系統(tǒng)接插件失效機理分析及防范措施

1、控制系統(tǒng)接插件失效機理分析及防范措施摘要：本文介紹了幾種常見控制系統(tǒng)接插件失效現(xiàn)象，通過對失效機理分析解剖，提岀了防范措施，最后就 如何提高控制系統(tǒng)接插件的使用可靠性和檢查方法提出了一些建議。接插件是控制系統(tǒng)重要的配套元器件，從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、機柜、印刷電路板到每個可更換的 獨立單元，成千上萬的接插件如同人的神經(jīng)系統(tǒng)分布于各個系統(tǒng)和部位，擔負著控制系統(tǒng)的電能傳輸、信號控制與傳遞任務(wù)。任何一個接插件故障都將導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)或某一控制設(shè) 備無法正常工作或停役。因此，有效預(yù)防控制系統(tǒng)接插件故障對確保發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要意義。控制系統(tǒng)接插件常見故障控制系統(tǒng)接插件是一種為電纜 （包括通信

2、電纜）和電纜端頭提供快速接通和斷開的連接器件。 通常要求接觸部位該導(dǎo)通的地方不僅必須導(dǎo)通，且必須接觸可靠；對絕緣部位不該導(dǎo)通的地方必須可靠絕緣?，F(xiàn)結(jié)合工作中碰到和參與的幾起接插件故障原因分析情況，概括出3種接插件常見故障。1. 接觸不良接觸件是接插件的核心零件，也是其導(dǎo)電部分，它將來自接插件的插頭（或插座）尾部所連接的電線或信號線的電壓或電流信號傳遞到與其相配的接插件插座（或插頭）對應(yīng)的接觸件上。故接觸件須具備優(yōu)良的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可*的接觸保持力和良好的導(dǎo)電性能。由于接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、材料選用不當、機械加工尺寸超差、表面粗糙，熱處理、膠接及表面處理等工藝 不合理，儲存使用環(huán)境惡劣和操作使用不當

3、等原因，都會在接插件的接觸部位和端接部位造成接觸不良。表1中案例1、2為某電廠2臺機組因通信接插件接觸不良造成的2次MFT動作；案例9為某電廠因DEH電源插頭接插件接觸不良引起的跳機動作。通過對這3個接插件的現(xiàn)場模擬試驗發(fā)現(xiàn)，一旦稍有振動，個別插針接觸電阻就會發(fā)生跳變，同一接插件中插針的插拔力差別較大，解體檢查發(fā)現(xiàn)部分插孔孔徑明顯偏大，插拔力減小。遂取消此接插件而直接改為焊接式連接，徹底消除了這一隱患。案例5則是由于潮濕、腐蝕性氣體作用，結(jié)果在接插件表面生成了一層氧化薄膜， 增加了接 插件的接觸電阻，造成控制系統(tǒng)工作電源電壓降至額定允許工作電壓值以下，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法正常工作跳機。2. 絕緣不

4、良絕緣體的作用是使接觸件保持正確的位置固定、排列，并使接觸件與接觸件之間、 接觸件與殼體之間相互絕緣，故絕緣體須具備優(yōu)良的電器、機械和工藝成型性能。特別是隨著高密度、 小型化接插件的廣泛采用，有些插針間距接近1mm甚至更小（達0.5mm），這對絕緣體材料、注塑模具精確度和成型工藝等提出更高要求。如絕緣體表面或內(nèi)部存在金屬多余物、表面塵埃、焊劑以及長霉、絕緣材料老化等缺陷，都會出現(xiàn)短路、漏電、擊穿、絕緣電阻降低等絕 緣不良現(xiàn)象。如對表1中案例4進行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)某點插針與外殼間有短路現(xiàn)象。解體觀察發(fā)現(xiàn)，插座外引出線的個別焊接線開始腐蝕，個別插針與屏蔽線間有多余金屬層剝落物， 短路原因系剝落的金屬

5、多余物粘連在一起而引起。另外，2001年在某電廠鍋爐汽包水位保護系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)3取2保護邏輯失效。經(jīng)反復(fù)檢查測試發(fā)現(xiàn)是因接插件異常引起，測試表明部分插針間的絕緣電阻只有幾十歐姆。遂對 CT-24 插頭進行解體檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于在焊接連接導(dǎo)線時因電烙鐵停留時間過長，使部 分固定插針的塑料絕緣體熔化變形， 使得原本插針間很小的間隙變得更小， 有的幾乎處于短 路狀態(tài)，出現(xiàn)了插針間絕緣電阻極小現(xiàn)象，后重新更換接插件并小心焊接后恢復(fù)正常。3. 固定不良殼體是接插件的外罩。 插合的一對連接器殼體通常也為伸出的接觸件提供精確的對位、 對中 和保護，同時還具有安裝定位、鎖緊固定在設(shè)備上的功能。固定不良，

6、輕者影響可 * 接觸而 造成瞬間斷開，重者會使連接器解體。解體是指接插件在插合狀態(tài)下，由于材料、設(shè)計、工 藝等原因在振動、 沖擊等環(huán)境條件下導(dǎo)致插頭與插座、 絕緣體與殼體或插針與插孔之間的不 正常分離，造成控制信號的抖動丟失或中斷。表1中案例3、6、7、8就是由于TSI（汽輪機監(jiān)測保護系統(tǒng) ）使用的小型圓形插頭在使用中因振動導(dǎo)致插頭和插座之間出現(xiàn)輕微分離，造 成測量信號抖動丟失引起的。 對于這類看起來微不足道的卡圈、 彈簧及緊固件等也要定期進 行檢查和維護，切不可因小失大。上述 3 種類型的致命失效是控制系統(tǒng)接插件的隱性缺陷， 必須采取有效措施加以預(yù)防。 此外， 殼體涂層起皮、碰傷，絕緣體毛刺

7、，接觸件加工粗糙、變形、定位鎖緊配合不嚴、總分離力 過大等現(xiàn)象，也是接插件的常見病、多發(fā)病，這種顯性缺陷只要在使用前進行仔細檢查，通 常能及時發(fā)現(xiàn)并剔除。三 防止接插件故障的對策1. 開展“零缺陷”質(zhì)量管理 質(zhì)量管理的最高境界是“零缺陷” ，開展“零缺陷”質(zhì)量管理要求做到控制不漏項，并依據(jù) 工作標準要求嚴格檢查、檢驗和把關(guān)。近年來西方一些知名企業(yè)開始實施“6s”質(zhì)量管理策略。其含義是“對于缺陷（差錯）數(shù)，6s就是要求將缺陷（差錯）率控制在百萬分之 3.4內(nèi)”，即 每操作1百萬次或抽查1百萬個產(chǎn)品，其差錯或不合格率只允許為34個，這是近乎完美的目標。 6s 管理是保持和獲得企業(yè)經(jīng)營上的成功并將其

8、營業(yè)額最大化的綜合管理體系和發(fā) 展戰(zhàn)略，它能嚴格、集中、高效地改善企業(yè)質(zhì)量管理策略的實施，以“零缺陷”為完美追求 目標，帶動質(zhì)量成本的大幅度降低。2. 做好接插件故障原因分析要積極開展和加強接插件的可 *性研究、 試驗和統(tǒng)計工作， 力求掌握接插件的可 * 性指標， 不 斷提高控制系統(tǒng)的可 *性。為此要培養(yǎng)和造就一批具有豐富經(jīng)驗的故障原因分析技術(shù)人員， 不僅能準確分析、 定位生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題， 且能及時采取相應(yīng)預(yù)防措施。 對使用中 發(fā)生的質(zhì)量和可 *性問題 （包括時間、地點、環(huán)境、故障現(xiàn)象、故障部位等）應(yīng)有正確、可 *記錄并及時進行反饋，以便通過故障分析找出原因，采取有效預(yù)防措施，這是提

9、高接插件可*性最有效方法。3. 抓好工藝裝備和檢測設(shè)備的技術(shù)改造通過對近幾年控制系統(tǒng)接插件故障原因的分析發(fā)現(xiàn)， 要提高接插件質(zhì)量水平， 單憑增加人力 投入是不行的， 須采用先進生產(chǎn)工藝裝備和檢測設(shè)備， 為生產(chǎn)接插件服務(wù)。 如灌膠工序采用 針筒手工操作， 灌膠量和均勻度都很難控制， 局部過量加壓后若滲入接觸件的插合界面， 極 易造成接觸不良。為此應(yīng)采用自動點膠機完成這一工序，自動點膠機可作X、 Y、 Z 三軸平面及立交運行， 涂膠時間和行走速度通過可編程控制器進行設(shè)定。 另外不少制造廠總分離力 用砝碼測定， 單孔分離力利用標準插針加法碼測定， 壓接導(dǎo)線拉脫力用吊砝碼測定， 機械壽 命用手工插拔。

10、 這些檢驗項目均可用全自動插拔力試驗機完成， 它可準確控制插拔行程、 速 度、次數(shù)、暫停時間等參數(shù)，能高精確度進行單孔分離力、總分離力、機械壽命和壓接導(dǎo)線 拉脫力等試驗。4. 做好質(zhì)量驗收和檢驗工作接插件質(zhì)量驗收項目很多， 對用戶來說有些項目很難進行， 因此要求接插件廠家提供詳細出 廠檢驗報告， 以便用戶進行驗收確認。 但對絕緣電阻和接觸電阻等， 用戶可在現(xiàn)場進行測試， 一旦發(fā)現(xiàn)滿足不了規(guī)定的技術(shù)指標和要求， 就應(yīng)堅決剔除， 以免留下隱患造成不可彌補的損 失。表 2 給出典型接插件主要技術(shù)指標。四 接插件可 * 性檢驗 /測試 為確?？刂葡到y(tǒng)接插件的質(zhì)量和可 * 性，預(yù)防致命失效的發(fā)生， 應(yīng)做

11、好如下預(yù)防性檢驗 /測試。1. 預(yù)防接觸不良(1) 導(dǎo)通檢測由于條件限制， 此項試驗用戶大多不做， 用戶裝機后一般常用蜂鳴器、 萬用表或指示燈等測 試儀器手工逐點進行導(dǎo)通檢查，由于繁瑣枯燥、易疲勞，還需對照接線表、芯線號，極易造 成漏檢 /錯檢。建議借助導(dǎo)通檢測儀對接插件進行100%的導(dǎo)通檢測。如 NAC 公司 NM-SP導(dǎo)通儀具有迅速判明每個接點是否斷路、短路、誤配線和防止漏檢等功能，只要漏掉一點， 就不會發(fā)出合格聲光指示信號。(2) 瞬間檢測 控制系統(tǒng)接插件有不少在動態(tài)振動環(huán)境下使用， 試驗證明僅進行靜態(tài)接觸電阻檢驗是否合格 并不能保證動態(tài)環(huán)境下使用時的可 * 接觸，因為往往接觸電阻合格的

12、接插件在振動、沖擊等 模擬環(huán)境試驗時仍出現(xiàn)信號瞬間中斷現(xiàn)象，建議進行 100% 動態(tài)振動試驗，考核其接觸可 * 性。NAC公司NM-11A導(dǎo)通儀配有便攜式小型電動振動臺有10個平行獨立回路，可按產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定設(shè)定監(jiān)測的瞬間中斷時間(ms 級)，可模擬產(chǎn)生 100Hz 以內(nèi)的低頻振動，因此可用于接插件瞬間動態(tài)接觸檢測。(3) 單孔分離力監(jiān)測 單孔分離力是指在插合狀態(tài)下接觸件由靜止變?yōu)檫\動的分離力，用來表征插針和插孔正在接觸。實驗表明，單孔分離力過小，在受振動、沖擊載荷時有可能造成信號瞬斷。用測單孔分 離力的方法檢查接觸可 *性比測接觸電阻有效。檢查發(fā)現(xiàn)單孔分離力超差的插孔，測量接觸 電阻往往仍

13、合格。 為此， 建議生產(chǎn)廠家應(yīng)對關(guān)鍵接插件進行自動插拔力測試， 防止因個別插 孔松弛而造成的信號瞬斷。2. 預(yù)防絕緣不良 目前國內(nèi)許多接插件生產(chǎn)廠由于資金原因仍采用早期單參數(shù)電性能測試儀，如耐壓測試儀、 絕緣電阻測試儀和接觸電阻測試儀等，需多次插拔變換儀器，操作較繁瑣。而NAC 公司、CIRRIS 公司的多功能自動電性能檢測儀采用自動邏輯切換電路，一次插合即可快速、準確 地完成導(dǎo)通、絕緣、耐壓和瞬斷等參數(shù)的自動檢測；還可以在計算機中設(shè)定試驗電壓、試驗 時間、漏電流、絕緣電阻閾值等參數(shù)，能將被檢接插件與記憶的內(nèi)存樣品信息進行比較，判 斷是否合格。3. 預(yù)防互換性不良互換性檢查是一種動態(tài)檢查， 它

14、要求同一系列相配的插頭和插座都能進行相互插配連接。通過互換性檢查可發(fā)現(xiàn)是否由于殼體、 絕緣體、 接觸件和橡膠墊等零件尺寸超差、 缺裝或裝配 不到位等原因造成無法插合、 正確定位和鎖緊等缺陷。 互換性檢查另一作用是通過螺紋、 卡 口等插拔連接， 及時發(fā)現(xiàn)是否有影響接插件絕緣性能的金屬多余物， 以免系統(tǒng)工作時造成通 信故障等隱患發(fā)生。4. 盡量少用插頭、插座式接插件接插件是控制信號及電源連接的重要器件， 具有連接牢固、 操作方便的特點， 但是如選用不 當或使用時間一長，經(jīng)常會出現(xiàn)如接觸不良、脫落、腐蝕等問題，尤其在有振動的地方更應(yīng) 慎重。在必須使用接插件連接的地方應(yīng)注意：( 1 )能用少量多芯插頭時，絕不用大量單芯插頭； (2)為防止連接松動，盡量采用自鎖式結(jié)構(gòu)，不用金屬絲系結(jié)；(3)必須定期維護、檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時更換。這些措施對改善接插件的可 * 性、提高控制系統(tǒng)的安全性意義重大，也 是徹底消除因接插件原因引起控制系統(tǒng)故障