1 背景介绍
1.1 换流阀关键板卡可靠性现状
目前电网用换流阀生产厂家对换流阀整体设计制造过程中主要侧重设备功能性实现，针对设备可靠性所做工作尚有限，尤其对于换流阀控制板卡，在设计阶段的可靠性预计应用研究尚未进行，同时随着新型电力系统建设需求，新能源并网压力增大，换流阀控制板卡的可靠性更加尤为重要。但目前换流阀控制板卡仅在完成形式测试即可，对板卡全生命周期的可靠性工作尚不全面，这就会导致换流阀板卡随着运行年限的增长逐步出现性能劣化迹象，从而使得换流阀多次出现直流非计划停运、设备损坏以及直流闭锁等事件。
然而，目前应对此类故障问题仅从失效原因、寿命评估等产品生命周期后端进行工作，针对产品设计阶段、选材阶段的可靠性尚不得知，因此若能在产品生命周期前段对产品进行可靠性预计应用研究，一定程度上可以保障产品设计可靠性，从源头上杜绝部分故障的产生，做到彻底的防患于未然。因此，本文在该方面做了部分研究应用，探索换流阀控制板卡可靠性研究的新方向[1] [2]。
1.2 可靠性预计方法简介
GJB299C标准是中国军用电子设备可靠性设计准则，它为电子设备的可靠性设计提供了指导和要求。元件级可靠性预计是其中的一个重要环节，它通过对电子设备中各个元件的可靠性进行预计，进而评估整个设备的可靠性。
元件级可靠性预计是一种以设备中每个元件的可靠性为基础，通过概率统计方法得出设备整体可靠性的方法。该方法考虑了元件之间的相互影响和故障模式等因素，能够较为准确地评估设备的可靠性水平。
2 可靠性建模及预计
首先明确产品元件清单，以图 1 所示 TVM 板为例，主要由贴片电阻、插件电阻、贴片电容、薄膜电容、二极管、三极管、晶闸管、变压器、发射器等元器件组成[3][4][5][6]。
根据GJB299C标准中提供的元件可靠性数据或参考文献，查找出各个元件的可靠性数据。根据TVM板卡的电路结构和元件之间的相互关系，应用概率统计方法对各个元件的可靠性进行计算和分析。
根据GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》标准，元器件失效率预计模型如下：
因子、温度因子、电应力因子等一系列修正系数。
根据TVM板的可靠性逻辑为串联关系，当各组成单元为串联关系时，其可靠度计算公式为：
结合TVM各模块的预计结果汇总如下。
表2 TVM板预计结果汇总
3 结果分析
根据预计结果可知，在地面良好的常温常压的环境下，TVM板的失效率预计值为：4.025755×10-6，平均无故障工作时间（MTBF）为：248400.61小时，10年可靠度为0.7028。这表明在目前设计方案及元件选用情况下，TVM可以满足10年可靠度为0.7028的指标，后续可以结合实际使用情况，对TVM板卡设计阶段的可靠性提出相应要求。
在设计阶段应用GJB299C标准对TVM板卡进行元件级的可靠性预计，有助于提高整个换流阀的可靠性。具体表现在以下几个方面：
通过预计各个元件的可靠性，可以发现潜在的问题和风险，进而在设计和生产过程中采取相应的措施进行改进和优化。例如，针对高故障率的元件进行替代或优化设计，提高其可靠性水平。
基于元件级的可靠性预计结果，可以为整个设备的维修和保养提供依据，指导维修人员重点关注那些可靠性较低的元件，从而降低故障发生的概率。同时也可以根据实际情况制定合理的维修计划和保养方案。
.在设计阶段进行可靠性预计，可以为整个项目的计划和预算提供参考，确保在满足可靠性要求的同时，合理分配资源和降低成本。例如，针对高可靠性要求的元件，可以增加备品备件的库存，以备不时之需；而对于低可靠性要求的元件，则可以减少不必要的备品备件库存，从而降低成本。
通过元件级的可靠性预计，可以促进各个部门之间的沟通和协作。例如，设计部门可以根据预计结果对元件进行优化选择和配置，生产部门则可以根据预计结果制定更为合理的生产计划和质量控制方案。
在设计阶段进行元件级的可靠性预计，还可以为产品的持续改进和升级提供支持。通过对各个元件的可靠性进行深入分析和研究，可以发现潜在的问题和瓶颈，为产品的持续改进和升级提供方向和思路。
4 总结及展望
本文应用GJB299C标准对换流阀关键控制板卡（TVM板卡）进行了元件级的可靠性预计，并探讨了该方法在设计阶段应用对产品设备可靠性的提升。通过本研究，我们能够更加准确地评估TVM板卡的可靠性，进而优化设计和提升整个换流阀的可靠性。这对于提高电力系统的稳定性和安全性具有重要意义，也为类似设备的优化设计和可靠性提升提供了理论支持和实践指导。但本文在换流阀板卡可靠性预计指标及行业应用标准创新方面还需进一步工作。
参考文献：
[1] 中国人民解放军总装备部电子信息基础部. 电子装备可靠性预计手册： GJB/Z 299C-2006[S]. 北京： 总装备部军标出版发行部， 2007.
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[3] 刘耀,王明新.高压直流输电系统保护装置冗余配置的可靠性分析[J].电网技术.2008,(5).
[4] 朱鹏程,刘黎明,刘小元,等.统一潮流控制器的分析与控制策略[J].电力系统自动化.2006,(1).DOI:10.3321/j.issn:1000-1026.2006.01.008 .
[5] 郭春林,童陆园.基于在线辨识的可控串补自适应控制[J].中国电机工程学报.2004,(7).DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2004.07.002 .
[6] 王秀丽,郭静丽,庞辉,等.模块化多电平换流器的结构可靠性分析[J].中国电机工程学报.2016,(7).DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.07.018
