集成电路可靠性范文

集成电路可靠性篇1

【关键词】 分布式电源 配电网可靠性评估 最小割集算法

1 引言

本文采用改进的最小割集算法对含分布式电源的配电网进行可靠性评估。然后将分布式电源接入传统典型配电网，计算了分布式电源接入前后可靠性的各项指标，验证了分布式电源在改善电网可靠性方面的作用，同时分析了不同数量、不同种类的分布式电源对配电网可靠性的影响。

2 最小割集算法

最小割集法将计算限定在最小的范围之内，这样能够降低计算工作量。由于每个割集中的元件都是相互关联的，运用最小割集法时，首先要对最小割集进行确定，搜索出负荷点到电源点的供电路径。对于满足并联关系的割集内部元件，计算出并联系统的可靠性指标，公式如下：

（1）

（2）

（3）

式中：

为并联系统的年平均停电时间;

为元件Ei的年平均停电时间;

为并联系统的平均停运持续时间;

为并联系统的故障率;

为元件的平均停电持续时间。

3 基于改进最小割集法的配电网可靠性评估

本章假设在负荷总量不超过发电总量时线路的潮流不会出现过载，即认为孤岛能够形成。由于负荷也是随时间变化，考虑到计算的精度和快速性，可以用文献[4]介绍的方法，将负荷分为10个等级水平，并计算出各个负荷水平出现的概率。由于DG发电量的不确定性和负荷的随机变化性，使得在发生故障后孤岛不能总是形成，孤岛的形成具有一定的概率性。

当发生上行故障时，孤岛形成的概率用公式表示为

（4）

式中

为孤岛形成的概率;

为DG的发电量不小于某一负荷水平的累积概率;

为负荷在某一水平的概率;

为DG的故障率。

因此，由全概率公式可以得到，孤岛内负荷点LP的可靠性指标计算公式为：

（5）

（6）

10

式中

为孤岛范围内的负荷点的故障率;

为孤岛范围内的负荷点每次故障平均停电持续时间;

为孤岛范围内的负荷点年平均停电时间;

为配电网不带DG时负荷点的故障率;

为配电网不带DG时负荷点的年平均停运时间;

为配电网带DG且孤岛能够形成时岛内负荷点的故障率;

为配电网带DG且孤岛能够形成时岛内负荷点的年平均停运时间。

对于孤岛外的负荷点，由于没有DG继续为其供电，因此可以按照传统配电网最小割集评估方法进行计算。

4 算例分析

4.1 算例

以IEEE-RBTSBus6系统主馈线F4为基础，在分支线19和25处加入2处DG。当上游供电路径发生故障时，通过断路器操作，形成孤岛1和孤岛2继续给岛内负荷供电，如图1所示。图中LPi表示第i个负荷点。

该系统有23个负荷点、1个隔离开关、23台配电变压器、4台断路器、23个熔断器（装设在负荷线路首端）。隔离开关操作时间为20分钟。

4.2 采用最小割集算法计算可靠性

运用本章提出的方法，对图1所示的配电网进行仿真计算，研究加入分布式电源前后对配电网供电可靠性指标的影响。

方案一：不考虑分布式电源的作用，计算出的负荷点可靠性指标，如表1所示。

方案二：设两处DG均采用微型燃气轮机，其故障率为4%，分别计算了1台、2台和3台微型燃气轮机后的可靠性指标（如表2所示）。

方案三：设两处DG均采用风力发电机组WTG，表3列出了这种方案下分别计算了加入1台、2台和3台WTG后的的负荷点可靠性指标计算结果。

从三种方案的可靠性指标计算结果可以看出：

（1）有DG和无DG的方案相比，DG的接入只对孤岛内的负荷点可靠性有影响，能使孤岛内的负荷点的故障率和年平均停运时间减小，并且显著提高系统可靠性。

（2）随着接入DG数量的增多，孤岛形成概率增大，负荷点的故障率和年平均停运时间降低，负荷点的供电可靠性提高。

（3）随着接入DG数量的增多，其对系统可靠性指标的改善程度逐渐变小，因此可以综合考虑经济成本、环境等各方面的因素，以决定DG的投运数量。

（4）程序的运行结果表明，该方法计算简单快速，但是欠缺灵活性，不能解决各种状态下的可靠性指标计算问题，例如若孤岛采用按等级切负荷措施以保证孤岛继续运行时，这种运行状态下的可靠性指标就无法计算了。

参考文献：

[1]黄伟，孙昶辉，吴子平，等.含分布式发电系统的微网技术研究综述[J].电网技术，2009.33（9）：14～18.

[2]张勇，吴淳.分布式发电在配电网中的优化配置[J].电力系统保护与控制，2010，38（11）：33～37.

[3]刘传铨，张焰.计及分布式电源的配电网供电可靠性[J].电力系统自动化，2007，31（22）：46～49.

集成电路可靠性篇2

【关键词】铁路信号组成影响因素

铁路信号系统是以标志物、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备，其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。随着我国铁路建设的高速发展，信号系统的技术和设备研究显得日益重要。铁路信号系统不仅要满足线路本身的设计标准要求， 同时要满足区域间的接入条件，在其设置上不仅要要考虑近期运行条件，同时要为远期规划等技术更新预留空间。

1 信号系统构成

1.1 行车调度指挥系统

随着信息系统、特别是电子技术的发展，现代行车调度系统通过计算机技术、通信、控制、信息及决策技术，实现了列车远程实时监视、追踪、控制和管理等的自动化处理。近年来，随着TDCS（列车调度指挥系统）的改进和新一代分散自律调度集中系统研发成功，行车调度指挥自动化系统技术获得了长足发展，取得了巨大的进步。列车运行计划编制和调整及列车运行监视和管理是TDCS的主要内容，而列车运行控制则是调度集中的核心，因此，行车调度指挥系统主要是由TDCS和调度集中系统构成的。TDCS由不同站段的分机和站段或路局总机衔接起来，形成路网调度的主要组成部分。

1.2 闭塞系统

闭塞就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，与此有关的设备和技术形成铁路信号闭塞系统。我国铁路现行的基本闭塞设备分为自动闭塞、自动站间闭塞、半自动闭塞。自动闭塞是同列车自动完成闭塞作用的一种闭塞，半自动闭塞是通过装在两个相邻车站的闭塞机、出站信号机及专用轨道电路所构成的一种闭塞。

车站除了正线以外，还配有到发线、牵出线等其他线路，因此把各种车站称之为有配线的分界点，而无配线的分界点，为非自动闭塞区段在两个车站间设置的线路所，以及自动闭塞区段为在两车站间划分成若干个闭塞分区而设置的色灯信号机。这里的线路所和色灯信号机就是无配线分界点，自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落叫做闭塞分区。

1.3 车站联锁系统

（1）信号机。信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，用以指导铁路行车，与线路的闭塞系统密切相关。信号机的选择上一般各站的进站、预告、正线出站等列车信号机，以及专用线、机走线、牵出线等处进锁区的防护调车信号机原则上采用高柱信号机，其余信号机（含桥上及隧道内预告信号机）采用矮型。

（2）站内联锁。车站联锁是利用机械、电气自动控制和远程控制的技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔形成相互具有制约关系。接轨站及新建各站易采用硬件冗余结构的计算机联锁设备，显控多采用鼠标+彩显方式。

（3）轨道电路及站内电码化。新建各站越来越多地利用97型25HZ相敏轨道电路。站内正线电码化采用叠加预发码方式，到发线采用叠加发码方式，发码设备采用。ZPW-2000系列移频电码化设备。部分接轨站结合原发码方式进行改造。

（4）转辙及电源设备。转辙设备一般根据站场设计的道岔类型进行配套，采用智能综合信号电源屏。

（5）信号集中监测系统。随着微机的推广和普及，新建各站配备信号微机监测系统，并联网至相关电务集中监测系统，当接轨站既有微机监测设备不满足要求时，要对其升级改造。（6）信号设备综合防雷系统：按铁道部有关标准和规范要求，在各站信号设备房屋处需新设信号设备综合防雷系统。

2 故障因素分析

2.1 设备系统可靠性

近年来铁路信号产品的研制、生产、验收、使用、维护过程中的可靠性管理等引起广泛重视。影响设备系统可靠性的因素主要表现在，标准规范过少且提法简单、缺少可靠性模型的选择、可靠性指标不够全面等众多方面。基于上述原因，需要广泛开展可靠性工程。可靠性是一门系统工程，涉及产品全寿命周期的各个阶段，从方案论证、研制设计到生产制造、使用维护，一直到寿终报废，可靠性都贯穿始终；建立第三方可靠性评估机构，通过该制定标准，审核设计单位的可靠性设计方案，及可靠性验证以确保设备的可靠性。整体来说，我国铁路信号系统中可靠性应用还处于初期阶段，很多项目有待深入发展。

2.2 电气化条件对信号系统的影响

作为弱电系统，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统， 它具有额定电压高、牵引电流可达到数百安培甚至上千安培、电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式。不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。

2.3 电缆电源对信号系统的影响

信号电源（俗称双电源）是铁路行车信号指示灯的供电电源，属于一级负荷。信号电源一般由自动闭塞电力线路（简称自闭线）和贯通电力线路（简称贯通线）两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。信号电源、电缆等受到自然环境、运行管理方式等因素的极大影响。

2.4 外部因素对信号系统的影响

每一个系统都有其固有的结构和组织形式，各组成部分不仅受设备本身技术水平和实现方式的影响，同时也受外部环境的影响。铁路信号设备的信号采集除来自列车和轨道系统外， 车站和区段调度所还通过强风、雨、雪检测器及立交处防落物检测器采集的信号发出限速或停车指令；人的因素是铁路信号系统的主导因素，不论在列车正常运营的管理、信号的采集分析和判断以及指导铁路运输作业方面，还是在非正常运营条件下对设备的维护保养，特别是局部区段发生故障后的信号处理和指挥，这些都直接影响着列车的运输等。

3 结语

随着铁路建设，特别是高速铁路建设投资的不断加大，我国铁路各项技术研究取得巨大的成绩，部分技术和设备研究成果已经跻身于世界铁路强国之列。由于铁路信号系统是一个庞大的有机体，不仅受内部设备和技术水平的限制，同时受外部条件的约束，因此，寻求最优的组合方案，才能在经济技术可行的条件下，实现跨越式发展。

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集成电路可靠性篇3

1 配网通信系统的要求

配网自动化系统就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的系统。通信系统是配网自动化系统中的重要系统。配网自动化系统要通过可靠的通信手段,将控制中心(主站)的控制命令下发到各执行机构或远方终端,同时将远方监控单元(rtu、dtu、ttu、ftu等)所采集的各种信息上传至控制中心(主站)。通信系统的好坏很大程度上决定了配网自动化系统的优劣。为满足配网自动化的要求,通信系统必须满足以下要求:

(1)通信的可靠性。(2)通信的实时性。(3)通信的双向性。还要考虑通信系统的建设费用、系统的可扩充性、使用和维护的方便性。

随着gprs无线通信技术的发展,为配网自动化的通信系统提供了新的解决方案。

2 gprs系统概述及特点

gprs 是通用分组无线业务(general packet radio service)的简称,是在现有gsm系统上发展出来的一种高效、低成本的移动数据通信业务。gprs系统具有以下特点:

(1)永远在线。(2)高速传输。(3)组网简单、迅速、灵活。(4)按流量计费。

3 gprs无线通讯系统的组成

gprs无线通讯系统由远程终端、数据传输网络、监测中心三部分组成。

(1)远程终端:

远程终端位于配电网联络、分段开关等设备位置,通过rs-232/422/485接口直接连接到开关上,实现对开关参数的采集、存储、预处理,经过tcp/ip协议封装加密后,通过内嵌式gprs模块将数据发送到gprs网络最近的bss移动基站,通过gprs网络传送至监控中心,实现设备和监控中心系统的实时在线连接。同时,远程终端还可将监测中心发送的遥控指令传给开关控制模块,对开关进行控制操作。

(2)数据传输网络:

远程终端采集的数据经处理打包后转换成在公网数据传送的格式,通过gprs无线数据网络进行传输。gprs网络通过sgsn(serving gprs support node gprs服务支持节点)、ggsn(gate gprs support node gprs网关支持节点)设备与gprs运营商路由器连接。gprs运营商路由器与监控中心通过ddn数字数据网专线连接。

(3)监测中心

监控中心服务器申请配置固定ip地址,采用gprs运营商提供的ddn专线,与gprs网络相连。数据传输到监控中心后对接收的数据进行还原处理。

4 gprs可以满足配网自动化的要求

根据配网自动化对通信系统的要求,下面从通信的可靠性、实时性、双向性讨论gprs无线通信方式是否能满足配网自动化的要求。

(1)通信的可靠性。

目前,gprs无线通信方式已在电力系统中大量应用,如配电变压器综合测试系统、负控系统。大量的实践表明,gprs无线通信方式的可靠性完全能满足可靠性的要求。

(2)通信的实时性和双向性

gprs网络接入速度快,支持中、高速率数据传输,可提供9.05—171.2kbit/s的数据传输速率(每用户),能在0.5 —1秒之内恢复数据的重新传输。

二、配网中tmr的应用

电网电能量目前基本采用人工读表、现场读表及部分远方拨号等传统方式采集,然后人工汇总、统计、分析、计算,效率低,不便存储、分析、应用,用电、计划、生产等部门所需的各种电量数据不完整、不及时,给各级领导和部门的分析和决策造成困惑。

建成电网电能量计量计费系统(tmr)后,可实现如下转变:

1、统一电网电能量的采集,保证全网电能量数据同源一致,避免重复投资和交叉管理。

2、电能量全过程自动采集、处理、存储、输出,减轻了用电、计量、计划、调度、负控等部门的劳动强度,为各级领导、部门提供及时、准确的服务(网上监测、查询)。

3、用电异常监测:可实时监测电能表的运行状况,通过综合分析处理,可实现用电异常告警(防窃电)。

4、可完成电量数据的分析:可按不同费率不同时段完成各类电能量的计量计费。

三、胜利油田滨南tmr系统两种方案的比较

滨南电力于2000年实行专业化管理,出口线路现归滨南采油厂维护管理。滨南配网计费系统(以下简称tmr)最早建立于2002年。当时为了采集线路出口电量,采用电能采集器采集变电所所有线路的电表电量,电台传输方式。分别在变电所安装东营万达厂家电表和东方电能采集器,电流取自线路所装断路器,一部分电表由于断路器的pt损坏造成电表读数不正确;电压取自变电所出口所装的一个三相五柱pt,另一部分电表由于变电所线路所属不同的母线,电压电流相序问题而导致电表没有读数。

1、方案的提出

为了进一步完善tmr系统,实时监控变电所出口电量,对配网tmr系统做如下方案:

方案一:在各条线路出口安装高压计量。高压计量由组合pt,电能表,通讯模块三部分组成。

主要原理:由通讯模块采集电能表数据向配网tmr系统发送数据。

估计发生费用:线路条数(65)*高压计量单价(1.5万元)=97.5万元

安装示意图如下

主要原理:由电能表计量每条线路开关的pt、ct,再由电能采集器采集电能表数据向配网tmr系统进行转发。

估计发生费用:变电所数(12)*采集器单价(4万元)+电能表(0.4万元)*线路总数(65)=74万元

三相五柱pt8台*单价(0.6万元)=4.8万元

总计78.8万元

安装示意图如下:

2、两个方案的比较

(1)调试工作:使用的电能采集器的电表需要与线路出口开关的pt以及ct有直接联系。并且关系到变电所相序问题以及ct精度问题,所以方案二的调试工作难度大。

(2)故障处理:方案一由于每条线路安装高压计量,不可避免的造成事故率的上升(组合pt的烧坏等),但是由于高压计量组成简单,能够比方案二更快的对故障进行处理,且其它的非故障线路的电表数据传输不受影响。

(3)数据准确性:方案二中由于线路出口开关老化,不能保证计量ct的准确性。并且,由于电表是由采集器统一采集,大大增加了数据的误码率。该方案最大的问题在于一旦出现问题一个变电所的所有线路的电能都无法采集。

(4)可靠性比较:方案二由于涉及采集器通讯、电能表接线以及线路开关接线等多方面技术,降低了正常运行的可靠性。而安装高压计量,比较直观简单,一条线路出现问题,其它非故障线路不受影响,运行可靠性大大增加。

(5)费用比较:根据上面所计算费用情况,安装高压计量的费用与安装采集器的费用相对要多。

四、结论及建议

通过以上分析认为,线路出口安装高压计量是简单可行的,数据传输和数据准确率也得到保证,所以建议在各线路出口安装高压计量。

参考文献:

配网自动化系统利用gprs技术进行通讯的探讨 作者吕永东刘颂菊陈建民

集成电路可靠性篇4

关键词 供电可靠性；10kV配电网；措施

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0036-02

0引言

随着人们生活水平的不断提高，人们的用电量越来越高，对电能质量的要求也越来越高。供电系统的供电质量通过供电可靠性反应，集中体现了供电企业技术水平与管理水平。供电可靠性作为供电企业的重要经济指标，是对供电企业电网建设，运行，维护的综合水平的集中体现。所以，提高10kV配电网供电可靠性对于提高电网供电质量，改善人们的用电质量有着非常重要的意义。

1 10kV配电网供电可靠性存在的问题

10kV配电网存在设备施工频繁，停电时间长的问题。随着电力建设的发展，配网基建工程，技改大修工程等越来越多，从而出现了众多预安排停电问题。同时由于当前综合停电管理制度不完善，检修停电按时计划性不够高，线路的停电审批严格性不够等现象，使得在10kV配电网在进行设备的改造检修时，停电范围广，并且，由于在停电施工之前进行的准备工作不足，在施工过程中进度比较慢，从而造成了用户停电的时间变长。

供电技术人员业务不够熟练，造成了对农网设备运行维护不足。部分供电技术人员尤其是农村供电技术人员的技术业务不熟悉，不能很好的掌握国家对施工要求，规范等，对于设备线路施工仅凭主观经验，从而使得10kV配电网线路运行时存在问题；同时，线路在运行过程中，技术人员对线路的维护不到位，造成了线路设备出现故障，从而增加了故障停电次数，进而影响到供电的可靠性。

缺乏完善的10kV配电网供电可靠性网络机构组织。用电居民和用电企业主要集中在城区，对电力的依赖性比较强，而相对来说，农村的经济还比较落后，工业也不发达，造成了农村居民用电意识不强，从而出现了重视对城区电网供电可靠性的重视，而对农村电网供电可靠性的重视程度不够。从而造成了对农村电网供电管理的不足，直接影响到供电的可靠性。

农村电网基础设施相对比较薄弱，与快速增长的农村用电量不适应。随着农村电网线路设备的改造，农网工程的建设，使得农村电网电压质量不断提高，然而随着我国农村经济的迅速发展，我国农村人民生活水平日益提高，用电量日益增加，对电能的质量要求也越来越高，另外，农村某些用电企业设备比较陈旧，能耗比较高，从而使得农村电网供电的可靠性受到限制。由于受自身因素的影响，10kV配电网具有供电的半径长，单电源供电，设备的先进性能比较差，缺乏互供能力。10kV配电网进行施工，改造，检修时，基本都需要停电，农村电网改造不彻底。

2 提高10kV配电网供电可靠性的措施

构建完善的供电企业供电可靠性管理体系。供电公司管理农网，因此，提高供电企业供电可靠性最重要的就是健全供电管理制度。作为一项复杂综合的管理工作，供电企业供电的可靠性管理需要各个部门相互配合，严格按照我国对供电可靠性的相关技术规定，建立健全农村供电可靠性管理制度，通过对供电企业可靠性标准与规范细则的制定，对供电企业的供电可靠性进行管理。针对农村电网供电可靠性问题进行分析，找出问题的原因，制定相应的措施，从而使得10kV配电网的供电可靠性不断提高。

努力提升供电可靠性管理技术人员的素质。对供电技术人员进行业务培训，只有当培训合格时，才能让其上岗。提高供电可靠性管理人员的思想意识，使供电可靠性管理人员不但具有过硬的业务能力，同时具备供电安全可靠理念。进行农村电网设备的施工时，严格按照规章规范进行施工，严格进行工程竣工验收，杜绝不合格工程的投入运行。对供电职工进行供电可靠性意识的培训，将培训贯穿于供电生产，运行，检修，停电，维护等各个环节中，不能单纯的停留于表面形式。加强理论指导，对业务进行培训，通过来回的形式进行探讨分析，供电职工要善于交流供电可靠性管理的经验，集思广益，从而不断扩充提高供电可靠性管理人员素质的渠道。

降低10kV配电网线路设备的停电。为了提高10kV配电网线路设备的正常工作水平，不断加强对设备的维护巡视的力度。对设备，线路的巡视要将责任落实到人，对10kV配电网进行常规巡视，同时重点加强对电网中运行条件差的电网的巡视；加强对电网线路夜间的巡视。按照电网设备缺陷管理制度的要求对10kV配电网实行缺陷闭环管理，严格遵循缺陷分类，保证一般的缺陷的消缺率满足超过80%，对于重大缺陷，紧急缺陷的消缺率必须达到100%。对10kV配电网线路进行负荷测试与设备测温，特别是在假日用电高峰，夏季用电高峰时，进行全面测量，同时给予测量的结果，制定线路供电可靠性整改的对策。对10kV配电网周围的违章的建筑与通道树障进行及时的清理。加强10kV配电网线路的防风，在档距比较大的线路之间增加电杆，使得其档距减少，同时将线路距离不足的线路进行改造，从而使得其抗风能力提高。对故障的查找建立逐级检查的制度。对跳闸的原因进行分析，针对瞬间的故障进行巡视，为了避免出现类似事故，对故障原因进行查找同时制定措施进行整改。10kV配电网的主干线，分支线路上安装带有重合器的柱上开关，利用时间配合同变电站的开关形成两级的保护，将故障线路与设备进行及时的隔离，从而使得故障停电的范围缩小。

加强对停电的管理，尽可能的将停电时间降低。严格按照上级下发的供电可靠性指标进行负荷类型的制定，基于基层班组工程与设备运行的实际进行年度指标的制定，从而确保指标可靠。对停电进行综合管理，按照输配电计划进行停电，尽可能的降低停电的时间。针对大型的基建工程，需要停电时，必须编写停电计划，同时要通过配电运行主管部门的同意审批之后，才能停电。将停电送电流程进行优化，从而使得停电的时间减少。加强对停电的管理，积极推进10kV带电作业，对于能够带电作业的工作提倡必须实现带电作业，从而降低停电的时间。

3 结论

提高供电的可靠性任务非常艰巨，因此，不但在加强对设备线路的改造同时，努力提升员工的综合素质，同时，利用新设备，新方法，新技术构建先进的10kV配电网供电网络，从而降低用户停电的时间，保证10kV配电网的供电的可靠安全。

参考文献

[1]郭永基.电力系统及电力设备的可靠性[J].电力系统自动，2010，9（10）：53-56.

[2]盛磊.配电网可靠性分析[J].上海电力，2011（6）：38-41.

集成电路可靠性篇5

关键词：SCA；汽车电子产品；潜电路

0引言

由于消费需求的多样性，现代汽车承载的功能越来越多，集成到整车的电子电气系统数量日益增多，汽车电子技术已然成为了汽车技术现代化的标志与趋势，其可靠性直接影响汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性。车型开发经验表明，汽车电子系统中的潜电路普遍存在，部分潜电路的激发可能会造成诸如电控系统故障报警、错误的指示、电控系统功能异常等后果。潜电路引发的问题与通常所说的故障存在一定的区别，此类问题不是因元器件本身的失效或质量问题导致，而是由于特定条件下系统中存在的非期望功能或抑制期望功能的电路被激活导致。由于必须集成到整车后潜电路才存在被激活的环境，并且潜电路隐藏在系统正常工作状态下，仅在某种特定的条件下才被激发，在常规的零部件及系统级别的测试验证中无法识别潜电路可能引发的问题，在整车级别的道路试验及功能测试中，除非通过全覆盖式枚举的测试矩阵，否则难以发现。因此，为提高汽车产品的安全性、可靠性，在整车级别中对汽车电子产品进行潜电路分析，可以有效地将隐患问题消除在设计阶段。

1潜电路分析的基本概念

潜电路（SneakCircuit，SC）又称潜藏电路、潜在通路等，指的是在部件无故障情况下，系统内可能出现的导致产生不希望有的功能或抑制需要功能的电路或信号电路，它与硬件失效无关，而是设计者无意地设计进系统的一种潜在状态。潜电路在系统中的激活常常会引发功能或指示的异常，对汽车产品的可靠性、安全性带来极大危害，因此，潜电路分析技术（SneakCircuitAnalysis，以下简称SCA）应运而生，它可以全面地分析大型复杂系统的可靠性设计缺陷和潜在问题，把问题隐患消除在产品设计阶段，从根本上提高系统的可靠性及安全性。SCA的目的是在假定所有部件均正常工作的情况下，分析可能引起功能异常或抑制正常功能的潜在电路，为设计优化提供依据。早在1967年，阿波罗登月计划中，为了提高系统安全性和可靠性，美国国家宇航局就投资进行了潜电路分析技术的研究，并由波音宇航公司承担，经过多年的摸索与实践应用，波音公司建立起了一套相当完善的潜电路分析体系，并通过实践证明SCA是用来规范地和系统地识别出大型复杂电气/电子系统全部潜在电路的唯一有效的分析方法。SCA目前在军事、航空、航天领域广泛应用，根据笔者了解，在汽车领域暂未形成系统性的应用。潜电路一般分为四种类型：①潜在回路：产生不希望的功能或抑制需要功能的电流或信号回路。②潜在定时：在不希望的时刻产生或抑制所需要功能的能量或电流。③潜在指示：一种错误或不明确的状态和数据显示，它可能导致操作者采取并不需要的动作。④潜在标号：一种含糊不清或错误的名称或功能指示，它可能导致操作员向系统施加错误的激励。与军事、航空、航天领域不同的是，在汽车（特种车辆除外）的使用运行过程中除了故障、提示信息外，很少有需要驾驶员根据指示或标号来采取不同驾驶动作的功能设计，且从各项目开发经验分析，汽车电子产品设计中潜电路所带来的问题主要由潜在回路引起。

2潜在电路分析方法

在军事工业领域，具有规范的潜电路分析方法以及基于完善的预处理数据及网络树可通过自动化的分析软件实现潜电路的分析，所需人力、时间、成本均是汽车开发项目所不能承受的，但在汽车电子产品开发过程中可以借鉴军事工业领域的SCA方法，在现阶段可以通过简化SCA方法后在汽车产品设计阶段给以实施应用。潜电路分析其本质是根据系统线束回路的拓扑结构，探测和发现电路中存在的非设计预期的工作回路，其分析主要步骤为资料收集、电路网络树构建、电流路径分析及潜电路抑制。

2.1资料收集进行潜电路分析

需要收集整车所有部件的输入输出电路接口、整车电气原理图等资料，并同时应对各部件的工作原理及控制逻辑进行了解。

2.2电路网络树构建

基于整车原理图及各部件输入输出接口电路，对整车电路进行拓扑结构整理及简化，其基本步骤如下：①拓扑结构整理：从详细的电气原理图及接线表出发，对电路拓扑结构进行整理，按照上端为电源线、下端为接地的方式对各系统电路进行分块，初步形成SCA网络树。②电路简化：去除原理图中接插件、线路板、接线点、屏蔽线等与电路功能无关的接点。

2.3电流路径分析

在简化的原理图中对所有接点进行编号（如0、1、2、…），并对存在的电流路径进行标记（如023）形成电流路径表，将满足以下条件的回路标记为无效回路：①既不存在电源，也不存在可以等效为电源元件（如电容、电感等）的无源回路；②开关器件与单一电压源、电阻、电感和电容元件相串联的单一元件回路；③单一开关或开关元件组合形成的开关回路；④电流具有单向性的电路中，处于电流单向元件电流截止工作状态的回路。

2.4潜电路抑制

针对分析结果，对潜电路所产生原因进行分析，并对设计方案进行优化整改。

3总结

汽车为一个高度集成的复杂电子电气系统，具有高可靠性、高安全性的要求，汽车电子产品集成设计人员应正视潜电路的存在，同时也应对潜电路的特点及危害有深刻的认识，需在设计阶段尽量避免引入潜电路。潜电路分析是一项繁琐而复杂的工作，应完善和改进潜电路分析方法，有助于发现设计中的疏忽和错误，提前更改并完善设计方案，减少后期设计变更带来的时间、成本上的浪费。

参考文献：

[1]李国华，胡昌华，叶雪梅，张伟，刘涛.潜在通路分析技术的发展[J].安全与环境学报，2004（01）.

[2]周涛，胡昌华，夏启兵.可靠性工程中的潜在通路分析技术[J].电子产品可靠性与环境试验，2003（01）.

[3]严殿启.潜通路分析技术[J].导弹与航天运载技术，2000（01）.

集成电路可靠性篇6

随着科技的不断发展，信息处理效率的提高，微电子器件的尺寸越来越小，这使得微电子器件的可靠性问题逐渐凸显出来.微电子器件可靠性主要受四个方面的影响：栅氧化层、热载流子、金属化、静电放电.通过对国内外现状的分析，主要介绍了影响微电子器件可靠性的四个主要因素及其产生原理，并提出了提高微电子器件可靠性的解决方案及措施.

关键词：

微电子器件； 可靠性； 热载流子； 静电放电

中图分类号： TN 406文献标志码： A

目前，飞速发展的微电子技术和不断缩小的器件尺寸，都使得由于器件可靠性而造成的影响越来越严重.以静电放电（Electro Static Discharge，ESD）为例，在静电放电失效的基本机理研究方面，中美两国研究人员对过电压场致失效和过电流热致失效的定义、原理以及在何种器件中哪种失效更容易发生等方面都研究得非常透彻.但是，具体到某一类型的微电子器件的ESD失效模式和基本机理，美国研究得更加充分且全面，并建立了 ESD [主要是人体模型（HBM）和带电器件模型（CDM）] 的失效电路模型.另外，除了传统的互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，美国还系统地研究了磁性读写头、各种微电子芯片等器件[1].

目前，我国在微电子器件可靠性的研究方面加大了资金和技术投入，缩小了与美国的差距.但是对典型微电子系统的 ESD失效分析和对先进的失效分析技术手段、方法的研究和运用等方面仍然是我国科研工作者今后需要努力的方向.

1影响微电子器件可靠性的主要因素

影响微电子器件[如互补金属氧化物半导体（CMOS）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管（VDMOS）等]长期工作可靠性最主要的失效机理包括：热载流子效应、栅氧化层及栅氧击穿（即电介质经时击穿，TDDB）、金属化及电迁移、静电放电（ESD）.下面对这四种失效机理及可靠性模型等方面进行详细介绍.

1.1热载流子效应

热载流子效应是电路中重要的失效模式之一.在超大规模集成电路中，随着栅氧化层厚度、结深和沟道长度的减小，导致漏端电场增强，从而加剧了由热载流子引起的可靠性问题.热载流子注入氧化层会引起器件的阈值电压漂移、跨导下降，甚至导致器件特性退化.随着时间的推移，器件性能的退化将会导致整个电路失效.

1.1.1热载流子效应对器件的影响

首先是热载流子对器件寿命的影响.由于热载流子的注入，器件氧化层中电荷的分布被改变，从而导致器件性能的退化.热载流子还可加速器件老化.对晶体管进行最恶劣情况下的加速老化试验，可推算出常规条件下器件的寿命，由此可衡量热载流子特性的优劣 [2].

其次，热载流子效应的存在严重影响了场效应管MOS集成电路集成度及电路和器件的可靠性.图1为栅氧化层厚度为40 nm、30 V电压条件下，MOS电容栅电流Ig随时间t的变化关系.从图中可知，在恒定电压下，栅电流随着时间的增加而减小.

1.1.2热载流子效应引起的失效现象[3]

（1） 雪崩倍增效应

在小尺寸MOSFET中，随着源―漏电压的升高以及沟道长度的缩短，夹断区的电场也增强.这时，通过夹断区的载流子将从强电场获得很大的漂移速度和动能，就很容易成为热载流子，同时这些热载流子与价电子碰撞时还可产生雪崩倍增效应.

（2） 阈值电压漂移

若夹断区的一些热载流子与声子发生碰撞，得到了指向栅氧化层的动量，那么这些热载流子就有可能注入栅氧化层中；进入栅氧化层中的一部分热载流子还有可能被陷于氧化层中的缺陷处，变成固定的栅氧化层电荷，从而引起阈值电压漂移和整个电路性能的变化.

（3） MOSFET性能的退化

沟道内的一小部分有足够高能量的热载流子可以越过Si-SiO2界面的势垒（电子势垒高度Eb约为3.2 eV，空穴的Eb约为4.9 eV），并且注入栅SiO2层中形成栅极电流Ig.此栅极电流尽管很小，但热电子注入栅SiO2层中将会引起界面陷阱积蓄电荷，并且，电荷的积累经过一段时间之后会使器件性能退化，导致阈值电压漂移、跨导降低和亚阈值斜率增大，甚至栅氧化层击穿.

（4） 寄生晶体管效应

当有较大的衬底电流Isub流过衬底（衬底电阻为Rsub）时将产生电压降（Isub・Rsub），使得源―衬底的N+-P结正偏，从而形成一个“源―衬底―漏”的寄生N+-P-N+晶体管.该寄生晶体管与原来的MOSFET并联构成了一个复合结构的器件.这种复合结构导致了短沟道MOSFET发生源―漏击穿，还会导致CMOS电路中的闩锁效应，使伏安特性曲线出现回滞现象.

1.2金属化及电迁移

电迁移是指在很大电流的作用下，金属原子发生扩散迁移的一种物理现象.电迁移中原子扩散方向与电子流动方向相同.电迁移将使得原子源源不断地由阴极向阳极扩散，并逐渐导致在阴极形成空洞，在阳极则发生原子的堆积.这种过程将随导电截面积的减小而加速进行，最终导致器件的失效[4].

电迁移现象是在直流电流作用下金属中的离子产生位移所致.首先表现为电阻值的线性增加，到一定程度后就会引起金属膜局部亏损而出现空洞，或引起金属膜局部堆积而出现小丘或晶须，造成金属互连线短路失效，严重影响集成电路的寿命.在器件向亚微米、深亚微米发展中，金属互连线的宽度不断减小，电流密度不断增加，更易于因电迁移而失效[5].

1.3静电放电（ESD）

在传统的微电子器件中静电放电的能量由于影响较小，人们很难察觉.但是在高密度微电子器件中则可能因为静电电场和静电放电电流引起失效，或造成“软击穿”现象，导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠.这都对设备的正常工作产生较大影响，使设备的可靠性降低，甚至造成设备的损坏.据统计，在集成电路工业中由ESD引起的损失高达25%，因此，由ESD导致的损失是一个很严重的问题.

1.3.1ESD模型的分类

根据静电产生的原因和对电路放电方式不同，在集成电路中常用的ESD模型有四种：人体模型（HumanBody Model，HBM）；机器模型（Machine Model，MM）；器件充电模型（ChargedDevice Model，CDM）；电场感应模型（FieldInduced Model，FIM）.图2为2 kV HBM、200 V MM与1 kV CDM的放电电流I比较.其中，虽然HBM的电压比MM的电压高，但是200 V MM的放电电流却比2 kV HBM的放电电流大得多，因此机器放电模型对集成电路IC的破坏力更大.在不到1 ns的时间内，1 kV CDM的放电电流最高可达到15 A.所以CDM的静电更易造成集成电路的损伤[6].

1.3.2ESD失效种类[7]

（1） 直接损伤

直接损伤是由电流产生的功耗引起的.它会熔化器件的一部分并造成故障.当电子器件暴露于ESD应力，该设备可能无法正常工作.ESD应力所造成的高电流使器件温度升高，可能会造成金属熔化，PN结或氧化层击穿.IC内部晶体管会因为ESD电流产生的散热造成永久性物理伤害.这些损伤产生的原理如图3所示.焦耳热产生的温度上升可导致熔化的金属膜晶体管的PN结尖峰长丝，PN结击穿.金属膜的熔化会导致开路.而PN结的击穿可以通过退化的电流-电压特性曲线观察到，这时的曲线上会有一个异常的结漏电流.在最严重的情况下，ESD引起的功耗可以同时产生结细丝、结尖刺和金属熔化.另一方面，ESD引起的电压也可以在绝缘层上产生电场，绝缘层的击穿电场强度越大，越会发生绝缘层的击穿.

（2） 潜在损伤

强电场也会引起电荷注入.Si-SiO2界面处的强电场会加速表面处的载流子运动.当载流子获得足够的能量时就能越过Si-SiO2界面势垒，并注入氧化层[如图4（a）].此时，失效分析手段无法在氧化层中发现物理损伤，但氧化层的电荷状态变化可能会导致器件晶体管的电流-电压特性改变.电荷注入会使电路退化，但与破坏性失效不同的是，它并不会使器件完全失效，所以称为ESD引起的潜在损伤，图4（b）是它的极限形式（氧化层击穿）.潜在的损害难以确定，因为即使产生了一定退化，设备仍然可以工作.然而，如果一个芯片中含有潜在损伤的晶体管，那么整个芯片就有可能出现过早失效或芯片故障.一些基本的特性测试（如漏电流测量等）可以确定破坏性的损伤，但是潜在损伤却很难检测出来.

1.4栅氧化层及栅氧击穿

随着MOS集成电路微细化的发展，栅氧化层向薄膜方向发展.而电源电压却不宜降低，在较高的电场强度下，使栅氧化层的性能成为一个突出的问题.栅氧化层抗电性能不好将引起MOS器件电参数不稳定，如阈电压漂移、跨导下降、漏电流增加等，甚至引起栅氧化层的击穿.栅氧化层击穿作为MOS电路的主要失效模式已成为目前国际上关注的热点.栅氧化层击穿主要分为四种：本征击穿（瞬时击穿）；非本征击穿；经时击穿TDDB；软击穿.

有关氧化层TDDB问题的研究很多，其中最受重视的是氧化层的TDDB寿命.在20世纪70年代后期，根据实验数据，有研究人员提出了关于栅氧化层TDDB寿命拓展的经验式，即

式中：TF为中期寿命；ΔH*0为栅氧化层TDDB激活焓；T为温度；kB为玻尔兹曼常数；γ为电场加速因子；Eox为氧化层电场强度.

针对上述经验式，提出了两种经典模型：

（1） E模型：由热化学击穿模型得到.该模型认为氧化层的退化与击穿是电场作用的结果，由缺陷的产生和积累决定，即

式中：Q1为E模型过程的激活能.

（2） 1/E模型：由空穴击穿模型得到.该模型在电子隧穿注入的基础上，认为氧化层击穿是由空间电荷积累造成的，并认为击穿所需的总俘获空穴电荷量一定，即[8]

式中：G为1/E模型的电场加速因子； Q2为1/E模型过程的激活能.

图5为E模型、1/E模型与TDDB实验数据的对比.由图中可以看出，在低场强中，E模型与实验数据的吻合较好，而采用1/E模型估计的中期寿命TF值偏大；在高场强中，1/E模型与实验数据的吻合较好，而E模型估计的TF值偏小.从实际应用看，在工业中，由于E模型比1/E模型计算的寿命要短，所以工业上一般采取E模型.

2提高微电子器件可靠性的主要措施

2.1抑制热载流子效应的措施

在设计超大规模集成电路时，可采用减小沟通道长度、减薄氧化层厚度以及相应增加掺杂浓度等方法达到高速度和高集成度的设计要求.但是，这些综合结果却易导致热载流子的产生.针对上述情况，可通过以下方法抑制热载流子效应：

（1） 减小漏结附近的电场，可使热载流子发射的可能性降低.

（2） 改善栅氧化层的质量，采用完美的干法氧化工艺，降低热载流子陷阱密度和俘获截面，能够减小由于热载流子注入栅氧化层而对器件性能的影响.

（3） 可在电路和版画设计上采取如采用钳位器件或适当增大宽长比等措施.

（4） 采用一些新结构，如低掺杂漏（Lightly Doped Drain，LDD）结构等，可提高击穿电压，减少碰撞电离.

2.2改善金属化引起可靠性问题的方法[9]

目前，提高半导体器件金属化和接触可靠性的主要方法有界面效应、合金效应、覆盖效应和回流效应.

（1） 界面效应

因为器件性能的提高，热电应力在器件金属化单位面积上不断增大，导致金属与金属、金属与半导体之间的界面扩散及反应的几率增大，或许会形成金属与金属的高阻化合物，上层金属穿过阻挡层进入半导体中也可能使器件漏电增大或结短路.因此，界面效应成为目前急需解决的问题.解决界面效应最有效的方法是选择一个合适的阻挡层.事实上，为了防止金属与金属以及金属与半导体的反应及扩散，引入了金属阻挡层.TiN熔点高，热稳定性和化学稳定性好，有极高的硬度和较低的电阻率，干法和湿法刻蚀工艺成熟，与硅的粘附性较好，因此是一种高性能的阻挡层材料.

（2） 合金效应

在中小功率器件和集成电路中，由于Al金属化系统工艺简单成熟，并且价格便宜，所以被普遍采用.但是Al的一个很大问题是容易产生电迁移.为了改善Al的电迁移寿命，在Al中加入少量的Cu可以大大改进Al膜的电迁移寿命（1～2个数量级）.另外，事先在Al中加入少量Si可以减小互溶，这样不仅提高了Al的电迁移寿命，还解决了由于Al-Si 界面互溶而引起的短路失效问题.所以人们将两者结合，采用Al-Si-Cu合金，发现Al的电迁移寿命显著增加，并且限制了Al、 Si的互溶.

（3） 覆盖效应

在金属薄膜上覆盖介质后，不仅可有效提高设备的抗划伤性、抗腐蚀、抗电迁徙、抗电流浪涌和抗离子粘污能力，还可改善薄膜的微观结构.总之，介质覆盖可以增强薄膜的抗电迁徙能力，提高调制传递函数（MTF）.这是表面抑制、热沉效应和压强效应综合作用的结果.

（4） 回流效应

从理论上说，总有一个时刻，正向电迁徙动和回流将完全抵消，使净离子迁徙流为零.显然，回流可被用来降低电迁徙动失效，提高金属化可靠性.因此，人们提出了超大规模集成电路的三层金属化欧姆接触孔回流加固结构.

2.3ESD防护措施

2.3.1建立防静电环境

通常采用以下措施建立防静电环境：

（1） 使用等电位连接的方法，即所有表面都连接在一个可靠的接地体上.这些表面使得静电荷积累减小，并且可以控制电荷以泄入到大地，从而防止不同的对象和静电电荷之间的电位差，还可有效地释放静电电荷.

（2） 采用防静电周转箱、防静电包装袋以防止起电.

（3） 使用防静电服装、防静电鞋.一方面，它们可有效地抑制静电荷的产生；另一方面，当它们与地接触时，还能达到释放静电荷的功能.另外，将防静电剂喷涂在物体表面，也可有效抑制静电荷的积累.

（4） 使用离子风静电消除器并适当控制湿度，能够消除绝缘材料表面的静电荷.

（5） 采用测量监控的方法，使用静电检测仪检测人体是否带静电，监测防静电设施是否正常[10].

2.3.2设计过程中的防护措施

以电源和地之间的保护为例，可采用反馈及动态延时结构检测电路的电源和地的ESD保护电路.这种电路占用芯片面积小，使用相移电路（RC电路）侦测ESD电压，把侦测到的电压通过一个反相器输送到衬底触发场氧器件（STFOD）上，释放静电电流.STFOD器件具有较强的单位静电释放能力.这种电路的 ESD 脉冲上升时间仅10 ns左右，电路正常上电延迟时间大概是1 μs～1 ms，而ESD侦测电路中RC电路时间常数介于两者之间.

由于采用了反馈及动态延时结构，使得电路能够在静电发生时间内迅速地将静电电流释放，及时将保护电路关闭，避免器件的栅氧化层因电击穿而遭到破坏.

2.4改善栅氧化层击穿影响器件可靠性的措施

在栅介质中引入适量N可提高器件的抗击穿能力.这主要是由于N具有补偿SiO2中O3Si和Si3Si等由工艺引入的氧化物陷阱和界面态陷阱的作用，从而减少初始固定正电荷和Si-SiO2界面态.栅介质的击穿主要是由于正电荷的积累引起的，因此在栅介质中引入适量的N可以改善栅介质的性能[11].另外，通过比较TDDB值及其失效分布可以评估集成电路氧化、退火、抛光、清洗、刻蚀等工艺对栅氧化层质量的影响.工艺中要采取有效的洁净措施，防止沾污.热氧化时采用二步或三步氧化法生长SiO2层.可以用化学气相沉积（CVD）生长SiO2或掺杂氮氧化物以改进栅氧化层质量.

3结论

微电子器件可靠性主要受四方面的影响：热载流子效应、栅氧化层及其击穿效应、金属化及静电放电（ESD）.虽然完全去除以上影响是不可能的，但要尽可能采取适当措施提高器件的可靠性.从目前的研究结果看，可以比较有效地改善微电子器件可靠性的预防措施有：一是采用减小沟通道长度、减薄氧化层厚度以及相应增加掺杂浓度的方法减小热载流子效应对微电子器件可靠性的影响；二是采用界面效应、合金效应、覆盖效应和回流效应等方法，使金属化及电迁移对微电子器件可靠性的影响降到最低；三是建立防静电环境，采用反馈以及动态延时结构检测电路都可以很好地预防ESD对器件的损伤，提高微电子器件的可靠性；四是在栅介质中引入适量的N可以提高器件的抗击穿能力，降低栅氧化层击穿效应发生的概率，使微电子器件的可靠性有所提高.

参考文献：

[1]肖集雄，李庆容，王定虎，等.中美两国ESD失效分析研究现状及比较[J].河北大学学报（自然科学版），2007，27（增刊）：186-189.

[2]王文博，宋李梅，王晓慧，等.N-LDMOS热载流子注入效应的分析和优化[J].电子器件，2007，30（4）：1129-1132.

[3]谢孟贤.微电子器件与IC的可靠性与失效分析[D].成都：电子科技大学，2010.

[4]GAN H，CHOI W J，XU G.Electromigration in solder joints and solder lines[J].JOM，2002，54（6）：34-37.

[5]江清明，何小琦，杨春晖，等.集成电路可靠性电迁移评估技术[J].电子质量，2006（8）：30-32.

[6]徐骏华，向宏莉，令文生.CMOS集成电路的ESD模型和测试方法探讨[J].现代电子技术，2004，27（9）：70-73.

[7]唐保军.新型ESD防护器件与电路的结构设计及特性分析[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[8]马仲发，庄奕琪，杜磊，等.栅氧化层介质经时击穿的逾渗模型[J].物理学报，2003，52（8）：2046-2051.

[9]郭伟玲，李志国.半导体器件金属化与接触可靠性的改善[J].微电子学，1996，26（4）：235-239.

[10]杨志丹，张治杰.电子产品中静电防护问题研究[J].电子测试，2011（3）：83-86.

集成电路可靠性篇7

[关键词]555时基集成电路；水塔水箱自动抽水控制系统

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0050-01

引言

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。本文应用555时基集成电路芯片设计水塔水箱自动抽水控制系统，工作性能可靠、电路简单、经济实用，操作方便。

一、 电路的组成

由555时基集成电路芯片设计的水塔水箱自动抽水控制系统的电路图如图2，它主要由555时基集成电路芯片，抽水系统，继电器组成。在本文设计的水塔水池自动抽水控制系统中555时基集成电路芯片构成施密特触发器电路，水箱中的a、c、b，分别是低、中、高的水位电极。继电器J控制水泵工作的开关。

二、工作原理

1、555定时器的内部结构及引脚功能：

555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。

图1

1脚：地，2脚：触发输入端，3脚：输出端，4脚：复位端，5脚：电压控制端，6脚：阀值输入端，7脚：放电端，8脚：电源。

555的真值如表1：

2、电路工作原理

555时基集成电路芯片设计的水塔水箱自动抽水控制系统的电路图如图2，通常在水箱中均使用上下限水位控制，即当水位升到上限时，停止抽水；当水箱中水位降至下限水位时，

开始抽水。

（1）、抽水过程

当水箱中水位低于c’ 时，触发端被R1接地，其电平为“0”， 555输出端③为“1”，继电器驱动。此时接到常开触点上的红色发光二极管亮，则表示启动水泵抽水。当水箱水位浸没c’后，高电平经水体电阻接到c’，使其电位高于1/3Vcc ，但这仍使R-S触发器保持，水泵继续抽水。

（2）、水满情况，水泵停止抽水

当水箱中水位上升到b’时，阈值电平端⑥通过水体电阻接到a’， 使其电位高于2/3Vcc，555输出端③输出为“0”，继电器释放，常开触点断开，常闭触点闭合，此时接到常闭触点上的绿色发光二极管亮，表示水泵停止抽水。

（3）、水箱正常供水，水泵不工作

当水位重新下降脱离b’时，尽管阈值电平端被R2置为“0”，但②脚电平仍高于1/3Vcc，所以R-S触发器不变，水泵不抽水。只有当水位降至c’以下后，才会重新启动水泵抽水。

三、结束语

由555时基集成电路芯片设计的水塔水箱自动抽水控制系统具有工作性能可靠、电路简单、经济实用，同时本供水系统自动控制，不用人工操作，使用方便等特点。

参考文献

[1] 余孟尝.数字电子技术基础.高等教育出版社.2000年3月.

集成电路可靠性篇8

关键词：发电厂；电气主接线；可靠性；发电任务；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM732 文章编号：1009-2374（2017）06-0179-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.090

电力系统运行的基本要求是安全、可靠和经济。电气主接线是发电厂和配电设备中最重要的枢纽元件之一，对电厂的安全可靠运行起到了至关重要的作用。在电力系统研究的课题当中，电气主接线是对其中研究的重要课题。电气主接线的功能是完成电厂生产电能到对应输电系统的分配和输送，而主接线系统的稳定可靠与供电系统的安全运行有密切的关系。在当前环境下，国民经济环境一直保持上升的态势，公民和工业在生活生产中对电的需求日益增加，对电力系统的规模和稳定性的要求也越来越高。发电机组在得到不断升级的同时，使得电厂主接线的形式也有所转变，结构越来越趋向复杂化，连接的电气设备越来越多，承受的压力越来越大，所以电气主接线的可靠性已经成为影响发展的重要因素。

1 发电厂电气主接线的可靠性研究概括

1.1 可靠性的定义

对于可靠性的定义其实存在很多争论，自从其出现以后经过多次修改，至今已实现统一。我国颁布的《可靠性基本名词术语和定义》中对失效这样说道：产品丧失规定的功能对可修产品通常也称为故障；对可靠性这样定义：产品在在规定条件下和规定时间内拥有完成规定功能的能力。根据定义可以看出，可靠性的概念只有基础性定义，而无量化性的标准。可靠性的概念是因为系统和产品的故障所引出的名词。

1.2 主接线常出现的问题

发电厂主接线系统的关键问题是系统故障，因此在开始研究之前要对其系统的常见故障做出分析，一边后续研究。主接线在电厂中是连接电气系统与发电机的重要缓解，但是本身没有独立运行的功能。当主接线出现问题的时候，会使供电系统的连续性被迫中断，并且还会对系统的安全性造成严重的影，所以主接线常出现的问题可以从连续性、充裕度和系统安全三大方面来考虑。

1.3 主接线可靠性的重要因素

1.3.1 断路器影响可靠性。断路器在整个主接线系统中起到的作用是很关键的，压实最重要的部分，电厂主接线的拓扑结构就可以由断路器的操作结果来改变。因为断路器的结构非常复杂，在操作中有一定的难度存在，所以由于操作人员失误导致发生故障的事件时有发生。另外，断路器的工作过程也相对复杂，为操作人员带来了更大的操作难题。因此，要求在安装和操作断路器的过程中，要使相关技术人员有丰富的实际操作经验和科学的安装、操作程序，使工作人员的注意力时刻保持高度集中，这样才会使断路器的可靠性有所提高。

1.3.2 输电线路和变压器的影响。变电设备与输配电线路均是电力系统的静态配件部分，也是电气系统的重要组成。当这部分原件出现问题时会引起故障的扩大。输电线和变压器出现故障之后，整体系统的状态可能出现变化，导致断路器动作的出现，所以系统修复的过程需要在断路器切断后完成。

1.4 电厂主接线可靠性的计算方法

1.4.1 以故障扩散为核心的评价方式。以故障扩散为核心的评价方式是选择前向搜索的算法，判断主接线系统的断路设备动作是否在一定的范围之内，同时选择故障扩散的方法对故障的范围进行评价，从而判定故障的类型。这种算法的核心是故障扩散算法，在完成系统扩散方式与作用范围的确定后，能够得到系统可靠性的判定指标，从而简化了评价步骤，但是缺点是使得计算量在一定程度上有所增加。

1.4.2 故障模式和后果分析方法的应用。在传统的方法中，比较可靠的方法是故障模式与后果分析的方法，这种方式需要在一开始以系统结构为依据完成关键组成部分状态的可能性判定。在完成这个工作后，通过对不同的系统故障状态组合的分析，取得系统故障的集合。这种方法具有计算原理相对简单的优点，同时结构流程也相对易懂。

1.4.3 频率和平均持续时间法的应用。频率与持续时间方法是以Markov为核心而扩展出的，具体方法中包括了Markov在实际使用中的理论以及从发电机到负荷端口的状态空间图的计算。在实际运算过程中，需要首先将元件故障不断扩展的条件纳入，最后完成系统状态空间图的集成，同时以这些资料为基础计算整体系统与组成部分的可靠性。

1.4.4 最小割集法的运用。最小割集法的基本方法是通过对系统故障发生的可能范围来完成的，将计算后系统故障的空间尽可能缩小，减少评价计算的难度，而当前发电系统的规模不断提升，而单机容量也不断增加，导致主接线系统的复发性越来越高，因此这种方法的使用需要注意。

1.4.5 逻辑表格法的运用。逻辑表格法在电气主接线中是最常用的方法，主要用来做定量评估分析。在完成主接线系统的结构以及故障风险分析后，统计整理得出的概率数据，以表格的方式存储数据。在确定系统的具体指标后，将得出表格的结构为基础完成主接线系统可靠性的计算。这种方法的计算效率较低，由于当前电力系统的规模不断扩大，已经逐渐退出了实际运用的舞台。

2 电气主接线故障状态的相关矩阵描述

2.1 元件邻接矩阵描述

元件的邻接矩阵构建是根据主接线部分不同元件的链接关系，通过矩阵的方式完成主接线部分不同元件组合以及网络整体结构的描述。

2.2 替代原件矩阵描述

发电系统的主接线部分中，在单一元件出现故障或者在维修过程中，必须将相关连接设备分离开，并且进行相关的替代，而替代原件矩阵正是用来确定所要替代元件的具体方法的。

2.3 结构矩阵描述

建立结构矩阵的基本条件是发电系统的主接线部分能够覆盖电力输送的全部通道，同时能够收到元件状态的作用。在满足这些条件后，即可构建结构矩阵完成相关操作。

2.4 受累停运矩阵描述

受累停运矩阵的核心功能是对系统中元器件故障影响进行分析，从而判定故障累及系统的主要范围。在一般的状况下，元件发生故障，相关的断路设备会做出动作，完成正常与故障部分的隔离。但是原件也会出现连续错误的时候，当距离故障点比较近的原件也出现故障坏掉的时候，系统的故障将无法被正常隔离，使得故障继续在系统中蔓延，出现故障扩散的现象。

3 发电厂主接线可靠性改进的措施和进一步可做工作

3.1 发电厂主接线可靠性改进的措施

电气主接线在每个不同的发厂接线的方式各有差异，而且造成的线路故障的原因也都不相同。不过多数电厂使用的是3/2断路器和4/3断路器进行接线，在可靠性方面优势会明显高于双母线接线。首先，双母线接线在供电的模式上无法实现多环路，每台断路器只能对应一个相应回路进行供电，并且这种接线方式特别脆弱，然而3/2断路器接线能时环网接线的方式形成，一个回路可以对应两台断路器，无论是在出线端还是进线端都能够完成双母线的工作量，并且任何一个断路器断开不回去都不会对供电的回路造成影响；其次，在3/2断路器连接中隔离开关在操作的时候无需道闸操作，只是作为检修的设备来使用，从而降低了误操作导致的隐患，而且一旦事故发生，断路器也能够在第一时间收到信息，将电路源切断；再次，检修3/2断路器时便可以处理发现的不安全隐患，无需对旁路进行操作，这样使得检修工作十分方便；最后，在超高压主接线和变电站当中3/2断路器应用的更广泛，因为3/2断路器的灵活性非常高，可以同时使母线和断路器进行工作，形成环网状的供电线路。而4/3断路器接线的基础是在3/2断路器上的，将四台断路器连接在断路器的一个串中，并在进出线回路中接三回，使线路具有灵活性，并且还能够保证安全。

3.2 进一步可做的工作

电力系统的可靠性指标要依据具体的电厂情况做出规定，不是需要可靠性指标尽可能高。在发电系统中，可靠性、经济性与实用性之间存在一定的联系。可靠性指标较高，表明系统的安全性较好，同时也意味着经济投资需要增加。相反的是，可靠性较低，经济投入会相对减少，然而会使系统不稳定，给人民的生产和生活带来众多负面影响，很容易对国民经济造成不良的影响，从而影响电力系统的整体社会效益。因此在电力系统确定可靠性指标时，需要对经济性与可靠性进行权衡，在系统论证与分析之后，在满足稳定性的基础之上进行投入估算，尽量使费用也降到合理范围。

4 结语

电厂电气主接线在电场中的作用不可或缺，既能够影响人们的生产和生活、影响国民经济发展，也能给电厂的投资造成巨大的负担，所以在提高主接线可靠性的同时，还要结合具体投资情况，使电厂电气接线在可靠的同时还要减少投资。

参考文献

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[3] 李振富，李锦成，朱琳，等.龙羊峡电站电气主接线可靠度分析[J].中国农村水利水电，2014，（5）.