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输电塔-线体系可靠度实用分析方法研究

叶果  
【摘要】:输电塔-线体系作为重要的生命线工程,其安全性与可靠性评估对整个电网系统的正常运营起着至关重要的作用。然而,由于输电塔结构构件繁多,输电塔-线体系各部件组成复杂,导致无论是输电塔体系可靠度还是塔-线体系系统可靠度均求解困难。倘若采用传统的主要失效模式识别方法并结合窄界限法,必然导致输电塔-线体系系统可靠度难以量化。点估计分析方法和等价极值事件原理为输电塔-线体系可靠度分析提供了一条行之有效的思路,然而,点估计方法的精度与效率难以平衡,降低了点估计方法的实用性。如何兼顾点估计方法的精度与效率,并结合单一等价功能函数,将其推广至输电塔-线体系进行可靠度分析是本文研究的主体脉络。为此,本文主要展开和完成了如下工作:(1)提出了基于自适应多元乘积降维近似的点估计方法。针对已有基于降维近似的点估计法对于以乘积为主且非线性程度强的函数进行统计矩估计时精度与效率不能兼顾的问题,本文首先将交叉项判断引入乘积降维近似模型,提出了自适应的乘积降维近似模型,并结合直接积分法得到了一种新的点估计法。将基于乘积降维近似的点估计法从单变量形式拓展到多变量形式。经算例验证,建议方法可行,且相较于已有基于自适应加和降维近似的点估计法,本文建议方法具有良好的精度、效率和适用性。(2)发展了输电塔结构的体系可靠度分析方法。针对现有输电塔体系可靠度分析方法未能合理地建立构件、体系失效准则且不能精确地计算综合失效概率的问题,本文首先建立了合理的输电杆塔构件、体系失效准则;其次,基于阶段临界强度分枝-约界法搜寻得到输电塔结构的主要失效模式,再结合等价极值事件原理得到了单一的等价功能函数,进而引入所提基于自适应乘积降维近似点估计法求得了单一、精确的输电杆塔体系可靠度指标。经验证,本文发展的输电塔体系可靠度分析方法能够简单、高效地进行输电塔体系可靠度分析,具有一定的实用价值。(3)完善了输电塔-线体系系统可靠度分析方法。输电塔-线体系是由输电塔、导地线、金具、绝缘子组成的有机整体,输电塔-线体系的系统可靠度研究应该同时考虑上述组成部件的影响。然而,现有方法多是仅仅考虑了输电塔及导地线的影响,忽略了金具、绝缘子对系统的作用。显然,这对输电塔-线体系的系统可靠度评估不够完善,基于此种现状,本文综合考虑了输电塔-线体系各个部件的作用,完善了输电塔-线体系系统可靠度分析方法。其主要思路是:首先,对导地线、金具、绝缘子进行合理化有限元建模并求解得到导地线、金具、绝缘子的可靠度指标,然后,将塔-线体系视为输电杆塔、导地线、金具、绝缘子组成的串联体系;引入等价极值事件原理和基于自适应乘积降维近似的点估计法,求解了塔-线体系可靠度。经验证,该方法可行且有效。


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