[发明专利]基于时变应力-强度干涉模型的电力电缆可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于时变应力-强度干涉模型的中高压电力电缆可靠性评估方法，属于电力设备状态监测与评估领域。

背景技术

随着我国经济的持续高速增长，城市电网规模与日俱增，电力电缆凭借其占地少、不影响环境美化、安全性高等优点，成为城市电网广泛采用的电能输送方式。由于关系到国民经济重要命脉，城市电网对供电可靠性有着极高的要求，任何电网故障对于国民经济所造成的损失均无法估量。历史上东京、伦敦、莫斯科、巴黎、纽约、圣保罗、里约热内卢、新德里等特大型城市均发生过大停电，且电缆线路故障导致电网连锁停电的事例呈逐年增长的趋势。因此，提高城市电网供电可靠性，降低供电故障率是现代城市对电网运行提出的重要要求之一。而电缆可靠性作为城市电网供电可靠性的重要组成部分，对其准确建模并计算成为电网日常运维不可或缺的组成部分。

可靠性表示一种产品在特定的环境下、一段特定的时间内能够无故障运行的概率。可靠性理论是从19世纪20年代发展起来的一门科学，可靠性理论认为研究对象所受的应力及本身的强度是呈一定的概率分布的。当前，对电力电缆可靠性的研究已在国内外广泛开展。然而，已有的成果往往仅使用电缆绝缘材料的老化寿命曲线来求取电缆寿命可靠性，从而忽略了电缆是一个有机整体组成的系统。事实上，电缆是一个包括线芯导体、绝缘材料和保护层组成的有机整体，即传统意义上的系统。此外，由于地下电缆通常采用直埋、管道、电缆沟和电缆通道的方式进行敷设，其运行环境随气候、季节以及安装环境等持续变化，且实测数据具有一定的随机性，因此电缆的寿命强度会随着时间的增长而在应力的作用下逐渐退化。而传统的基于应力-强度模型的电缆可靠性计算模型通常认为电缆的寿命强度为一个静态的随机变量，从而导致常规的在特定环境因素下的电缆可靠性估算在实际工程中准确性不高，缺乏实际指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑中高压电缆实际运行环境随机性的基于时变应力-强度干涉模型的中高压电力电缆可靠性评估方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于时变应力-强度干涉模型的电力电缆可靠性评估方法，用于对中高压电力电缆进行可靠性评估，该方法包括电力电缆累积退化量模型的建立、电力电缆累积退化量和累积退化量阀值概率分布参数的求取、电力电缆时变应力-强度干涉模型的建立以及基于时变应力-强度干涉模型的电缆可靠性估算四个步骤；

（1）所述的电力电缆累积退化量模型的建立包括：

A、将电缆电力的负荷数据、平均电应力以及环境温度数据分别离散化而形成呈阶梯状连续变化的负荷曲线、电应力曲线以及环境温度曲线；

B、根据所述的变化的负荷曲线、所述的电应力曲线求取单位步长时间内的电缆电流、电场强度；

C、根据求得的电缆电流、电场强度和所述的环境温度曲线求取不同运行环境下的单位步长时间内电缆芯温度分布；

D、根据单位步长时间内电缆芯温度分布求取单位步长时间内的电缆退化量的线性递推公式；

E、根据所述的线性递推公式，估算电力电缆在一段时间内的电热累积退化量；

（2）所述的电力电缆累积退化量和累积退化量阀值概率分布参数的求取，包括将电力电缆的电热累积退化量和累积退化量阀值用标准正态分布函数拟合，并在此基础上求取两者的概率密度函数；

（3）所述的电力电缆时变应力-强度干涉模型的建立包括：

a、定义由热应力、电应力导致的电热电缆累积退化量为应力-强度干涉模型中的应力S，定义电力电缆的累积退化量阀值为应力-强度干涉模型中的强度R，定义电力电缆的可靠性为电力电缆的电热累积退化量S小于电力电缆的累积退化量阀值R的概率，从而获取电力电缆累积退化量模型；

b、根据获取的电力电缆累积退化量模型，建立计及电力电缆寿命退化的应力-强度干涉模型；

c、将所述的应力-强度干涉模型结合求取的电力电缆的电热累积退化量和累积退化量阀值的标准正态分布概率密度函数，计算电力电缆的电热累积退化量和累积退化量阀值标准正态分布的均值、标准差和方差，建立电力电缆的时变应力-强度干涉可靠性模型；

（4）所述的基于时变应力-强度干涉模型的电缆可靠性估算包括：

1）根据建立的电力电缆的时变应力-强度干涉可靠性模型，求取基于时变应力-强度干涉模型的电缆可靠性计算表达式，该表达式为关于电力电缆的电热累积退化量和累积退化量阀值均值和方差的正态分布函数；