基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法，包括步驟1：計(jì)算電瓷型電氣設(shè)備的強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R；步驟2：計(jì)算地震作用隨機(jī)參數(shù)S；步驟3：構(gòu)建電瓷型電氣設(shè)備的能力-需求模型g(X)；基于強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R和地震作用隨機(jī)參數(shù)S，用Monte Carlo法分析電瓷型電氣設(shè)備的失效概率；步驟4：依據(jù)失效概率繪制電瓷型電氣設(shè)備的易損性曲線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法，可評(píng)估設(shè)備在不同等級(jí)地震動(dòng)響應(yīng)下的失效概率，分析結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義與評(píng)估作用。
【專利說明】基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法，具體涉及一種基于全概率理論 的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電瓷材料由于其具有良好的絕緣性和使用穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用在電氣設(shè)備中。變電 站內(nèi)支柱類瓷材料電氣設(shè)備（主要有避雷器、互感器、斷路器、支柱絕緣子、隔離開關(guān)等）結(jié) 構(gòu)形式細(xì)高，固有頻率分布在1?IOHz之內(nèi)，屬于地震敏感性結(jié)構(gòu)，容易在地震中發(fā)生類共 振現(xiàn)象，且瓷材料阻尼比小，更易引起較大的地震響應(yīng)；此外，該類設(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為電瓷 瓷套，屬脆性材料，強(qiáng)度低，變形與儲(chǔ)能能力差。因此，變電站電瓷型電氣設(shè)備在地震中極易 發(fā)生破壞。
[0003] 國內(nèi)外電瓷型電氣設(shè)備的大量震害調(diào)研結(jié)果表明：該類設(shè)備絕大部分損壞為瓷套 根部開裂或斷裂。這屬于物理失效，瓷套根部是瓷套部分最大應(yīng)力處，地震反應(yīng)中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 最薄弱部分在強(qiáng)烈振動(dòng)中就會(huì)出現(xiàn)這種物理失效。
[0004] 目前對(duì)單體設(shè)備抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范主要為：GB 50260-2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī) 范》和GB/T 13549-92《高壓開關(guān)設(shè)備抗震性能試驗(yàn)》、《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》?？?震驗(yàn)算的原則推薦采用瓷件的容許應(yīng)力，當(dāng)抗震計(jì)算或抗震試驗(yàn)所得最大應(yīng)力值只要小于 容許應(yīng)力即認(rèn)為滿足抗震要求。瓷件的容許應(yīng)力根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，按下式（1)計(jì)算：
[0005] [a] = X-3S (1)
[0006] 其中，所述[0 ]為容許應(yīng)力，單位MPa ;所述T為各試品應(yīng)力平均值，單位MPa ;所 述S為標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0007] 但目前制造廠按式（1)確定瓷件的容許應(yīng)力有一定困難，大部分廠家只能提供瓷 件的破壞彎矩和破壞應(yīng)力，針對(duì)這種情況，規(guī)范又采用安全系數(shù)法，設(shè)計(jì)要求為：
[0008] a Ja tot ^ 1. 67 (2)
[0009] 其中，〇 為地震作用和其他荷載產(chǎn)生的總應(yīng)力，〇 v為瓷件的破壞應(yīng)力，L 67為 最小安全系數(shù)。
[0010] 同時(shí)，現(xiàn)有規(guī)范中關(guān)于電氣設(shè)備的抗震能力分析主要采用反應(yīng)譜法，該方法根據(jù) 電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工程場(chǎng)地情況，定量的得到設(shè)備在地震作用下的力學(xué)響應(yīng)結(jié)果。但該 方法無法考慮實(shí)際地震作用時(shí)，地震運(yùn)行極不規(guī)則的波形，且震動(dòng)是迅速變化的，具有明顯 的隨機(jī)特性。采用確定性的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與地震作用參數(shù)，使得抗震計(jì)算方法存在很大的不確 定性與盲目性，不能確保滿足設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的抗震能力要求，也無法評(píng)估不同地震動(dòng)響應(yīng)下設(shè) 備安全度，因此需要提供一種用于評(píng)估電氣設(shè)備在地震作用下的可靠度的技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備 地震失效概率評(píng)估方法，所述方法包括：
[0012] 步驟1 :計(jì)算所述電瓷型電氣設(shè)備的強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R ;
[0013] 步驟2 :計(jì)算地震作用隨機(jī)參數(shù)S ;
[0014] 步驟3 :構(gòu)建所述電瓷型電氣設(shè)備的能力-需求模型g(X);基于所述強(qiáng)度隨機(jī)參 數(shù)R和地震作用隨機(jī)參數(shù)S，用Monte Carlo法分析電瓷型電氣設(shè)備的失效概率；
[0015] 步驟4 :依據(jù)所述失效概率繪制所述電瓷型電氣設(shè)備的易損性曲線。
[0016] 優(yōu)選的，計(jì)算所述強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R包括，基于Weibull分布函數(shù)建立電瓷型電氣設(shè) 備的強(qiáng)度概率模型F(X):

【權(quán)利要求】
1. 一種基于全概率理論的電瓷型電氣設(shè)備地震失效概率評(píng)估方法，其特征在于，所述 方法包括： 步驟1 :計(jì)算所述電瓷型電氣設(shè)備的強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R ; 步驟2 :計(jì)算地震作用隨機(jī)參數(shù)S ; 步驟3 :構(gòu)建所述電瓷型電氣設(shè)備的能力-需求模型g(X);基于所述強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R和 地震作用隨機(jī)參數(shù)S，用Monte Carlo法分析電瓷型電氣設(shè)備的失效概率； 步驟4 :依據(jù)所述失效概率繪制所述電瓷型電氣設(shè)備的易損性曲線。
2. 如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，計(jì)算所述強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R包括，基于 Weibull分布函數(shù)建立電瓷型電氣設(shè)備的強(qiáng)度概率模型F(X):
其中，所述A為電瓷型電氣設(shè)備的實(shí)際構(gòu)件在地震作用下最大應(yīng)力處的有效截面積； 所述Atl為與所述實(shí)際構(gòu)件對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)樣品的有效截面積； 所述Θ為尺度因子；所述m為Weibull系數(shù)； 所述X為電瓷型電氣設(shè)備構(gòu)件截面強(qiáng)度變量。
3. 如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，計(jì)算所述地震作用隨機(jī)參數(shù)S包括： 步驟2-1 :建立電瓷型電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元模型，對(duì)所述有限元模型進(jìn)行自振分析，獲 取振型參與質(zhì)量至少為90%的前N階振型； 步驟2-2 :計(jì)算地震作用中平穩(wěn)隨機(jī)過程的最大均值μ κ ;
其中，所述N為振型數(shù)目； 所述為電瓷型電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)在地震反應(yīng)譜計(jì)算中第j振型的最大反應(yīng)，計(jì)算公式 為： Dj = Pj σ j ⑶ 其中，所述％.為第j振型的振型反應(yīng)均方差； 所述h為第j振型的振型反應(yīng)峰值因子，計(jì)算公式為：
步驟2-3 :計(jì)算地震作用中平穩(wěn)隨機(jī)過程的均方差〇 κ ;
所述q為地震作用中的方差因子，計(jì)算公式為：
其中，所述Y2為地震反應(yīng)譜參數(shù)，所述T為強(qiáng)震持時(shí)。
4. 如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟3中能力-需求模型g(X)為： g (X) = R-S (7) 其中，所述X為電瓷型電氣設(shè)備構(gòu)件截面強(qiáng)度變量。
5. 如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟3中用Monte Carlo法分析電 瓷型電氣設(shè)備的失效概率包括： 步驟4-1 :用Monte Carlo法分別模擬在W個(gè)不同等級(jí)地震作用下電瓷型電氣設(shè)備的 強(qiáng)度隨機(jī)參數(shù)R，并記錄R1, R2,...，Ri,...，Rw，W至少為10 ;以及分別模擬在W個(gè)不同等級(jí) 地震作用下的地震作用隨機(jī)參數(shù)S，并記錄S1, S2,...，Si,...，Sw ; 每個(gè)等級(jí)地震作用的模擬次數(shù)為IXlO8; 步驟4-2 :計(jì)算在第i個(gè)等級(jí)地震作用下的失效概率A ;
其中，所述Mi為第i個(gè)等級(jí)地震作用下電瓷型電氣設(shè)備失效的次數(shù)，所述失效的判 斷條件為所述能力-需求模型g (X) < 〇 ; 步驟4-3 :重復(fù)執(zhí)行所述步驟4-2,計(jì)算在W個(gè)不同等級(jí)地震作用下電瓷型電氣設(shè)備的 失效概率 A, f2, ·. ·，A, ·. ·，fw。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的評(píng)估方法，其特征在于，步驟4中繪制電瓷型電氣設(shè)備的易 損性曲線包括： 用最小二乘法擬合在W個(gè)不同等級(jí)地震作用下電瓷型電氣設(shè)備的失效概率 f\, f2,. . .，fi,. . .，fw，得到所述易損性曲線。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104392060SQ201410728257
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】劉振林, 盧智成, 孫宇晗, 鐘珉 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院