多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电学领域，尤其设及在多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方 法。
【背景技术】
[0002] 电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力 用户供应电力和电能的能力的量度，它始终是电力系统中最重要的研究问题之一。随着现 代电力系统规模的加大，W及用户对电能质量要求的不断提高，特别是国内外的几次大停 电事故的发生，电力系统的安全可靠性引起了人们的高度重视。电力系统是一个由发电机、 变压器、断路器、输电设备、用电设备等电气设备组成的复杂系统，该些电气设备能否安全 可靠运行将直接决定着整个电力系统的安全性与可靠性，由此可见，电气设备的可靠性是 电力系统可靠性的基础，电气设备的可靠性评估是整个电力系统可靠性评估的重要组成部 分。
[0003] 根据我国有关电力系统的统计数据得知，2003年-2013年间，由电气设备自身故 障引起的电力系统事故在电力系统全部故障中所占的比例呈逐年增加的趋势，每年有60% W上的电力系统事故是由电气设备故障引起的。W 2010年云南省为例，云南电网公司发生 的较大的电力系统事故有30起，其中，由电气设备故障造成的事故占21起，约为事故总数 的70%。从其它国家的电力系统事故统计数据来看，情况也是该样，根据国内外电力系统大 停电事故原因的分析结果可知，电气设备自身故障不仅是影响电力系统可靠运行的主要原 因，而且是电力系统故障中所占比例最大的。
[0004] 相比于人，电气设备也有其寿命，即电气设备的使用寿命。在使用寿命期间，电气 设备也会"生病"，即发生故障。在各种外力的作用下，电气设备会产生一定的损伤，随着 损伤不断累积，W及材料的不断老化，强度将会不断降低，最终使得电气设备发生部件的损 坏，甚至整体的损坏，导致电气设备无法实现正常的功能，那么，也就标志着此电气设备使 用寿命的终止。如果可W对当前电气设备的剩余寿命进行准确的预测，并运用合理的维护 措施，便可实现电气设备寿命的优化。为了有效延长电气设备的使用寿命，并为实现电气设 备的安全使用和经济效益之间的最佳平衡提供科学依据，就需要对电气设备，特别是变电 站和电厂内输变电设备进行剩余寿命评估，而如何科学地评估其剩余寿命是一个亟待解决 的问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供的多种时变应力作用下输变电设备寿命评估方 法，按照W下3个步骤进行计算：
[0006] 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&，记为ti，1。，其中的热应力W第一 热点温度0 1，0 2…，0。表不，电应力W第一场强Ei，Eg…E。表不，机械应力W第一机械应力 Ml, M]...，M。表不；
[0007] 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W输变电设备第二热点温度 0。1，0。2…，和相应的过负荷冲击次数〇。1，〇。2…，n"表示，雷电冲击应力W第二电压 Uii，Ui2…，Uh和相应的雷电冲击次数n 11，rii2…，riix表不，夕h部短路冲击应力W第二电流I si， Is2…，Lx和相应的短路冲击次数n si，…，Dsx表示；
[0008] S2;对热应力，根据阿伦纽斯模型，分别计算在第一热点温度0 1，0 2…，0。下的 输变电设备热使用寿命如，祐…，如，计算如式（1)所示：
[0009] 4=acxp(^) (1)
[0010] 模型中Le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 类别等因素有关的常数，a、b的优选取值为I.TXIO 42(小时），15000, 0为热点温度，分别 计算在第一热点温度0 1，0 2…，9。下的输变电设备热使用寿命知，知知。;根据热使用 寿命Zei，知;…，Ze。，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de为式 (2)：
[0011] 屯=7^ + 7^ +…+ 7^ (2) 山飢 ^On
[0012] 对电应力，根据反幕模型，分别计算在第一场强Ei，E2…E。下的输变电设备电使用 寿命Lei，Le2…，Le。为式（3);
[0013] Le=^E/E〇)-z (3)
[0014] 模型中Le为电使用寿命，E为场强，C、Z为常数，优选取值为3. 9X 10 8(小时），E。 为参考场强，优选取值为5.0(kV/mm);根据电使用寿命Lu，Lc2…，L,。，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dE为式（4);
[0015] 屯二 7^ + 7^ +…+ 7^ (4) 码 技2 石打
[0016] 对机械应力，根据反幕模型，分别计算在第一机械应力Ml，M2…，M。下的输变电设备 机械使用寿命Lmi，…，Ufc为式巧）；
[0017] LM=e(M/M〇)-f (5)
[0018] 模型中Lm为机械使用寿命，M为机械应力，e、f为常数，优选取值为3. 9X10 8(小 时）、2. 3, M。为参考机械应力，优选取值为2. 4X l(T4(N/mm2);根据机械使用寿命L"，Lm2…， Ub，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屯为式化）：
[0019] ^^山=六 + 六 + - + 六 （6) Lm、
[0020] 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0。1， 9。2…，0 ?下可承受的总过负荷次数N。1，N"2…，N";根据可承受的总过负荷次数N。1，N"2…， N"，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屯。为 式口）： 「00211 d日+ +…+ -^ (7) 闕」0。W。，w。： Nm
[0022] 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 Uii，Ui2…，Uh下可承受的总雷电冲击次数N 11，Ni2…，Nh;根据可承受的总雷电冲击次数N 11， Ni2…，Nh，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屯， 为式巧）； 「002引 屯=兰L+互心+ ...牛也 (8) L 口口 U」U, N〇 N。 Nb
[0024] 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1,1，1,2…，下可承受的总短路冲击次数N,i，也…，根据可承受的总短路冲击次 数Nd，N,2…，N,y，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 命损耗电为式巧）：
[0025] -而 + 而+ ... + ]^ W
[0026] 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):
[0027] d=dg+dE+d、f+dg +djji+dj (10)
[0028] 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。
[0029] 本发明同现有技术相比，具有W下优点和有益效果；本发明提出多老化时变应力 作用下剩余寿命评估方法，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，W小时段为计算单位，不同时段的应力值 可W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。
【具体实施方式】
[0030] 下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。多种时变应力作用下输变电设 备寿命评估方法，按照W下3个步骤进行计算：
[0031] 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&，记为ti，1。，其中的热应力W第一 热点温度0 1，0 2…，0。表不，电应力W第一场强Ei，Eg…E。表不，机械应力W第一机械应力 Ml, Mg…，M。表示；
[0032] 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W输变电设备第二热点温度 9。1，9。2…，和相应的过负荷冲击次数〇。1，〇。2…，〇(?表不，雷电冲击应力W第二电压 Uii，Ui2…，Uh和相应的雷电冲击次数n 11，叫2…，nix表示，外部短路