一种变电站主变压器地震危险性评估方法及系统与流程

本发明涉及变电站设计领域，具体涉及一种变电站主变压器地震危险性评估方法及系统。

背景技术：

针对存在地震，尤其是地震多发区域，电力系统受地震损毁现象比较严重。现代生活已经高度电气化的背景下，震后灾区通电已经成为通路之后最为紧迫的需求。主变压器是电网系统中电能转换的关键设备，分为升压、降压和变流等类型，此类设备结构负责，涉及到的部件众多，很多部件在地震中均易受到损害，造成主变压器的损毁。变压器由于复杂的结构和严格的测试要求，在变电站现场难以修复震损的变电站。而高电压等级变电站中，主变设备体积庞大，重量大，运输困难，在地震后的情况下更是难以将更换变压器运送至震损变电站。因此，对对主变压器受地震损害的可能性进行评估，对保证主变的抗震性能，减小主变震损具有重要的意义。另一方面，对于众多已经建成的变电站，需要采取结构加强措施或确定备品数量，对主变压器受地震损害的可能性进行评估，也是结构加强措施或确定备品数量的必要前提。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的缺少对主变压器受地震损害的可能性评估的问题，本发明提供了一种变电站主变压器地震危险性评估方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种变电站主变压器地震危险性评估方法，包括：

基于预先制定的震损指标体系，将待评估的主变压器在不同震强下，根据不同性能水准要求进行实验；

将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率；

基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性。

优选的，所述震损指标体系，包括如下指标：

主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击、高压管损坏、本体内部绕组结构损坏、外部散热系统损坏、变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏和主变压器测控装置损坏。

优选的，所述性能水准，包括：

当所述主变压器的电压等级为500kv以上或处于指定的安装区域内时，将所述主变压器的抗震性能指标设定为第一性能水准；

当所述主变压器的电压等级为35kv以上且在500kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标设定为第二性能水准；

当所述主变压器的电压等级为35kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标设定为第三性能水准。

优选的，所述将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率，包括：

通过缩尺试验或数值模型分析法，分析所述主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击和高压管损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

通过试验分析法，分析所述本体内部绕组结构损坏和外部散热系统损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

通过专家评估法分析法，分析所述变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏程度和主变压器测控装置损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率。

优选的，所述通过缩尺试验或数值模型分析法，分析所述主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击和高压管损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率，包括：

在预先建立的缩尺物理模型或有限元模型中设置加速度等级，并根据预数量的地震历史记录，进行地震响应计算，得到地震输入加速度峰值和地震响应指标的函数关系；

根据所述函数关系求解得到预设加速度峰值下，主变压器本体倾覆程度、主变压器本体与周围设备撞击损害程度和高压管损坏程度超过各震强下，不同水准要求的预设临界值的易损概率。

优选的，所述通过试验分析法，分析所述本体内部绕组结构损坏和外部散热系统损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率，包括：

根据预先获取的试验地震记录，在不同等级的地震工况下进行模拟试验，得到试验结果；

根据所述试验结果得到地震加速度峰值和地震响应指标的拟合函数，并求解所述拟合函数的概率检验参数，基于所述概率检验参数得到所述本体内部绕组结构损坏程度和外部散热系统损坏程度超过在各震强下，不同水准要求的预设临界值的易损概率。

优选的，所述基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性，包括：

根据所述易损概率和预先设置的震损指标体系权重值，评估所述主变压器的危险值；

根据所述危险值评估所述主变压器的危险性，若所述危险值大于等于预设的各震强和性能水准的危险临界值，则地震危险性评估为危险；否则，为安全。

优选的，所述根据所述易损概率和预先设置的震损指标体系权重值，评估所述主变压器的危险值，如下式所示：

式中，ptij为当t级震强时，第i性能水准下，第j种震损指标体系超过安全临界值的概率，fj为第j种权重，其中i＝1···3；j＝1,2···j；t＝表示震强,取值为6,7,8或9；j为指标数量。

一种变电站主变压器地震危险性评估系统，所述系统，包括：

实验模块：基于预先制定的震损指标体系，将待评估的主变压器在不同震强下，根据不同性能水准要求进行实验；

概率获取模块：将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率；

评估模块：基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性。

优选的，所述实验模块通过如下震损指标体系进行实验：

主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击、高压管损坏、本体内部绕组结构损坏、外部散热系统损坏、变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏和主变压器测控装置损坏。

优选的，所述实验模块通过如下性能水准进行实验，包括：

第一性能水准：当所述主变压器的电压等级为500kv以上或处于指定的安装区域内时，将所述主变压器的抗震性能指标；

第二性能水准：当所述主变压器的电压等级为35kv以上且在500kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标；

第三性能水准：当所述主变压器的电压等级为35kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标。

优选的，所述概率获取模块，包括：

缩尺实验或数值模型分析子模块：通过缩尺试验或数值模型分析法，分析所述主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击和高压管损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

试验分析子模块：通过试验分析法，分析所述本体内部绕组结构损坏和外部散热系统损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

专家评估子模块：通过专家评估法分析法，分析所述变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏程度和主变压器测控装置损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种变电站主变压器地震危险性评估方法，包括：基于预先制定的震损指标体系，将待评估的主变压器在不同震强下，根据不同性能水准要求进行实验；将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率；基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性。本发明实现了在地震易发区域中，将主变压器的众多部件进行全面地危险性评估；通过将各抗震水准下的各部件抗震性能指标参数化，满足了主变压器在不同地域，不同性能要求下的安全性评估，实现了精准评估主变压器的抗震损能力和危险性。

附图说明

图1为本发明的变电站主变压器地震危险性评估方法流程图；

图2为本发明的主变压器易损概率评判方法示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

s1：基于预先制定的震损指标体系，将待评估的主变压器在不同震强下，根据不同性能水准要求进行实验：

高电压等级变电站主变压器在结构上有共同的特点，由本体油箱、绕组、外部套管、外部扇热装置、外部油枕和测控装置的关键部件组成。地震往复惯性力作用下发生的震损类型可归纳为如下类型，整体倾覆、部件损坏、密封失效，具体可以分为：

主变压器本体倾覆，指主变本体与基础未牢固固定时，主变在横向与竖向地震力共同作用下发生的倾覆，包含倾倒和明显的变位。

主变压器本体与周围设施撞击，对于采用隔振设计的主变压器设备，地震荷载下主变压器设备与隔振层之间的错动导致主变设备与周围boxin结构及其支墩，或其他结构发生碰撞而损坏。

高压套管损坏，指高压套管在地震作用下产生惯性力，形成剪力与弯矩，导致薄弱位置，如节间粘接位置、套管根部与法兰连接处等部位断裂，或套管应顶部位移过大与其他设备或部件碰撞。

本体内部绕组结构损坏。常用的变压器铁芯一般都是用硅钢片制作，是极其复杂的装配体，同时为降低磁感应力下的振动，铁芯与绕组部件需要复杂的紧固，由于绝缘要求，需要至于变压器油介质之中。这类复杂的结构体，在地震作用造成的振动下容易发生多种类型的损害，此处把变压器本体内部主要部件的损害归为一类。

外部散热系统损坏。散热器为变压器主体外部部件，由于多为悬挑固定于变压器侧面，结构分析表明外部散热系统的损害较容易发生，且其损害模式相对独立于其他部件的损害，多为连接固定和油路管道密封损害。

变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏。由于主变压器油枕与油箱为联通整体以提供变压器主体内部的绝缘油介质环境。

主变压器测控装置损坏。主变设备由包含油色谱、振动、温度和压力等多种测控装置，测控装置的损害将影响主变的正常运行，但较其他主体结构或主要部件的损害更为容易修复

针对主变压器抗震损害的模式较多的情况，可采用性能水准的方式将主变压器的抗震损害分为如下三水准，每种水准对应在不同烈度下不同的抗震性能指标水平。

在抗震性能水准目标选取上，可根据相关规范要求、变压器所在变电站的重要性水平选择目标的性能水准，性能水准1代表较高的抗震要求或有较高的抗震安全系数冗余，性能水准2代表一般的抗震安全要求，性能水准3代表基础的抗震安全要求。

地震发生风险指的是变压器所在变电站所处的地震区划位置，或是建设场地地震安全评价报告中给出的参数，即判断改场地常遇地震、设防地震和罕遇地震对应的地震烈度。

s2:将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率

不同震强和性能水准要求下的安全临界值，在主变压器制造出厂时确定。不同型号的变压器，在不同震强和水准要求下，制定了确保主变压器安全使用的安全临界值。

可采用参数化的方式，将上述指标体系转变为指标值和权重，如下表所示。在实际应用中，可根据需要适当调整指标权重。

主变压器地震危险性计算方法

主变压器地震危险性计算方法分为如下步骤：

抗震指标易损性概率值计算；

抗震性能水准目标选取；

地震发生风险；

主变压器地震危险性；

如图2所示，在获取抗震指标易损性概率值上，即为分别求解不同性能水准、各指标参数在不同烈度地震下输入下超过临界值的概率，分别为6度输入下的p6ij，7度输入下的p7ij，8度输入下的p8ij，9度输入下的p9ij。例如，当性能水准为1级时，7度地震输入下，本体抗倾覆安全系数指标a11>cr711的概率为p711。对这些概率值的计算，不同类型指标可采用不同的计算方法，对于套管底部应力和顶部位移、本体抗倾覆和本体防撞系数，可以按缩尺试验或数值模型分析的方法确定，对于绕组结构和外部散热系统抗震安全系数可按试验确定，对于变压器油密封性和测控装置的抗震安全系数，可以按专家评价法确定。

缩尺试验或数值模型分析确定易损性概率的方法：建立所评价对象的缩尺物理模型或有限元模型，按烈度与加速度峰值关系确定加速度等级，通过历史地震记录数据库中选择场地类型相同的10条以上地震记录，并按上述加速度峰值线性缩放历史地震记录，得到的由于易损性分析的输入。进行地震响应计算，得到地震输入加速度峰值和地震响应指标的函数关系，并求解拟合函数的概率检验参数，得到某加速度峰值下，地震响应超越临界值的概率，作为易损性值。

抗震试验确定易损性概率的方法：生成试验地震记录时程，进行不同等级地震输入下的地震模拟振动台试验，由试验结果拟合地震输入加速度峰值和地震响应指标的函数关系，并求解拟合函数的概率检验参数，得到某加速度峰值下，地震响应超越临界值的概率，作为易损性值。

专家评价法确定易损性概率的方法：专家评价法按会议的方式进行，由业主指定专家召集人，由专家召集人联系专家组成评价委员会。评价委员会向设计单位和设备厂家提出提资要求，收集到所需资料后，按会议或函询的方式开展评估。地震安全性评估的专家委员会应由结构和电气专业领域专家组成，人数不少于5人。评价委员会可要求设计单位或设备厂家到现场进行相关抗震设计说明。由专家委员会根据所提供材料确定不同烈度等级地震输入下变压器各指标超过限值的概率，作为易损性结论。

s3：基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性。

即为计算变压器的地震危险性，可按下式计算：

6度地震输入时，第i性能水准下，变压器地震危险性为

7度地震输入时，第i性能水准下，变压器地震危险性为

8度地震输入时，第i性能水准下，变压器地震危险性为

9度地震输入时，第i性能水准下，变压器地震危险性为

式中，p9ij为当9地震时，第i种性能标准下，第j种震损指标值超过临界的概率，fj为第j种震损指标体系的权值，其中i＝1···3；j＝1,2···j,j为指标数量。

实施例2：

基于同种发明思想，本发明还提供了一种变电站主变压器地震危险性评估系统，包括：

实验模块：基于预先制定的震损指标体系，将待评估的主变压器在不同震强下，根据不同性能水准要求进行实验；

概率获取模块：将得到的实验结果与在不同震强和性能水准要求下的安全临界值进行评判，得到的易损概率；

评估模块：基于所述易损概率评估所述主变压器的危险性。

所述实验模块通过如下震损指标体系进行实验：

主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击、高压管损坏、本体内部绕组结构损坏、外部散热系统损坏、变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏和主变压器测控装置损坏。

所述实验模块通过如下性能水准进行实验，包括：

第一性能水准：当所述主变压器的电压等级为500kv以上或处于指定的安装区域内时，将所述主变压器的抗震性能指标；

第二性能水准：当所述主变压器的电压等级为35kv以上且在500kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标；

第三性能水准：当所述主变压器的电压等级为35kv以下时，将所述主变压器的抗震性能指标。

所述概率获取模块，包括：

缩尺实验或数值模型分析子模块：通过缩尺试验或数值模型分析法，分析所述主变压器本体倾覆、主变压器本体与周围设备撞击和高压管损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

试验分析子模块：通过试验分析法，分析所述本体内部绕组结构损坏和外部散热系统损坏的损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率；

专家评估子模块：通过专家评估法分析法，分析所述变压器本体油箱或外部油枕密封性失效或结构损坏程度和主变压器测控装置损坏程度，超过在各震强下，不同水准要求的安全临界值的易损概率。

所述缩尺实验或数值模型分析子模块，包括：

响应关系获取单元：在预先建立的缩尺物理模型或有限元模型中设置加速度等级，并根据预数量的地震历史记录，进行地震响应计算，得到地震输入加速度峰值和地震响应指标的函数关系；

第一概率计算单元：根据所述函数关系求解得到预设加速度峰值下，主变压器本体倾覆程度、主变压器本体与周围设备撞击损害程度和高压管损坏程度超过各震强下，不同水准要求的预设临界值的易损概率。

所述试验分析子模块，包括：

试验单元：根据预先获取的试验地震记录，在不同等级的地震工况下进行模拟试验，得到试验结果；

第二概率计算单元：根据所述试验结果得到地震加速度峰值和地震响应指标的拟合函数，并求解所述拟合函数的概率检验参数，基于所述概率检验参数得到所述本体内部绕组结构损坏程度和外部散热系统损坏程度超过在各震强下，不同水准要求的预设临界值的易损概率。

所述评估模块，包括：

危险值评估子模块：根据所述易损概率和预先设置的震损指标体系权重值，评估所述主变压器的危险值；

评判子模块：根据所述危险值评估所述主变压器的危险性，若所述危险值大于等于预设的各震强和性能水准的危险临界值，则地震危险性评估为危险；否则，为安全。

所述危险值评估子模块通过下式评估所述主变压器的危险值：

式中，ptij为当t级震强时，第i性能水准下，第j种震损指标体系超过安全临界值的概率，fj为第j种权重，其中i＝1···3；j＝1,2···j；t＝表示震强,取值为6,7,8或9；j为指标数量。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。