一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，該方法包括確定電瓷材料彎曲強(qiáng)度的分布函數(shù)；對(duì)電瓷材料彎曲強(qiáng)度分布函數(shù)修正；確定電氣設(shè)備的抗震能力；確定電氣設(shè)備可靠度；繪制電氣設(shè)備易損曲線圖。該方法相對(duì)于傳統(tǒng)的電氣設(shè)備抗震可靠度計(jì)算方法，更為實(shí)用，更為合理；為災(zāi)害預(yù)測(cè)、損失評(píng)估、制定應(yīng)急方案等救援工作提供技術(shù)支持。
【專利說(shuō)明】一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及可靠度確定方法，更具體涉及一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定 方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 由于電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)與電氣性能要求，瓷材料得到大量應(yīng)用。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(kāi)關(guān)等。這類設(shè)備結(jié)構(gòu)重心 高，固有頻率分布在1?IOHz之內(nèi)，阻尼比小，容易在地震中發(fā)生類共振現(xiàn)象，引起較大的 慣性力；另外，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， 在地震中極易發(fā)生破壞。
[0003] 大量震害表明：支柱類電氣設(shè)備絕大部分損壞為瓷套根部開(kāi)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 50260-96《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 和GB/T 13549-92《高壓開(kāi)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》。抗震 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，按下式計(jì)算：
[0005] [ σ ] = X -3 (J (Γ )
[0006] 式中[0 ]--容許應(yīng)力（MPa);
[0007] χ--各試品應(yīng)力平均值（MPa);
[0008] σ--標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0009] 但目前制造廠按此式確定瓷件的容許應(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：
[0010] Ov/〇 tot ^ 1. 67 (2，）
[0011] 式中，〇t(rt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)。
[0012] 容許應(yīng)力法和安全系數(shù)法的理論依據(jù)是瓷材料強(qiáng)度服從正態(tài)分布，但沒(méi)有給出具 體解釋或說(shuō)明，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(wú)法評(píng)估不同地震動(dòng)響應(yīng)下設(shè)備安全度。在汶川和雅安地震對(duì)電力設(shè) 施的震害表明：我國(guó)各類電力設(shè)施抗震設(shè)防能力依然比較薄弱。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，該方法更切合 實(shí)際應(yīng)用，對(duì)工程實(shí)際有很好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度 確定方法，該方法包括以下步驟：
[0015] (1)確定電瓷材料彎曲強(qiáng)度的分布函數(shù)；
[0016] (2)對(duì)電瓷材料彎曲強(qiáng)度分布函數(shù)修正；
[0017] (3)確定電氣設(shè)備的地震作用效應(yīng)；
[0018] (4)確定電氣設(shè)備可靠度；
[0019] (5)繪制電氣設(shè)備易損曲線圖。
[0020] 本發(fā)明提供的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，所述步驟（1)中的電 瓷材料彎曲強(qiáng)度X分布函數(shù)為：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： (1) 確定電瓷材料彎曲強(qiáng)度的分布函數(shù)； (2) 對(duì)電瓷材料彎曲強(qiáng)度分布函數(shù)修正； (3) 確定電氣設(shè)備的地震作用效應(yīng)； (4) 確定電氣設(shè)備可靠度； (5) 繪制電氣設(shè)備易損曲線圖。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述步驟（1)中的電瓷材料彎曲強(qiáng)度X分布函數(shù)為：
其中，F(xiàn)(X)為破壞累計(jì)概率，m為韋伯Weibull系數(shù)，Θ為尺度因子，是失效概率0.6321 時(shí)的強(qiáng)度值； 所述韋伯分布平均值為：
其中f (X)為韋伯函數(shù)概率密度，Γ為伽馬函數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述步驟（2)中的函數(shù)修正為：
其中，A為電氣設(shè)備最大應(yīng)力處的有效面積，Atl為電瓷材料試驗(yàn)樣品的有效面積。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述步驟（3)中的地震作用效應(yīng)通過(guò)設(shè)備有限元模型的地震反應(yīng)譜計(jì)算確定，其步驟如下； (3-1)建立電氣設(shè)備的有限兀模型； (3-2)通過(guò)調(diào)整反應(yīng)譜加速度峰值確定電氣設(shè)備在不同譜加速度作用下地震作用效 應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述步驟（4)可靠度的確定包括以下步驟： (4-1)確定電氣設(shè)備功能函數(shù)： (4-2 )通過(guò)蒙特卡羅法進(jìn)行隨機(jī)變量模擬及可靠度計(jì)算。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述電氣設(shè)備功能函數(shù)為： Z=g(y)=R-S (4) 其中，所述y為地震作用下影響設(shè)備結(jié)構(gòu)功能的基本隨機(jī)變量，R為抗力，通過(guò)所述步 驟（2)中的函數(shù)修正確定，S為荷載效應(yīng)，通過(guò)所述步驟（3)中的電氣設(shè)備的抗震能力確定， Z〈0是為電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)失效狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述隨機(jī)變量模擬的抽樣次數(shù)為2 X IO6以上，以保證算法及精度要求；通過(guò)隨機(jī)變量R和S的 模擬確定電氣設(shè)備的失效概率點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述步驟（5)中易損性曲線基于韋伯累積函數(shù)，采用最小二乘法對(duì)所述電氣設(shè)備失效概率點(diǎn) 進(jìn)行擬合。
9. 如權(quán)利要求3所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述尺度因子Θ通過(guò)短棒法試驗(yàn)確定或通過(guò)材料彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)確定。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種電瓷材料電氣設(shè)備抗震可靠度確定方法，其特征在于：所 述短棒法試驗(yàn)確定電瓷材料彎曲強(qiáng)度的均值，所述均值通過(guò)所述公式（2)確定所述尺度因 子Θ。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104517022SQ201310527066
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】劉振林, 代澤兵, 盧智成 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院