林立群　任鹏

综上所述，对静变电源返厂大修相较更摘要：探讨静变电源设备更新改造的方式，大修或是更换新机，提高对设备的认知程度，增强安全管理意识。

关键词：静变电源;大修;新设备更换;可行性分析

0概述

根据民航局要求，重点推进400赫兹静变电源替代飞机APU方案，长春龙嘉国际机场计划对T1航站楼桥载静变电源进行更新改造。该静变电源由威海广泰空港设备股份有限公司出品（型号：WGJB90/90， 2003年生产，2005年出厂），输出电缆为悬挂曳引式。前期零星使用，达到大修年限后，设备状况变差，几乎不再使用。使用期間每半年一次例行保养，保养项目为常规项目，除尘、润滑、检测，在2015年，按照手册要求更换设备控制系统的锂电池。

1设备状况

根据产品设计预期寿命，在一般环境下，产品在使用8-10年后需要大修，以便获得良好性能。理想条件下的理论设计寿命最大是20年（累加大修后的时间）。在实际使用时，推荐使用寿命（含大修后的使用时间）最高为15年。长期不通电使用的该产品，其内部元器件的失效速率要比经常使用的产品快。

2设备大修

2.1材料成本

早期产品使用的大量元器件存在采购困难的问题，且不能替代。采购元器件的费用大幅度增加。综合考虑，大修产品需要更换的部件达到95%以上。

（1）元器件失效

电源内的线路板放置的时间过长，线路板上的大多数器件接近失效。大修时需要全部换新。

电解电容失效主要原因为电解液腐蚀，一些因素会引起电解电容失效，如极低的温度，电容温升（焊接温度，环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压;其中温升是对电解电容工作寿命影响最大的因素。

电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般-25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。

阿列纽斯方程是用来描述化学物质反应速率随温度变化关系的经验公式。电解电容内部是由金属铝等和电解液等化学物质组成的，所以电解电容的寿命与阿列纽斯方程密切相关。根据阿列纽斯方程k = Ae^（-Eα/RT）可知，温度升高，化学反应速率（寿命消耗）增大，一般来说，环境温度每升高10℃，化学反应速率（K 值） 将增大2-10 倍，即电容工作温度每升高10℃，电容寿命减小一倍，电容工作温度每下降10℃，其寿命增加一倍，所以，环境温度是影响电解电容寿命的重要因素。

在电子产品中，影响电解电容寿命的因素有环境温度T 和纹波电流Irms。电容承担的负载功率与纹波电流成正比，负载越大，纹波电流越大（电解充放电越深），内部氧化膜分解时发热越厉害，修补时电解液消耗越多。

电解电容器在长期存放过程中需要定期的施加额定电压进行激励以保持电解液的活性，否则电容器中的电解液就会失去活性而老化，一但电解液失去活性老化，那么电解电容器也就失效了。

铝电解电容对氯元素、溴元素等非常敏感，如果使用含卤素的助焊剂、清洗剂、固定剂、熏蒸剂，卤化物可能透过封口胶塞侵入电容器内部，极易引起电容阳极腐蚀，在上电后加速电容失效。

铝电解电容经长时间在高温环境下存放饭后，电容阳极氧化膜和电解液会发生化学反应，造成耐压下降、漏电流增大。当突然上电，电容电压接近额定电压后，可能引起过压失效或漏电流过大导致过热失效。

电解电容推荐5-10年就应整体更换，其电容值下降到20%以下就认为彻底失效。

静变电源功率模块的直流母线并联直流滤波电容，直流滤波电容为电解电容，输出滤波电容、继电器板上滤波电容的电容值也都会随着时间降低，当偏移一定指标时，就不能起到足够的滤波作用，在长期放置后，提前达到预期寿命，因此大修时需要更换全部的电容。输入滤波板的作用是减小反馈到工频电网的谐波，输出滤波板的作用是减小400Hz输出电压的谐波，飞机要求较高的供电品质，因此大修时，滤波板需要更换全新的。

继电器线路板的二极管，继电器等元件已经老化。如需大修，为了保证可靠性，直接使用新的继电器板。

功率模块对于静变电源至关重要，功率模块内含有1个直流驱动模块，3块交流驱动模块。交流驱动板用于驱动IGBT，控制IGBT完成复杂的电力变换工作，交流驱动板的触发电压的稳定对于电源的运行稳定起到决定性作用，电路板上电容等诸多元器件寿命达到预期，因此大修时，需要更换以上驱动板。

辅助接口板上还有3个电解电容，用于滤波和储能，考虑到元器件的寿命，需要更换整个辅助接口板。

输出反馈板，含有电容、集成块、电阻等，器件老化，大修时也需要换新的。

处理器模块上的锂电池寿命为8-10年，锂电池电压不足时，无法保存电源的设置参数。其上的三端稳压管输出的电压为内部直流控制电压，该电压由电解电容进行滤波，因放置时间过长，电容值会发生变化，进而影响电压的稳定。处理器板的元器件种类，数量繁多，为保障可靠性，使产品故障率最低，大修时要换新的处理器模块。

（2）电子封装焊点失效

一般认为， 电子封装的失效是缺陷在热、机械、电磁或化学载荷作用下的萌生、聚集与长大的过程， 是应力/应变的函数， 失效同时也是材料、界面和电子封装结构形状的函数。

焊接针脚有锈蚀，PCB板受热与受潮会导致板材变形进而引起焊点受到应力开裂形成虚焊，其中焊角起裂是最主要的形式，这种起裂常常发生在焊料与基板的界面， 器件引线与焊料界面的起裂比较少见。

根据IPC-A-610国际标准中对焊点的要求，已经锈蚀或开裂的焊点需要重新焊接，工作量大，难度很高。

（3）电路板电化学迁移现象

电子封装的小型化使得导线之间，焊点之间，连接器之间及芯片引脚之间的间距更小，由于工作环境温度，湿度，空气中尘土颗粒、腐蚀气体、电场强度等因素的影响，很容易形成电化学迁移，从而导致绝缘失效。电化学迁移是电子系统内一种典型的电化学腐蚀形式，发生在具有电位差且被薄层水膜连接的两个易感导体之间，其中阳极金属溶解，溶解的金属离子在电场力和浓度梯度的作用下向阴极迁移，并在阴极得电子形成金属沉淀物，沉淀物向阳极生长，即形成树枝状晶体，导致绝缘性能下降甚至引发短路引起故障。

（4）电源内的電缆需要全部换新。

内部动力电缆的寿命与首翻期相同，大修时更换所有电缆以及内部的导线等。

（5）电源内的变压器等需要重新检测。

电源内部的输入电抗器，输入移相器，输出变压器，辅助模块变压器需要检验绝缘性能与耐压性能。

（6）电源的其他机械结构需要翻新。

电源内的铜排需要除锈、电镀。设备外壳老旧，需要清除内部锈迹，外壳重新喷漆，成本比更换一个新罩壳要高。对于一些生锈的局部，则无法达到理想的处理效果。

操作面板破旧，按钮卡滞需要更换。电源的支架长期风吹日晒，锈蚀，需要拆下，换成新的。

总结：旧静变电源内部各模块上的电容需更换，PCB板上的焊点需要检查并重新焊接，各元件绝缘电阻需要重新测量，大部分模块需整体更换，由于生产时间久远，采购困难，即使能重新生产，后期再进行维护也十分困难，机械结构。

2.2人工成本

（1）将静变电源内部的器件进行拆下，这相比直接装配新的静变电源是增加的一道工序。

（2）技术工人要对拆下的散热器进行清理，这是增加的工序。

（3）技术工人在装配过程中，需要重新熟悉淘汰的产品的图纸，增加的工时。

（4）技术管理部门需要将早期图纸重新下发，增加技术管理的人工成本。

（5）技术人员要对无法采购到位的器件寻找替代型号，需要重新设计安装布局，并做实验考核性能是否合格。增加了技术工程师的用工成本和试验器件耗损成本。

（6）一些不可控的附加成本增加，该产品已淘汰，重启生产部分零部件会增加不可控的成本。

综合考虑，大修产品的销售价格将比新品电源的销售价格至少高出25% 。

2.3后期维护成本

（1）该产品已被新型电源代替，属于落后的产品，已经停产多年，内部一些重要的线路板（ACM，DCM板）不会大批量生产，大修的时间周期较长。内部原装的器件采购周期长，甚至停产。

该型号输出接触器已经停产，其他可替代型号的接触器，由于安装孔不一致，需要根据安装位置重新打孔。该接触器若能继续使用，则要考虑大修后的更换问题。

（2）后期维护、维修不便。时间成本增加。

从售后服务及时率上考虑，对该批产品进行大修与换新电源相比处于劣势。

综合考虑，大修产品的生产周期将比新品电源的生产周期至少高出200% 。

2.4使用成本

（1）与换装新电源在可靠性上处于劣势。

电源的可靠性模型为串联系统模型，即整机的可靠性是各部分的可靠性的综合，大修产品的可靠性比新产品可靠性低，这意味着，大修产品的故障率偏高。这对于使用方也说大大增加了管理成本。

（2）产品大修后，仅能够使用2年的时间，就到达了推荐的报废年限。这意味着产品折旧率非常大，使用非常不经济。所以，该批静变电源没有大修的价值。

2.5使用风险

（1）大修仅针对电源产品自身，对于辅助部分的产品无法进行大修，最显著的风险源是，廊桥导轨下的静变电源的动力电缆，输出电缆，上级配电箱等。电缆在长期拖拽、折弯的情况下，绝缘性能下降，外表皮裂纹，铜芯老化，电阻增加。市电供应质量不能保证非常稳定，存在风险，当电压产生波动，超过额定电压，电缆会出现漏电的危险，对于稍大负荷的情况下，电缆就会起火，影响人身安全和飞机用电安全。一旦发生火灾，影响非常恶劣。

（2）存在不易发现的风险源，由于整套电源系统并没有定期使用，检查，维护，保养，该条件下安装大修产品，存在诸多潜在的不易发现的风险源，而不能进行风险识别，就无法进行风险防范。一旦出现事故，影响必定是严重的。最安全可靠的方式是更换整套新的电源系统。

（3）由于大修产品在可靠性方面不如新产品，出现不宜排查的故障风险大。

2.6使用限制

越来越多的机场要求配备机场设备集中监控系统，该系统可及时发现设备故障，保证运行效率。旧产品不能满足集中监控的需求，不能适应新时代的发展，为其新开发增设监控模块费用高昂。

3 设备更换

新机品质比照旧机性能有很大提升，设备的行业标准于2014年换用新标，采用《飞机地面静变电源》（MH/T6018-2014）替代原有的（MH/T6018-1999），技术要求有更大提升，当前购置新机执行行业新标。新航空器的用电量更大，需要多组静变电源供电，对短时间内过载要求也有提高，国际上最新机型要求达到4倍过载。

购置新机，配置选择更为灵活，对于输出电缆的收放方式，可以采用主流的电动辊筒方式，比照旧方案，提升了使用的便利性。

管控成本，可以用新机出厂检查替代冗长的换件大修的质量管控，效果更可靠，环节更简练，成本更低廉。

集中设备监控管理的便利，新设备更加适应当前的设备监控系统，便于设备监管、计费管理、故障上传。

4综合对比

5总结

换新品静变电源在制造费用、管理费用、生产周期、维护周期、风险控制、使用安全性和产品可靠性上均处于明显劣势，建议将该批次电源报废，换装新的静变电源。新的静变电源生产周期短，技术成熟度高，依据最新的标准设计，维护成本低，机场设备管理更加方便，飞机用电更加安全可靠。

6参考文献

1）IPC-A-610标准

2）铝电解电容器工程技术，林学清，洪雪宝，厦门大学出版社，

3）电子封装焊点可靠性及寿命预测方法_李晓延，严永长，机械强度2005.27（4）

4）尘土中可溶性盐导致高密度电路板电化学迁移失效的建模研究_谢琪

5）影响点解电容寿命的因素，崔万恒，电源世界，2004.04

6）尘土中可溶性盐导致高密度电路板电化学迁移失效的建模研究，谢琪，北京邮电大学硕士论文，2017.12

7）城市轨道交通能馈式牵引供电系统可靠性、疲劳损伤评估及维护维修方法研究，卢西伟，北京交通大学博士论文，2011.01