多種時(shí)變應(yīng)力作用下輸變電設(shè)備壽命評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電學(xué)領(lǐng)域，尤其設(shè)及在多種時(shí)變應(yīng)力作用下輸變電設(shè)備壽命評(píng)估方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向電力 用戶供應(yīng)電力和電能的能力的量度，它始終是電力系統(tǒng)中最重要的研究問題之一。隨著現(xiàn) 代電力系統(tǒng)規(guī)模的加大，W及用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，特別是國(guó)內(nèi)外的幾次大停 電事故的發(fā)生，電力系統(tǒng)的安全可靠性引起了人們的高度重視。電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電機(jī)、 變壓器、斷路器、輸電設(shè)備、用電設(shè)備等電氣設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，該些電氣設(shè)備能否安全 可靠運(yùn)行將直接決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性與可靠性，由此可見，電氣設(shè)備的可靠性是 電力系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，電氣設(shè)備的可靠性評(píng)估是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的重要組成部 分。
[0003] 根據(jù)我國(guó)有關(guān)電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，2003年-2013年間，由電氣設(shè)備自身故 障引起的電力系統(tǒng)事故在電力系統(tǒng)全部故障中所占的比例呈逐年增加的趨勢(shì)，每年有60% W上的電力系統(tǒng)事故是由電氣設(shè)備故障引起的。W 2010年云南省為例，云南電網(wǎng)公司發(fā)生 的較大的電力系統(tǒng)事故有30起，其中，由電氣設(shè)備故障造成的事故占21起，約為事故總數(shù) 的70%。從其它國(guó)家的電力系統(tǒng)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，情況也是該樣，根據(jù)國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)大 停電事故原因的分析結(jié)果可知，電氣設(shè)備自身故障不僅是影響電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的主要原 因，而且是電力系統(tǒng)故障中所占比例最大的。
[0004] 相比于人，電氣設(shè)備也有其壽命，即電氣設(shè)備的使用壽命。在使用壽命期間，電氣 設(shè)備也會(huì)"生病"，即發(fā)生故障。在各種外力的作用下，電氣設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的損傷，隨著 損傷不斷累積，W及材料的不斷老化，強(qiáng)度將會(huì)不斷降低，最終使得電氣設(shè)備發(fā)生部件的損 壞，甚至整體的損壞，導(dǎo)致電氣設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的功能，那么，也就標(biāo)志著此電氣設(shè)備使 用壽命的終止。如果可W對(duì)當(dāng)前電氣設(shè)備的剩余壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，并運(yùn)用合理的維護(hù) 措施，便可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備壽命的優(yōu)化。為了有效延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命，并為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè) 備的安全使用和經(jīng)濟(jì)效益之間的最佳平衡提供科學(xué)依據(jù)，就需要對(duì)電氣設(shè)備，特別是變電 站和電廠內(nèi)輸變電設(shè)備進(jìn)行剩余壽命評(píng)估，而如何科學(xué)地評(píng)估其剩余壽命是一個(gè)亟待解決 的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供的多種時(shí)變應(yīng)力作用下輸變電設(shè)備壽命評(píng)估方 法，按照W下3個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算：
[0006] S1 ;獲取輸變電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間段t內(nèi)受到的持續(xù)應(yīng)力，持續(xù)應(yīng)力包括熱應(yīng)力、電應(yīng) 力和機(jī)械應(yīng)力，將時(shí)間段t劃分為n個(gè)單位時(shí)間段t&，記為ti，1。，其中的熱應(yīng)力W第一 熱點(diǎn)溫度0 1，0 2…，0。表不，電應(yīng)力W第一場(chǎng)強(qiáng)Ei，Eg…E。表不，機(jī)械應(yīng)力W第一機(jī)械應(yīng)力 Ml, M]...，M。表不；
[0007] 獲取輸變電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間段t內(nèi)受到的隨機(jī)應(yīng)力，隨機(jī)應(yīng)力包括過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng) 力、雷電沖擊應(yīng)力和外部短路沖擊應(yīng)力，其中過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng)力W輸變電設(shè)備第二熱點(diǎn)溫度 0。1，0。2…，和相應(yīng)的過(guò)負(fù)荷沖擊次數(shù)〇。1，〇。2…，n"表示，雷電沖擊應(yīng)力W第二電壓 Uii，Ui2…，Uh和相應(yīng)的雷電沖擊次數(shù)n 11，rii2…，riix表不，夕h部短路沖擊應(yīng)力W第二電流I si， Is2…，Lx和相應(yīng)的短路沖擊次數(shù)n si，…，Dsx表示；
[0008] S2;對(duì)熱應(yīng)力，根據(jù)阿倫紐斯模型，分別計(jì)算在第一熱點(diǎn)溫度0 1，0 2…，0。下的 輸變電設(shè)備熱使用壽命如，祐…，如，計(jì)算如式（1)所示：
[0009] 4=acxp(^) (1)
[0010] 模型中Le為輸變電設(shè)備熱使用壽命，a、b為與輸變電設(shè)備的電壓等級(jí)，絕緣紙的 類別等因素有關(guān)的常數(shù)，a、b的優(yōu)選取值為I.TXIO 42(小時(shí)），15000, 0為熱點(diǎn)溫度，分別 計(jì)算在第一熱點(diǎn)溫度0 1，0 2…，9。下的輸變電設(shè)備熱使用壽命知，知知。;根據(jù)熱使用 壽命Zei，知;…，Ze。，計(jì)算得到輸變電設(shè)備在時(shí)段t內(nèi)由于熱應(yīng)力引起的熱壽命損耗de為式 (2)：
[0011] 屯=7^ + 7^ +…+ 7^ (2) 山飢 ^On
[0012] 對(duì)電應(yīng)力，根據(jù)反幕模型，分別計(jì)算在第一場(chǎng)強(qiáng)Ei，E2…E。下的輸變電設(shè)備電使用 壽命Lei，Le2…，Le。為式（3);
[0013] Le=^E/E〇)-z (3)
[0014] 模型中Le為電使用壽命，E為場(chǎng)強(qiáng)，C、Z為常數(shù)，優(yōu)選取值為3. 9X 10 8(小時(shí)），E。 為參考場(chǎng)強(qiáng)，優(yōu)選取值為5.0(kV/mm);根據(jù)電使用壽命Lu，Lc2…，L,。，計(jì)算得到輸變電設(shè)備 在時(shí)段t內(nèi)由于電應(yīng)力引起的電壽命損耗dE為式（4);
[0015] 屯二 7^ + 7^ +…+ 7^ (4) 碼 技2 石打
[0016] 對(duì)機(jī)械應(yīng)力，根據(jù)反幕模型，分別計(jì)算在第一機(jī)械應(yīng)力Ml，M2…，M。下的輸變電設(shè)備 機(jī)械使用壽命Lmi，…，Ufc為式巧）；
[0017] LM=e(M/M〇)-f (5)
[0018] 模型中Lm為機(jī)械使用壽命，M為機(jī)械應(yīng)力，e、f為常數(shù)，優(yōu)選取值為3. 9X10 8(小 時(shí)）、2. 3, M。為參考機(jī)械應(yīng)力，優(yōu)選取值為2. 4X l(T4(N/mm2);根據(jù)機(jī)械使用壽命L"，Lm2…， Ub，計(jì)算得到輸變電設(shè)備在時(shí)段t內(nèi)由于機(jī)械應(yīng)力引起的機(jī)械壽命損耗屯為式化）：
[0019] ^^山=六 + 六 + - + 六 （6) Lm、
[0020] 對(duì)過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng)力，根據(jù)阿倫紐斯模型，計(jì)算輸變電設(shè)備在第二熱點(diǎn)溫度0。1， 9。2…，0 ?下可承受的總過(guò)負(fù)荷次數(shù)N。1，N"2…，N";根據(jù)可承受的總過(guò)負(fù)荷次數(shù)N。1，N"2…， N"，計(jì)算得到輸變電設(shè)備在時(shí)段t內(nèi)由于過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng)力引起的過(guò)負(fù)荷沖擊壽命損耗屯。為 式口）： 「00211 d日+ +…+ -^ (7) 闕」0。W。，w。： Nm
[0022] 對(duì)雷電沖擊應(yīng)力，根據(jù)已有的輸變電設(shè)備U-N曲線，得到輸變電設(shè)備在第二電壓 Uii，Ui2…，Uh下可承受的總雷電沖擊次數(shù)N 11，Ni2…，Nh;根據(jù)可承受的總雷電沖擊次數(shù)N 11， Ni2…，Nh，計(jì)算得到輸變電設(shè)備在時(shí)段t內(nèi)由于雷電沖擊應(yīng)力引起的雷電沖擊壽命損耗屯， 為式巧）； 「002引 屯=蘭L+互心+ ...牛也 (8) L 口口 U」U, N〇 N。 Nb
[0024] 對(duì)外部短路沖擊應(yīng)力，根據(jù)已有的輸變電設(shè)備I-N曲線，得到輸變電設(shè)備在第二 電流1,1，1,2…，下可承受的總短路沖擊次數(shù)N,i，也…，根據(jù)可承受的總短路沖擊次 數(shù)Nd，N,2…，N,y，計(jì)算得到輸變電設(shè)備在時(shí)段t內(nèi)由于外部短路沖擊應(yīng)力引起的短路沖擊壽 命損耗電為式巧）：
[0025] -而 + 而+ ... + ]^ W
[0026] 在時(shí)段t內(nèi)，由所有應(yīng)力引起的輸變電設(shè)備壽命損耗為式（10):
[0027] d=dg+dE+d、f+dg +djji+dj (10)
[0028] S3 ;計(jì)算T = T+t時(shí)刻，輸變電設(shè)備的累積壽命損耗D = D+d，對(duì)D進(jìn)行判斷，若D 大于1，則表明輸變電設(shè)備使用壽命到期，即輸變電設(shè)備的估算壽命為L(zhǎng) = T ;若D小于1，則 表明輸變電設(shè)備使用壽命未到期，步驟S2重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到輸變電設(shè)備使用壽命終止。
[0029] 本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下優(yōu)點(diǎn)和有益效果；本發(fā)明提出多老化時(shí)變應(yīng)力 作用下剩余壽命評(píng)估方法，根據(jù)線性累積損傷理論，考慮由熱應(yīng)力、電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、隨機(jī) 應(yīng)力等各種時(shí)變應(yīng)力對(duì)輸變電設(shè)備的累積作用，W小時(shí)段為計(jì)算單位，不同時(shí)段的應(yīng)力值 可W不同，將應(yīng)力的時(shí)變性考慮在內(nèi)。采用壽命損耗的概念將不同種類應(yīng)力對(duì)輸變電設(shè)備 的影響統(tǒng)一度量，并在此基礎(chǔ)上考慮多種應(yīng)力的綜合影響，因此計(jì)算得到的輸變電設(shè)備的 使用壽命結(jié)果更準(zhǔn)確，更加符合實(shí)際情況，從而對(duì)工程應(yīng)用更具有指導(dǎo)意義。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。多種時(shí)變應(yīng)力作用下輸變電設(shè) 備壽命評(píng)估方法，按照W下3個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算：
[0031] S1 ;獲取輸變電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間段t內(nèi)受到的持續(xù)應(yīng)力，持續(xù)應(yīng)力包括熱應(yīng)力、電應(yīng) 力和機(jī)械應(yīng)力，將時(shí)間段t劃分為n個(gè)單位時(shí)間段t&，記為ti，1。，其中的熱應(yīng)力W第一 熱點(diǎn)溫度0 1，0 2…，0。表不，電應(yīng)力W第一場(chǎng)強(qiáng)Ei，Eg…E。表不，機(jī)械應(yīng)力W第一機(jī)械應(yīng)力 Ml, Mg…，M。表示；
[0032] 獲取輸變電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間段t內(nèi)受到的隨機(jī)應(yīng)力，隨機(jī)應(yīng)力包括過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng) 力、雷電沖擊應(yīng)力和外部短路沖擊應(yīng)力，其中過(guò)負(fù)荷沖擊應(yīng)力W輸變電設(shè)備第二熱點(diǎn)溫度 9。1，9。2…，和相應(yīng)的過(guò)負(fù)荷沖擊次數(shù)〇。1，〇。2…，〇(?表不，雷電沖擊應(yīng)力W第二電壓 Uii，Ui2…，Uh和相應(yīng)的雷電沖擊次數(shù)n 11，叫2…，nix表示，外部短路