破坏性弱的应力类型进行试验, 然后再对破坏性强的应力进行试验。加速寿命试验方案的步骤一般是:低温步进应力试验→高温步进应力试验→快速热循环试验→振动步进应力试验→温度与湿度综合应力试验→温度与振动综合应力试验→电应力试验 (包含电压跌落, 电流、电压过载, 电源拉偏等) 。

3 算例分析

以某电网公司的继电保护装置维修记录资料为依据, 忽略装置开关电源在4~5年之内定期更换的因素, 还有那些运行年限为10~12年但因管理制度而人为退出运行的继电保护装置的数据, 进行整合得出表1, 其记录的是不同使用年限的装置所对应的故障率。

选择参数的初始迭代值, 用Marquardt法估算继电保护装置寿命的分布函数的参数, 将得出的不同分布类型的故障率参数及相关结果记录在表2中。

4 影响装置寿命的机理研究

继电保护装置由许多电子元器件组成, 它运行的电磁环境恶劣, 其寿命受温湿度、振动、灰尘、电磁干扰、电子芯片筛选等的影响较大, 且可以承受综合的多种环境应力。为延长装置寿命, 设计、运行时需综合考虑这些因素。

4.1 保护温湿度

影响继电保护装置寿命和可靠性的最重要因素是温度。在现代社会, 随着集成电路芯片集成度的提高, 元器件在芯片单位面积内集成的数量越来越多, 温度很易升高, 所以元器件老化速度加快, 故障率也迅速提高。相对应的预防对策, 其一是加强装置低功耗和改善装置散热设计, 而且要注意周围环境温度的控制, 尤其是继电保护装置安装在户外柜中时, 对于户外柜温度的控制就变得尤其重要。除此之外, 可以选用的印刷板耐热高, 并增加其厚度来促进导热以及自然散热。另一预防对策则是选用的元器件具有更高的温度额定值, 为延长寿命还要考虑降额设计。

加速继电保护装置老化和故障的第二重要环境因素是湿度, 在湿度较大的环境下很容易发生外观变化又或者物理、化学以及电性能方面的劣化, 从而导致设备功能失效, 坏掉。造成继电保护装置表面受潮的主要原因是湿热试验条件所引起的表面水蒸气吸附和凝露现象。可采用硅橡胶涂覆来进行湿度防护, 采用硅橡胶涂覆印制电路板 (PCB) 表面还可以使元器件的抗振能力得到提高。

4.2 电磁干扰的防护措施

变电站周围有许多的电磁场, 它们会因人为因素或雷击等不可控的天气因素而对继电保护装置产生电磁干扰, 但是继电保护装置电子回路的工作电压低, 其主频也变得越来越高, 因此继电保护装置对电磁干扰变得更加敏感。我们可以通过采用以下两方面来减小电磁干扰对继电保护装置的影响及危害:1避免干扰的产生, 尽量减小干扰源产生干扰的强度;2提高二次设备抗干扰的能力。

4.3 完善运行管理制度

通过实践证明得出, 继电保护装置寿命最薄弱的环节是开关电源模块。一般来说, 每台继电保护装置都会配有一个开关电源模块, 一旦开关电源模块发生异常, 就会导致继电保护装置退出运行甚至会引起误动或拒动现象的发生。如果配置支持热插拔的冗余开关电源模块的话, 就可以有效解决这些问题, 而且所带来的成本增加也比较少。除此之外, 在继电保护装置样机试制阶段, 测试时将选择的相应的环境应力施加到继电保护装置上, 由此可以帮助发现工艺、设计、制造过程中存在的薄弱环节, 为消除产品的失效机理应尽早采取有效的纠正措施, 以提高产品的可靠性;在出厂前应对装置施加相应的环境应力进行测试, 使产品中潜在的缺陷加速发展成为初期故障并进行清除, 从而有效地提高投运装置的可靠性以及寿命。

5 结束语

本文对平均无故障时间、失效率与寿命的关系进行了剖析, 利用某电网统计的继电保护装置寿命数据, 估算出设备的老化失效率, 而后得出更为精确的继电保护装置寿命。对装置寿命的主要影响机理进行了分析, 并针对其特性提出延长装置使用寿命的对策, 为制定延长继电保护装置使用年限的要求提供了理论依据。

参考文献

[1]蔺杰, 黄东.继电保护装置高加速寿命试验的研究[J].电工电气, 2013 (6) :40~44.

[2]易永辉.继电保护装置寿命分析及寿命影响机理研究[J].电力系统保护与控制, 2013, 41 (2) :79~83.

安全寿命 篇10

继电保护是保障电网安全运行的第一道防线[1],其自身可靠性直接关系着电力系统和主设备的安全稳定运行。继电保护装置由软件部分和硬件部分组成,软件的缺陷不会随运行时间增加,反而因软件不断升级而可靠性逐渐提高。然而,由于元器件老化等原因,继电保护装置的硬件故障率会随运行时间增加[2],因此,继电保护装置的老化失效因素主要取决于硬件。我国的继电保护装置在运行数量为数十万台,合理规定继电保护装置允许运行的使用年限,即装置寿命,以确定装置在寿命期继续运行、寿命结束前及时退出,对于寻求最佳可靠性与经济性具有积极意义。

文献[3]规定,“微机继电保护装置的使用年限一般不低于12年,对于运行不稳定、工作环境恶劣的微机继电保护装置可根据运行情况适当缩短使用年限”。实际运行中继电保护装置多在10~12年之间退出运行,但退出运行时装置状况多为良好,装置寿命尚未结束。现阶段继电保护装置寿命相关研究较少,继电保护可靠性相关研究[4,5,6,7,8]多侧重保护可靠性评价指标及评估模型,或装置的可靠性与最佳检修周期关系等,这些研究有利于设备全寿命周期成本的降低和运行可靠性提高,但对装置寿命未展开研究。与寿命相关的某些概念,如平均无故障时间[9](MTBF),甚至常常被错误地解释和应用。由于继电保护装置种类和型号极多,且每一种装置的元器件数量多,元器件寿命相关参数难以收集,解析法求装置寿命还不具备可行性。加速老化[10]不失为一种可行性方法,但加速模型及相关参数难以核定,以此预测寿命误差较大。基于继电保护装置退出运行时的时间作为装置寿命的统计法拟合使用年限[2]相对可行,但忽略了由于现阶段管理制度上的年限规定而提前结束装置寿命的因素,也未考虑装置不同硬件模块寿命匹配机制,使该方法得出的结论偏于保守。

本文剖析了平均无故障时间、失效率与寿命的关系,分析了目前继电保护装置寿命研究中的不足因素。统计了某电网公司在运行继电保护装置不同年限失效率数据,结合继电保护装置可修复的特性,剔除了由于现有运行管理制度而提前退出运行的各种影响,利用Marquardt法[11,12]对继电保护装置寿命的Weibull分布函数的参数进行估计,得出故障率分界点和故障率的分布曲线函数,显著提高了继电保护装置使用寿命的估计精度;分析了装置寿命的主要影响机理,提出了延长装置寿命的对策,为继电保护装置寿命要求的制定提供了理论依据。

1 继电保护装置寿命

对继电保护装置提出寿命要求是必要的,它可用来指导装置相关的设计、制造、运行维护。然而,继电保护装置升级换代迅速,产品类别众多,难以快速、经济、直接地确定继电保护装置寿命。因此,描述产品可靠性的相关概念,如浴盆曲线、平均无故障时间,及间接测试使用寿命的相关方法,如加速寿命试验等,被广泛关注。

1.1 浴盆曲线

和其他电子产品类似,继电保护装置故障分三种类型,即早期故障型、偶然故障型、损耗故障型。将这三个时期的曲线连在一起形成形似浴盆的曲线,称为浴盆曲线,如图1所示。

早期失效期失效率较高并逐渐下降,其原因在于设计、制造的缺陷和装置与外界环境的磨合;处于偶然失效期的继电保护装置会受到外界环境的影响引发偶然失效,偶然失效行为占据主导,所以该阶段失效率函数近似为常数;在耗损失效期,元器件老化引发的失效愈来愈严重,导致失效率函数随时间增加。

一般而言,继电保护装置在出厂或现场运行前,已历经投运前测试和老化,故本文假设在运行继电保护装置已越过了早期失效期。

1.2 平均无故障时间

对于可修复产品,MTBF即为两次故障间工作时间的平均值。MTBF仅限偶然失效期间,如图1所示。此阶段的故障率基本恒定,此时的故障率λ(t)的倒数为MTBF,它不能理解为使用寿命。例如,2011年,我国某电网公司220 k V及以上在运行保护装置数量故障率为λ=1.574台/百台·年,即MTBF=1/λ=63.53年,显然,它仅表明在偶然失效期间的故障率,而不能等同为装置寿命。

MTBF往往采用应力分析法求取。对于继电保护装置的单插件或功能模块,有

式中:λp为单元器件的工作失效率;n为元器件种类数;m为每种元器件数量。

平均故障间隔时间的求取公式为

1.3 加速寿命试验

常规寿命试验耗时较久,且耗资较大。相比之下,加速寿命试验是一种有效方法,它在不引入新的失效机理的前提下,通过采用加大应力的方法促使样品在短期内失效,以预测产品在正常工作条件或储存条件下的使用寿命。但加速老化环境与实际运行环境很难一致,加速老化模型与不同模型关键参数难以设定,不同加速老化评估模型或不同参数设定得出的寿命估计值可以相差甚远,因此难以作为评估装置寿命的依据。

加速老化试验的意义在于利用高环境应力提早将产品设计缺陷激发出来,从而指导消除设计缺陷,从设计环节提高装置可靠性,并找出装置的各种工作极限与破坏极限。

2 Weibull分布模型

2.1 Weibull统计模型

Weibull分布是近年来在设备寿命可靠性分析中应用最广泛的模型,能整体描述出整个浴盆曲线。经验分析法获得的经验分布函数值,实际上是理论分布函数的估计值F(t)。

Weibull分布的失效分布函数为

故障密度函数为

可靠度函数为

故障率函数为

式中:t为时间;α为形状参数;β为尺度参数。

Weibull分布的三种故障率β<1,β=1,β>1正好与浴盆曲线的三个阶段对应,满足浴盆曲线的设备寿命服从Weibull分布。

2.2 Marquardt法参数估计

基于Weibull分布模型对继电保护装置失效率分布曲线的拟合,可得到浴盆曲线中偶然失效期与老化失效期的曲线。其中,最小二乘法是广泛采用的、行之有效的求取形状参数和尺度参数的方法。具体有近似中位秩次法、Marquardt法[11,12]、可靠度分析法等。近似中位秩次法针对有终止项的样本展开,对于继电保护装置这种可修复再使用的情况难以适用。Marquardt法是在已知样本数量和每个样本设备失效率的基础上对整体失效率分布曲线进行拟合,适合继电保护装置。

在上述思路中有一个重要推定,非线性关系式的一般形式为

其中:f是已知非线性函数,x1,x2,…,xp是p个自变量,b1,b2,…,bm是m个待估未知函数,ε是随机误差项,设对y和x1,x2,…,xp通过n次观测,得到n组数据:(xi1,xi2,…,xip,yi),i=1,2,…,n。

设有依时间顺序排列的n组数据(t1,λ1),(t2,λ2),…,(tn,λn)。

式(6)中,有两个待估参数α,β,应用Marquardt法进行估计。

(1)由式(6)对α,β分别求偏导数。(2)选择参数初始迭代值α,β。

(3)由n组数据(t1,λ1),(t2,λ2),…,(tn,λn),以及参数初始迭代值,由最小二乘法原理[11,12],代入式(6),可计算出各参数值,并计算残差平方和。

(4)第二次迭代,解得新的参数值,并计算新的残差平方和。

反复迭代,直到误差小于允许误差为止,即可求出相关参数α,β。

(5)根据故障率的散点图,可以选取适度的m个散点进行参数估计,未选取的(n-m)个故障点以连接点的故障率λ绘制平行于时间t(年)轴的直线。

3 算例分析

以某区域电网的继电保护装置维修记录数据为基础,剔除装置开关电源4~5年定期更换因素,以及10~12年运行年限的继电保护装置因管理制度而人为退出运行的数据,得出如表1所示的装置不同使用年限对应故障率表(2~8年间的平均故障率较平稳,故表中略去)。

选择参数初始迭代值,采用Marquardt法参数估计,得出不同分布类型的故障率参数及相关结果(见表2)。

通过上文中得到的故障率函数的参数及最优分界点,可以得到故障率分布曲线函数。

4 影响装置寿命的机理研究

继电保护装置含大量的电子元器件,其运行电磁环境恶劣,温湿度、振动、灰尘、电磁干扰、电子芯片筛选等对继电保护装置的寿命有较大的影响,且承受的环境应力是多种应力的综合。设计、运行时综合考虑这些因素,有利于延长装置寿命。

4.1 温湿度防护

温度是影响继电保护装置寿命和可靠性的最重要因素。随着集成电路芯片集成度提高,芯片单位面积内集成的元器件数量越来越多,温度容易升高,相应地元器件老化加速,故障率迅速增大。预防对策,一方面是加强装置低功耗和散热设计,并注意环境温度控制,尤其是装置安装于户外柜时,户外柜的温度控制尤其重要。此外,使用耐热高的印刷板,并增加厚度可利于导热和自然散热。另一方面是选用具有更高的温度额定值的元器件,并考虑降额设计以延长寿命。

湿度是引起继电保护装置加速老化和故障的第二重要环境因素,在潮湿条件下易发生外观变化或物理、化学和电性能方面的劣化,并导致设备功能失效。湿热试验条件所引起的表面水蒸气吸附和凝露现象是造成产品表面受潮的主要原因。在湿度防护方面可采用硅橡胶涂覆,应用硅橡胶涂覆印制电路板(PCB)表面还可以提高元器件的抗振能力。

4.2 电磁干扰的防护措施

变电站周围充斥着大量的电磁场,这些电磁场会因雷击等不可控的天气因素或人为因素对继电保护装置形成电磁干扰,而继电保护装置电子回路工作电压低,主频越来越高,对电磁干扰更加敏感。以下两方面可减小电磁干扰的影响和危害:一是避免干扰的产生,减小干扰源产生干扰的强度;二是提高二次设备抗干扰的能力[13]。

4.3 运行管理制度完善

统计数据表明,开关电源模块是继电保护装置寿命最薄弱的环节。目前,每台继电保护装置一般配置一台开关电源模块,一旦电源模块异常,会导致继电保护装置退出运行甚至引起误动或拒动。如采用支持热插拔的冗余开关电源模块配置,可有效解决这些问题,且仅带来较少的成本增加。

此外,在继电保护装置样机试制阶段,测试时将环境应力施加到产品上,可帮助发现设计、制造、工艺的薄弱环节,尽早采取有效纠正措施以消除产品的失效机理,提高产品的可靠性;出厂前对装置施加相应的环境应力,使产品的潜在缺陷加速发展成早期故障并加以排除,从而提高投运装置可靠性和寿命。

5 结语