[发明专利]多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法

摘要

本发明公开了多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法，根据线性累积损伤理论，考虑由热应力、电应力、机械应力、随机应力等各种时变应力对输变电设备的累积作用，以小时段为计算单位，不同时段的应力值可以不同，将应力的时变性考虑在内。采用寿命损耗的概念将不同种类应力对输变电设备的影响统一度量，并在此基础上考虑多种应力的综合影响，因此计算得到的输变电设备的使用寿命结果更准确，更加符合实际情况，从而对工程应用更具有指导意义。

主权项

多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法，其特征在于，按照以下三个步骤进行计算：S1：获取输变电设备运行时间段t内受到的持续应力，持续应力包括热应力、电应力和机械应力，将时间段t划分为n个单位时间段t_Δ，记为t₁，t₂…t_n，其中的热应力以第一热点温度θ₁，θ₂…，θ_n表示，电应力以第一场强E₁，E₂…E_n表示，机械应力以第一机械应力M₁，M₂…，M_n表示；获取输变电设备运行时间段t内受到的随机应力，随机应力包括过负荷冲击应力、雷电冲击应力和外部短路冲击应力，其中过负荷冲击应力以输变电设备第二热点温度θ_o1，θ_o2…，θ_ox和相应的过负荷冲击次数n_o1，n_o2…，n_ox表示，雷电冲击应力以第二电压U_l1，U_l2…，U_lx和相应的雷电冲击次数n_l1，n_l2…，n_lx表示，外部短路冲击应力以第二电流I_s1，I_s2…，I_sx和相应的短路冲击次数n_s1，n_s2…，n_sx表示；S2：对热应力，根据阿伦纽斯模型，分别计算在第一热点温度θ₁，θ₂…，θ_n下的输变电设备热使用寿命计算如式(1)所示：$L_{\mathrm{\θ}}=\mathrm{a\; exp}\left(\frac{b}{\mathrm{\θ}+273}\right)---\left(1\right)$模型中L_θ为输变电设备热使用寿命，a、b为与输变电设备的电压等级，绝缘纸的类别因素有关的常数，θ为热点温度，分别计算在第一热点温度θ₁，θ₂…，θ_n下的输变电设备热使用寿命根据热使用寿命计算得到输变电设备在时段t内由于热应力引起的热寿命损耗d_θ为式(2)：$d_{\mathrm{\θ}}=\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{\mathrm{\θ}1}}+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{\mathrm{\θ}2}}+...+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{\mathrm{\θn}}}---\left(2\right)$对电应力，根据反幂模型，分别计算在第一场强E₁，E₂…E_n下的输变电设备电使用寿命L_E1，L_E2…，L_En为式(3)：L_E＝c(E/E₀)^‑z   (3)模型中L_E为电使用寿命，E为场强，c、z为常数，E₀为参考场强；根据电使用寿命L_E1，L_E2…，L_En，计算得到输变电设备在时段t内由于电应力引起的电寿命损耗d_E为式(4)：$d_E=\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{E_1}}+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{E_2}}+...+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{E_n}}---\left(4\right)$对机械应力，根据反幂模型，分别计算在第一机械应力M₁，M₂…，M_n下的输变电设备机械使用寿命L_M1，L_M2…，L_Mn为式(5)：L_M＝e(M/M₀)^‑f   (5)模型中L_M为机械使用寿命，M为机械应力，e、f为常数，M₀为参考机械应力；根据机械使用寿命L_M1，L_M2…，L_Mn，计算得到输变电设备在时段t内由于机械应力引起的机械寿命损耗d_M为式(6)：$d_M=\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{M_1}}+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{M_2}}+...+\frac{t_{\mathrm{\Δ}}}{L_{M_n}}---\left(6\right)$对过负荷冲击应力，根据阿伦纽斯模型，计算输变电设备在第二热点温度θ_o1，θ_o2…，θ_ox下可承受的总过负荷次数N_o1，N_o2…，N_ox；根据可承受的总过负荷次数N_o1，N_o2…，N_ox，计算得到输变电设备在时段t内由于过负荷冲击应力引起的过负荷冲击寿命损耗为式(7)：$d_{{\mathrm{\θ}}_o}=\frac{n_{o1}}{N_{o1}}+\frac{n_{o2}}{N_{o2}}+...+\frac{n_{\mathrm{ox}}}{N_{\mathrm{ox}}}---\left(7\right)$对雷电冲击应力，根据已有的输变电设备U‑N曲线，得到输变电设备在第二电压U_l1，U_l2…，U_lx下可承受的总雷电冲击次数N_l1，N_l2…，N_lx，根据可承受的总雷电冲击次数N_l1，N_l2…，N_lx，计算得到输变电设备在时段t内由于雷电冲击应力引起的雷电冲击寿命损耗为式(8)：$d_{U_l}=\frac{n_{l1}}{N_{l1}}+\frac{n_{l2}}{N_{l2}}+...+\frac{n_{\mathrm{lx}}}{N_{\mathrm{lx}}}---\left(8\right)$对外部短路冲击应力，根据已有的输变电设备I‑N曲线，得到输变电设备在第二电流I_s1，I_s2…，I_sx下可承受的总短路冲击次数N_s1，N_s2…，N_sx；根据可承受的总短路冲击次数N_s1，N_s2…，N_sx，计算得到输变电设备在时段t内由于外部短路冲击应力引起的短路冲击寿命损耗为式(9)：$d_{\mathrm{Is}}=\frac{n_{s1}}{N_{s1}}+\frac{n_{s2}}{N_{s2}}+...+\frac{n_{\mathrm{sx}}}{N_{\mathrm{sx}}}---\left(9\right)$在时段t内，由所有应力引起的输变电设备寿命损耗为式(10)：$d=d_{\mathrm{\θ}}+d_E+d_M+D_{{\mathrm{\θ}}_o}+d_{U_l}+d_{I_s}---\left(10\right)$S3：计算T＝T+t时刻，输变电设备的累积寿命损耗D＝D+d，对D进行判断，若D大于1，则表明输变电设备使用寿命到期，即输变电设备的估算寿命为L＝T；若D小于1，则表明输变电设备使用寿命未到期，步骤S2重复进行计算，直到输变电设备使用寿命终止。