一、控制系統(tǒng)接插件故障情況
接插件是DCS系統(tǒng)重要的配套元器件，從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、機(jī)柜、印刷電路板到每一個(gè)可更換的各獨(dú)立單元，成千上萬的接插件如同人的神經(jīng)系統(tǒng)分布于各系統(tǒng)和部位，擔(dān)負(fù)著DCS系統(tǒng)的電能傳輸、信號(hào)控制與傳遞。任何一個(gè)接插件故障都將導(dǎo)致整個(gè)DCS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DCS系統(tǒng)接插件故障對(duì)確保發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。表1列出了1996~2003年上海電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組因DCS系統(tǒng)接插件故障引起的次停機(jī)停爐事件。
二、DCS系統(tǒng)接插件常見故障及危害性
DCS系統(tǒng)接插件是一種為電纜(包括通信電纜)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，而且必須接觸可靠;對(duì)絕緣部位不該導(dǎo)通的地方必須可靠絕緣。現(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，概括出下面三種接插件常見故障。
1.接觸不良
接觸件是接插件的核心零件，也是接插件的導(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(hào)線的電壓或電流信號(hào)傳遞到與其相配的接插件插座(或插頭)對(duì)應(yīng)的接觸件上。故接觸件必須具備優(yōu)良的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可靠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(jì)不合理、材料選用不當(dāng)、機(jī)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，以及貯存使用環(huán)境惡劣和操作使用不當(dāng)?shù)仍?，都?huì)在接插件的接觸部位和端接部位造成接觸不良。

表1中的案例1、2為某電廠兩臺(tái)機(jī)組因通信接插件接觸不良造成的2次MFT動(dòng)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(jī)動(dòng)作。通過對(duì)這三個(gè)接插件酌現(xiàn)場模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一且稍有振動(dòng)，個(gè)別插針接觸電阻就會(huì)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，使插拔力減小。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)無法正常工作而跳機(jī)。
2.絕緣不良
絕緣體的作用是使接觸件保持正確的位置固定和排列，并使接觸件與接觸件之間、接觸件與殼體之間相互絕緣。因此，絕緣體必須具備優(yōu)良的電器性能、機(jī)械性能和工藝成型性能。特別是隨著高密度、小型化接插件的廣泛采用，有些插針間的間距接近lmm甚至更小(達(dá)0.5mm),這對(duì)絕緣體材料、注塑模具精度和成型工藝等提出了更高的要求。如果絕緣體表面或內(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(huì)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(duì)表1中的案例4進(jìn)行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)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(gè)別焊接線開始腐蝕，個(gè)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多余物粘連在一起引起的。
另外，2001年在某電廠鍋爐汽包水位保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)三取二保護(hù)邏輯失效。經(jīng)反復(fù)檢查測試發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致三取二邏輯失效的原因是接插件異常引起的。測試表明，部分插針間的絕緣電阻只有幾十歐姆。遂對(duì)CT-24插頭進(jìn)行解體檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于在焊接連接導(dǎo)線時(shí)因電烙鐵停留時(shí)間過長，部分固定插針的塑料絕緣體溶化變形，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的現(xiàn)象。經(jīng)過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(duì)連接器殼體通常也為伸出的接觸件提供精確的對(duì)位、對(duì)中和保護(hù)，同時(shí)還具有安裝定位、鎖緊固定在設(shè)備上的功能。固定不良，輕者影響可靠接觸而造成瞬間斷開，重者會(huì)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(jì)、工藝等原因，在振動(dòng)、沖擊等環(huán)境條件下導(dǎo)致插頭與插座之間、絕緣體與殼體之間或插針與插孔之間的不正常分離，造成控制信號(hào)的抖動(dòng)丟失或中斷。表1中案例3、6、7、8就是由于TSI(汽輪機(jī)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng))的小型圓形插頭在使用中因振動(dòng)導(dǎo)致插頭和插座之間出現(xiàn)輕微的分離，造成測量信號(hào)抖動(dòng)丟失引起的。對(duì)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(jìn)行檢查和維護(hù)，切不可因小失大。
上述三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、破傷，絕緣體毛刺，接觸件加工粗糙、變形，定位鎖緊配合不嚴(yán)、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(jìn)行仔細(xì)的檢查，通常能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除。
三、防止接插件故障的對(duì)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(xiàng)，并依據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格檢查、檢驗(yàn)和把關(guān)。近年來，西方一些知名企業(yè)開始實(shí)施"6σ"質(zhì)量管理策略。"其含義是:"對(duì)于缺陷(差錯(cuò))數(shù)，6σ就是要求將缺陷(差錯(cuò))率控制在百萬分之三、四之內(nèi)"，即每操作一百方次或抽查一百方個(gè)產(chǎn)品，其差錯(cuò)或不合格率只允許為3-4個(gè)，這是近乎完美的目標(biāo)。6σ管理是保持和獲得企業(yè)經(jīng)營上的成功并將其營業(yè)額最大化的綜合管理體系和發(fā)展戰(zhàn)略，它能嚴(yán)格、集中、高效地改善企業(yè)質(zhì)量管理策略的實(shí)施，以"零缺陷"為完美追求目標(biāo)，帶動(dòng)質(zhì)量成本的大幅度降低。
2.工做好故障原因分析，不斷提高可靠性
要積極開展和加強(qiáng)接插件的可靠性研究、試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)工作，力求掌握接插件的可靠性指標(biāo)，不斷提高控制系統(tǒng)的叫靠性。為此，要培養(yǎng)和造就批具有豐富經(jīng)驗(yàn)的故障原因分析技術(shù)人員，不僅能準(zhǔn)確分析。定位生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，而且能及時(shí)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。對(duì)使用中發(fā)生的質(zhì)量和可靠性問題(包括時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境、故障現(xiàn)象、故障部位等)應(yīng)有正確。可靠的記錄并及時(shí)進(jìn)行反饋，以便通過故障分析找出故障原因，采取有效的預(yù)防措施，這是提高接插件可靠性最有效的方法。
3.抓好工藝裝備和檢測設(shè)備的技術(shù)改造
通過近幾年對(duì)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。必須采用先進(jìn)的年產(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(dòng)點(diǎn)膠機(jī)完成這一工序。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)可作X、Y、Z三軸平面及立交運(yùn)行，涂膠時(shí)間和行走速度通過可編程控制器進(jìn)行設(shè)定。另外，不少制造廠用硅碼測定總分離力，用標(biāo)準(zhǔn)插針加法碼測定單孔分離力，用吊硅碼測定壓接導(dǎo)線拉脫力，用手工插拔測定機(jī)械壽命。這些檢驗(yàn)項(xiàng)目均可用全自動(dòng)插拔力試驗(yàn)機(jī)完成。該試驗(yàn)機(jī)可準(zhǔn)確控制插拔行程、速度、次數(shù)、暫停時(shí)間等參數(shù)，能高精度地進(jìn)行單孔分離力、總分離力、機(jī)械壽命和壓接導(dǎo)線拉脫力等試驗(yàn)。
4.做好質(zhì)量驗(yàn)收和檢驗(yàn)工作
接插件的質(zhì)量驗(yàn)收項(xiàng)目很多，對(duì)用戶來說有些項(xiàng)目很難進(jìn)行，因此要求接插件廠家提供詳細(xì)的出廠檢驗(yàn)報(bào)告，以便用戶進(jìn)行驗(yàn)收確認(rèn)。但對(duì)絕緣電阻和接觸電阻等，用戶可在現(xiàn)場進(jìn)行測試。一旦發(fā)現(xiàn)滿足不了規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)和要求，就應(yīng)堅(jiān)決剔除，以免留下隱患造成不可彌失的損失。表2給出了典型接插件的主要技術(shù)指標(biāo)。

四、接插件可靠性檢驗(yàn)/測試
為確?？刂葡到y(tǒng)接插件的質(zhì)量和可靠性，預(yù)防致命失效發(fā)生。應(yīng)做好如下預(yù)防性檢驗(yàn)/測試。
1.預(yù)防接觸不良
(a)導(dǎo)通檢測
由于條件限制，此項(xiàng)試驗(yàn)用戶大多不做。用戶裝機(jī)后，一般常用蜂鳴器、萬用表或指示燈等測試儀器手工逐點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)通檢查。由于繁瑣枯燥、易疲勞，還需對(duì)照接線表、芯線號(hào)，極易造成漏檢，錯(cuò)檢。建議借助導(dǎo)通檢測儀對(duì)接插件進(jìn)行100%的導(dǎo)通檢測。如NAC公司的NM-SP導(dǎo)通儀"具有迅速判明每個(gè)接點(diǎn)是否斷路、短路、誤配線和防止漏檢等功能，只要漏掉一點(diǎn)，就不會(huì)發(fā)出合格的聲光指示信號(hào)。
(2)瞬間檢測
控制系統(tǒng)接插件有不少是在動(dòng)態(tài)振動(dòng)環(huán)境下使用的。試驗(yàn)證明，僅進(jìn)行靜態(tài)接觸電阻檢驗(yàn)是否合格。并不能保證動(dòng)態(tài)環(huán)境下使用時(shí)的可靠接觸，因?yàn)橥佑|電阻合格的接插件在進(jìn)行振動(dòng)、沖擊等模擬環(huán)境試驗(yàn)時(shí)仍出現(xiàn)信號(hào)瞬間中斷現(xiàn)象。建議進(jìn)行100%動(dòng)態(tài)振動(dòng)試驗(yàn)，考核其接觸可靠性。NAC公司的NM-llA導(dǎo)通儀配有便攜式小型電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，它有10個(gè)平行獨(dú)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(shí)間(μs級(jí))，可模擬產(chǎn)生100Hz以內(nèi)的低頻振動(dòng)，因此可用于接插件的瞬間動(dòng)態(tài)接觸檢測。
(3)單孔分離力檢測
單孔分離力是指在插合狀態(tài)下接觸件由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)的分離力，用來表征插針和插孔正在接觸。試驗(yàn)表明，單孔分離力過小，在受振動(dòng)、沖擊載荷時(shí)有可能造成信號(hào)瞬斷。用測單孔分離力的方法檢查接觸可靠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，測量其接觸電阻往往仍合格。為此，建議生產(chǎn)廠家應(yīng)對(duì)關(guān)鍵接插件進(jìn)行自動(dòng)插拔力測試，防止因個(gè)別插孔松弛而造成信號(hào)瞬斷。
2.預(yù)防絕緣不良
國內(nèi)許多接插件生產(chǎn)廠由于資金原因仍采用早期的單參數(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(dòng)電性能檢測儀采用自動(dòng)邏輯切換電路，一次插合即可快速、準(zhǔn)確地完成導(dǎo)通、絕緣、耐壓和瞬斷等參數(shù)的自動(dòng)檢測。此外，還可在計(jì)算機(jī)中設(shè)定試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)時(shí)間、漏電流、 絕緣電阻閥值等參數(shù)，能將被檢接插件與記憶的內(nèi)存樣品信息進(jìn)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(dòng)態(tài)檢查，它要求同一系列相配的插頭和插座都能進(jìn)行相互插配連接。通過互換性檢查，可以發(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?；Q性檢查的另一作用，是通過螺紋、卡口等的插拔連接及時(shí)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(shí)由于這些多余物而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(hào)及電源連接的重要器件，具有連接牢固、操作方便的特點(diǎn)，但選用不當(dāng)或使用時(shí)間一長，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如接觸不良、脫落、腐蝕等問題，尤其在有振動(dòng)的地萬更應(yīng)慎重。在必須使用接插件連接的地方應(yīng)注意:(1)能用少量的多芯插頭時(shí)，絕不用大量的單芯插頭;(2)為防止連接松動(dòng)，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(hù)、檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)更換。這些措施對(duì)改善接插件的可靠性、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)故障并導(dǎo)致停爐跳機(jī)事件發(fā)生的重要手段。
五、結(jié)束語
近年來，由于控制系統(tǒng)接插件故障引起的停爐跳機(jī)事件時(shí)有發(fā)生，這就提醒人們一方面要重視控制系統(tǒng)接插件的質(zhì)量指標(biāo)和維護(hù)保養(yǎng)，盡可能選用高可靠性接插件(如柔性插合，接觸穩(wěn)定可靠的接插件);另一方面要盡可能利用DCS強(qiáng)大的邏輯判斷功能，一旦檢測到信號(hào)抖動(dòng)、突變、丟失等異常狀態(tài)，立即將其隔離、報(bào)警并保持此前信號(hào)的原有狀態(tài)，以減少因接插件異常等原因引起的停爐跳機(jī)事件的發(fā)生，確保機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。