CN107578174A - 一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，它包括步骤1、采集网格内输电杆塔的设计资料；步骤2、计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
Description
技术领域
本发明属于架空输电线路运营维护方法，尤其涉及一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法。
背景技术
架空输电线路的重要性不言而喻，做好架空输电线路的巡检运维工作，及时排除电网安全隐患，对提高电网运营的安全稳定性有着十分积极的作用。
随着电网建设规模的迅猛发展，架空输电线路数量与巡检人员数量的矛盾日益凸显。线路的区域越来越广、运维管理的要素越来越多，现有单线式的巡检运维管理模式各自为阵、各线为阵、界限分明、效率低下，已经无法适应电网的高速发展。为了解决这些问题，网格化的管理方式应运而生，并且越来越广泛地应用到电网的日常管理中。
网格化最早用于城市管理，它是将管理对象分成一个个的网格，通过信息管理平台实现上下联动、资源共享。应用到输电线路的运维管理中，是统筹考虑整个管理区域，以网格为单位，对网格内的架空输电线路和设备进行交叉巡检、维护和管理，通过统一的信息管理平台，实现信息共享和资源分配。以此可以有效解决巡检区域重复、运维信息闭塞的问题，提高工作效率，节省人力和财力。在线路网格化维护管理工作中，科学地对网格进行风险评估，从而制定一套合理的运维调度任务，是十分必要的。目前，对于网格的风险评估大多采用先对网格内输电线路杆塔的健康状态和重要程度进行评估，然后再构建关于健康状态和重要程度的二维风险矩阵。根据二维风险矩阵，能制定网格运维巡检频次，从而安排运维任务和巡检班组。这种方式的缺点是，二维风险矩阵带有很强的主观性，缺乏对风险的定量分析等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，以解决现有技术在线路网格化维护管理工作中对于网格的风险评估大多采用先对网格内输电线路杆塔的健康状态和重要程度进行评估，然后再构建关于健康状态和重要程度的二维风险矩阵，二维风险矩阵存在的主观性强，缺乏对风险的定量分析等问题。
本发明技术方案
一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，它包括：
步骤1、采集网格内输电杆塔的设计资料，获取输电杆塔的设计基准期、设计覆冰厚度、设计风速等级、杆塔自重和杆塔根开数据；
步骤2、计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
步骤3、利用步骤2的计算结果，采用JC法计算网格内每一基输电杆塔的可靠度β；
步骤4、计算网格内每一基输电杆塔的是失效概率p；
步骤5、采用熵权法计算网格内每一基输电杆塔的权重因子w；
步骤6、计算输电网格风险P。
步骤2所述计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差的计算方法包括：
步骤2.1、计算输电杆塔构件荷载效应比ρ，公式为：
式中，SGK为永久荷载效应；SQK为可变荷载效应；GTK为杆塔自重；GGK为自重荷载；WX为导地线线条风荷载；WT为塔身风合力；导地线合力作用点高度H0；LR为杆塔根开；
步骤2.2、计算杆塔构件抗力标准值RK、永久荷载效应标准值SGK、可变荷载效应标准值SQK；公式为：
SQK＝1
式中，ρ为荷载效应比；K为安全系数；
步骤2.3、计算杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
μR＝KRRK
σR＝VRμR
式中，KR＝1.14，KG＝1.06，KQ＝1，VR＝0.12，VG＝0.07，VQ＝0.19。
步骤3所述可靠度β的计算方法包括：
步骤3.1、令R*＝μR，
步骤3.2、计算βn，公式为：
式中，
Φ-1(·)为标准正太分布的反函数，为标准正太分布的概率密度函数，
步骤3.3、计算误差|Δβ|＝βn-βn-1，若|Δβ|≈0，则结束计算，取杆塔可靠度β＝βn；否则继续步骤3.4；
步骤3.4、跟新相关值，公式如下
验证若满足则继续步骤3.1到步骤3.4；否则结束计算。
步骤4所述网格内每一基输电杆塔的失效概率p计算公式为：
p＝Φ(-β) (式4)
式中，Φ(·)为标准正太分布函数，β为输电杆塔可靠度。
步骤5所述权重因子w的计算方法包括：
步骤5.1、假设网格内有n基杆塔，每一基杆塔评分分别为m1、m2、…、mn；
步骤5.2、对评分数据进行标准化，标准化的数据分别为y1、y2、…、yn，则
式中，max(·)和min(·)分别为取最大值函数和取最小值函数；
步骤5.3、计算数据的信息熵Ei(i＝1、2、...、n)，公式如下
式中，n为杆塔个数，
步骤5.4、计算权重因子wi，公式为
步骤6所述输电网格风险P的计算公式为：
本发明的有益效果
为输电线路网格化管理提供一种新的网格风险评估方法，以网格内杆塔的失效概率作为网格风险评估的依据，同时考虑网格内各个杆塔的重要程度不同，用加权求和方法计算网格风险概率，使网格的风险评估结果具有客观性和更具指导意义；解决了现有技术在线路网格化维护管理工作中对于网格的风险评估大多采用先对网格内输电线路杆塔的健康状态和重要程度进行评估，然后再构建关于健康状态和重要程度的二维风险矩阵，二维风险矩阵存在的主观性强，缺乏对风险的定量分析等问题。
具体实施方式
一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，包括以下步骤：
步骤1、采集网格内输电杆塔的设计资料，获取输电杆塔的设计基准期、设计覆冰厚度、设计风速等级、杆塔自重、杆塔根开等数据；
步骤2、计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
步骤2.1、计算输电杆塔构件荷载效应比ρ，公式为：
式中，SGK为永久荷载效应；SQK为可变荷载效应；GTK为杆塔自重；GGK为自重荷载；WX为导地线线条风荷载；WT为塔身风合力；导地线合力作用点高度H0；LR为杆塔根开，为了简化计算，本发明在分析了大量110～750kV线路统计数据的基础上，对于设计风速0～30m/s，水平档距300～700m，导线选用4x300～4x500的线路，可取以下经验公式：
GGK＝(0.5～1)GTK
WX＝(0.5～1.4)GGK
WT＝(0.5～1)WX
H0＝(0.5～1)LR
步骤2.2、计算杆塔构件抗力标准值RK、永久荷载效应标准值SGK、可变荷载效应标准值SQK，公式为：
SQK＝1
式中，ρ为荷载效应比；K为安全系数，一般取1.5～2
步骤2.3、计算杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
因为R、SG、SQ分别服从对数正太分布、标准正太分布和极值I型分布，所以三者的均值和均方差可用以下公式计算出：
μR＝KRRK
σR＝VRμR
式中，KR＝1.14，KG＝1.06，KQ＝1，VR＝0.12，VG＝0.07，VQ＝0.19
步骤3、利用步骤2的计算结果，采用JC法计算网格内每一基输电杆塔的可靠度β，步骤如下：
步骤3.1、令R*＝μR，
步骤3.2、计算βn，公式为：
式中，
其中，Φ-1(·)为标准正太分布的反函数，为标准正太分布的概率密度函数，
步骤3.3、计算误差|Δβ|＝βn-βn-1，若|Δβ|≈0，则结束计算，取杆塔可靠度β＝βn；否则继续步骤3.4；
步骤3.4、跟新相关值，公式如下
验证若满足继续步骤3.1到步骤3.4；否则结束计算；
步骤4、计算网格内每一基输电杆塔的失效概率p，公式如下
p＝Φ(-β)
式中，Φ(·)为标准正太分布函数，β为输电杆塔可靠度，由步骤3计算出；
步骤5、采用熵权法计算网格内每一基输电杆塔的权重因子w；由于每一基杆塔的电压等级、杆塔的健康程度、所处的地理环境等因素不同，因此每一基杆塔的重要程度也不同，本发明根据杆塔的设计资料等台账数据，采用专家打分法评价每一基杆塔的重要程度，然后再根据熵权法计算输电杆塔的权重因子；
步骤5.1假设网格内有n基杆塔，每一基杆塔专家评分分别为m1、m2、…、mn，则输电杆塔权重因子的计算步骤如下：
步骤5.2、对评分数据进行标准化，假设标准化的数据分别为y1、y2、…、yn，则
式中，max(·)和min(·)分别为取最大值函数和取最小值函数，上式保证了重要的因子能有较高的权重；
步骤5.3、计算数据的信息熵Ei(i＝1、2、...、n)，公式如下
式中n为杆塔个数，
步骤5.4、计算权重因子wi，公式为
步骤6、计算输电网格风险P，由步骤4得到网格内每一基杆塔的失效概率pi，由步骤5得到输电杆塔的权重因子wi，则输电网格的风险P的计算公式为
式中，n为网格内输电杆塔的个数。
Claims (6)
1.一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，它包括：
步骤1、采集网格内输电杆塔的设计资料，获取输电杆塔的设计基准期、设计覆冰厚度、设计风速等级、杆塔自重和杆塔根开数据；
步骤2、计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
步骤3、利用步骤2的计算结果，采用JC法计算网格内每一基输电杆塔的可靠度β；
步骤4、计算网格内每一基输电杆塔的是失效概率p；
步骤5、采用熵权法计算网格内每一基输电杆塔的权重因子w；
步骤6、计算输电网格风险P。
2.根据权利要求1所述的一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，其特征在于：步骤2所述计算输电网格内每一基杆塔构件的杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差的计算方法包括：
步骤2.1、计算输电杆塔构件荷载效应比ρ，公式为：
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式中，SGK为永久荷载效应；SQK为可变荷载效应；GTK为杆塔自重；GGK为自重荷载；WX为导地线线条风荷载；WT为塔身风合力；导地线合力作用点高度H0；LR为杆塔根开；
步骤2.2、计算杆塔构件抗力标准值RK、永久荷载效应标准值SGK、可变荷载效应标准值SQK；公式为：
SQK＝1
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式中，ρ为荷载效应比；K为安全系数；
步骤2.3、计算杆塔构件抗力R的均值μR和均方差σR、永久荷载效应SG的均值和均方差可变荷载效应SQ的均值和均方差
μR＝KRRK
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式中，KR＝1.14，KG＝1.06，KQ＝1，VR＝0.12，VG＝0.07，VQ＝0.19。
3.根据权利要求1所述的一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，其特征在于：可靠度β的计算方法包括：
步骤3.1、令R*＝μR，
步骤3.2、计算βn，公式为：
式中， Φ-1(·)为标准正太分布的反函数，为标准正太分布的概率密度函数，
<mrow>
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步骤3.3、计算误差|Δβ|＝βn-βn-1，若|Δβ|≈0，则结束计算，取杆塔可靠度β＝βn；否则继续步骤3.4；
步骤3.4、跟新相关值，公式如下
R*＝μR*+βnσR*cosθR*
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</mrow>
验证若满足则继续步骤3.1到步骤3.4；否则结束计算。
4.根据权利要求1所述的一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，其特征在于：计算网格内每一基输电杆塔的失效概率p计算公式为：
p＝Φ(-β)
式中，Φ(·)为标准正太分布函数，β为输电杆塔可靠度。
5.根据权利要求1所述的一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，其特征在于：
权重因子w的计算方法包括：
步骤5.1、假设网格内有n基杆塔，每一基杆塔评分分别为m1、m2、…、mn；
步骤5.2、对评分数据进行标准化，标准化的数据分别为y1、y2、…、yn，则
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式中，max(·)和min(·)分别为取最大值函数和取最小值函数；
步骤5.3、计算数据的信息熵Ei(i＝1、2、...、n)，公式如下
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式中，n为杆塔个数，
步骤5.4、计算权重因子wi，公式为
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6.根据权利要求1所述的一种基于输电线路杆塔可靠性分析的网格风险评估方法，其特征在于：
计算输电网格风险P的计算公式为：
<mrow>
<mi>P</mi>
<mo>=</mo>
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