一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法
【专利摘要】本发明涉及一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，该方法包括确定电瓷材料弯曲强度的分布函数；对电瓷材料弯曲强度分布函数修正；确定电气设备的抗震能力；确定电气设备可靠度；绘制电气设备易损曲线图。该方法相对于传统的电气设备抗震可靠度计算方法，更为实用，更为合理；为灾害预测、损失评估、制定应急方案等救援工作提供技术支持。
【专利说明】一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及可靠度确定方法，更具体涉及一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定 方法。
【背景技术】：
[0002] 由于电气设备结构与电气性能要求，瓷材料得到大量应用。变电站内支柱类瓷材 料电气设备主要有避雷器、互感器、断路器、支柱绝缘子、隔离开关等。这类设备结构重心 高，固有频率分布在1?IOHz之内，阻尼比小，容易在地震中发生类共振现象，引起较大的 惯性力；另外，该类设备的关键结构为电瓷瓷套，属脆性材料，强度低，变形与储能能力差， 在地震中极易发生破坏。
[0003] 大量震害表明：支柱类电气设备绝大部分损坏为瓷套根部开裂或断裂。这属于物 理失效，瓷套根部是瓷套部分最大应力处，地震反应中结构强度最薄弱部分在强烈振动中 就会出现这种物理失效。
[0004] 目前对单体设备抗震设计的规范主要为：GB 50260-96《电力设施抗震设计规范》 和GB/T 13549-92《高压开关设备抗震性能试验》、《导体和电器选择设计技术规定》。抗震 验算的原则推荐采用瓷件的容许应力，当抗震计算或抗震试验所得最大应力值只要小于容 许应力即认为满足抗震要求。瓷件的容许应力根据统计规律，按下式计算：
[0005] [ σ ] = X -3 (J (Γ )
[0006] 式中[0 ]--容许应力（MPa);
[0007] χ--各试品应力平均值（MPa);
[0008] σ--标准偏差。
[0009] 但目前制造厂按此式确定瓷件的容许应力有一定困难，大部分厂家只能提供瓷件 的破坏弯矩和破坏应力，针对这种情况，规范又采用安全系数法，设计要求为：
[0010] Ov/〇 tot ^ 1. 67 (2，）
[0011] 式中，〇t(rt为地震作用和其他荷载产生的总应力，〇v为瓷件的破坏应力，L 67为 最小安全系数。
[0012] 容许应力法和安全系数法的理论依据是瓷材料强度服从正态分布，但没有给出具 体解释或说明，使得抗震计算方法存在很大的不确定性与盲目性，不能确保满足设防标准 的抗震能力要求，也无法评估不同地震动响应下设备安全度。在汶川和雅安地震对电力设 施的震害表明：我国各类电力设施抗震设防能力依然比较薄弱。
【发明内容】
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[0013] 本发明的目的是提供一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，该方法更切合 实际应用，对工程实际有很好的实用性和经济性。
[0014] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电瓷材料电气设备抗震可靠度 确定方法，该方法包括以下步骤：
[0015] (1)确定电瓷材料弯曲强度的分布函数；
[0016] (2)对电瓷材料弯曲强度分布函数修正；
[0017] (3)确定电气设备的地震作用效应；
[0018] (4)确定电气设备可靠度；
[0019] (5)绘制电气设备易损曲线图。
[0020] 本发明提供的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，所述步骤（1)中的电 瓷材料弯曲强度X分布函数为：
[0021]
【权利要求】
1. 一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： (1) 确定电瓷材料弯曲强度的分布函数； (2) 对电瓷材料弯曲强度分布函数修正； (3) 确定电气设备的地震作用效应； (4) 确定电气设备可靠度； (5) 绘制电气设备易损曲线图。
2. 如权利要求1所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述步骤（1)中的电瓷材料弯曲强度X分布函数为：
其中，F(X)为破坏累计概率，m为韦伯Weibull系数，Θ为尺度因子，是失效概率0.6321 时的强度值； 所述韦伯分布平均值为：
其中f (X)为韦伯函数概率密度，Γ为伽马函数。
3. 如权利要求2所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述步骤（2)中的函数修正为：
其中，A为电气设备最大应力处的有效面积，Atl为电瓷材料试验样品的有效面积。
4. 如权利要求1所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述步骤（3)中的地震作用效应通过设备有限元模型的地震反应谱计算确定，其步骤如下； (3-1)建立电气设备的有限兀模型； (3-2)通过调整反应谱加速度峰值确定电气设备在不同谱加速度作用下地震作用效 应。
5. 如权利要求1所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述步骤（4)可靠度的确定包括以下步骤： (4-1)确定电气设备功能函数： (4-2 )通过蒙特卡罗法进行随机变量模拟及可靠度计算。
6. 如权利要求5所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述电气设备功能函数为： Z=g(y)=R-S (4) 其中，所述y为地震作用下影响设备结构功能的基本随机变量，R为抗力，通过所述步 骤（2)中的函数修正确定，S为荷载效应，通过所述步骤（3)中的电气设备的抗震能力确定， Z〈0是为电气设备结构失效状态。
7. 如权利要求6所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述随机变量模拟的抽样次数为2 X IO6以上，以保证算法及精度要求；通过随机变量R和S的 模拟确定电气设备的失效概率点。
8. 如权利要求7所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述步骤（5)中易损性曲线基于韦伯累积函数，采用最小二乘法对所述电气设备失效概率点 进行拟合。
9. 如权利要求3所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述尺度因子Θ通过短棒法试验确定或通过材料弯曲强度试验确定。
10. 如权利要求1所述的一种电瓷材料电气设备抗震可靠度确定方法，其特征在于：所 述短棒法试验确定电瓷材料弯曲强度的均值，所述均值通过所述公式（2)确定所述尺度因 子Θ。
【文档编号】G06F19/00GK104517022SQ201310527066
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】刘振林, 代泽兵, 卢智成 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院