基于概率靈敏度技術(shù)變電構(gòu)架可靠性分析

【摘要】本文首先針對概率靈敏度技術(shù)做出了簡要研究，進(jìn)而側(cè)重于對單側(cè)支撐變電構(gòu)架的可靠性程度予以詳細(xì)分析，結(jié)合單側(cè)支撐變電構(gòu)件工程實(shí)例，以實(shí)踐研究的方式展開系統(tǒng)分析與說明，現(xiàn)總結(jié)并報告如下。

【關(guān)鍵詞】概率靈敏度；變電構(gòu)架；可靠性；計算；分析

對于整個電力系統(tǒng)而言，變電構(gòu)架的有效性無疑是至關(guān)重要的一環(huán)。在當(dāng)前技術(shù)條件，按照變電構(gòu)架材料屬性的差異性對其進(jìn)行劃分，基本有①高強(qiáng)鋼管梁柱模式；②鋼管混凝土模式；③預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形桿模式；④焊接式鋼管模式這幾種類型。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)資料的分析不難發(fā)現(xiàn)：電力系統(tǒng)建設(shè)過程中有關(guān)變電構(gòu)架材料模式的選取多以焊接式鋼管模式為主。做出此種選擇的最關(guān)鍵原因在于：鋼筋式鋼管模式變電構(gòu)建在實(shí)踐應(yīng)用電力系統(tǒng)中有著較強(qiáng)的適應(yīng)性能力。并且此種變電構(gòu)架結(jié)構(gòu)體系相對而言較為簡單，施工及后期維護(hù)難度較低。從這一角度上來說，現(xiàn)階段有關(guān)變電構(gòu)架可靠性的分析與研究重點(diǎn)指有關(guān)焊接式鋼管模式變電構(gòu)架可靠性的分析。

1.概率靈敏度技術(shù)計算流程分析

在有關(guān)概率靈敏度的計算過程當(dāng)中，首先應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題是對輸入?yún)?shù)的合理選取：簡單來說，在進(jìn)行概率靈敏度的計算過程當(dāng)中，必須針對所輸入?yún)?shù)的數(shù)量、類型以及概率分布趨勢予以有效確定。借助于對蒙特卡羅法的綜合應(yīng)用，結(jié)合既定的概率數(shù)值針對輸入?yún)?shù)進(jìn)行抽樣處理。在此基礎(chǔ)之上可以通過對抽樣數(shù)值的模擬及循環(huán)計算獲取與目標(biāo)數(shù)值密切相關(guān)的方差數(shù)值以及均值數(shù)值。從這一角度上來說，在針對輸入?yún)?shù)進(jìn)行選取的過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)確保輸入?yún)?shù)具備以下兩個方面的基本條件：①所輸入?yún)?shù)應(yīng)當(dāng)具備對計算數(shù)值的一定影響；②所輸入?yún)?shù)應(yīng)當(dāng)在實(shí)際環(huán)境下具備一定程度上的不確定性特征。在輸入?yún)?shù)選擇完成之后，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注對輸出參數(shù)選擇處理的有效控制：在蒙特卡羅計算思維模式作用之下，輸出參數(shù)從某種程度上來說等同于目標(biāo)結(jié)果。這也就是說可以通過大量的模擬運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對與輸出數(shù)值相關(guān)統(tǒng)計特征及概率分布趨勢的有效獲取，進(jìn)而也就能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入?yún)?shù)敏感性程度的有效判定。從這一角度上來說，對于輸出數(shù)值控制參數(shù)的選取應(yīng)當(dāng)以結(jié)構(gòu)或是構(gòu)建最大應(yīng)力參數(shù)、最大轉(zhuǎn)角參數(shù)或是最大位移參數(shù)為準(zhǔn)，從而確保概率靈敏度計算數(shù)值的可靠性與真實(shí)性。

2.基于概率靈敏度技術(shù)變電構(gòu)架的可靠性分析

2.1變電構(gòu)架實(shí)例分析

本文后續(xù)計算所涉及到的變電構(gòu)架總體跨度參數(shù)為27m，高度參數(shù)為26m。支撐形式為單側(cè)支撐，兩側(cè)人字柱有效支撐高度為9m/18m。變電構(gòu)架支撐材料的選取以等級為Q235圓鋼管為主，鋼管內(nèi)外徑尺寸參數(shù)分別為368mm/380mm。特別值得注意的一點(diǎn)在于：考慮到整個單側(cè)支撐變電構(gòu)架橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)定為格構(gòu)式鋼梁，為實(shí)現(xiàn)對概率靈敏度計算程序的簡化，將其按照等剛度原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換（格構(gòu)式→圓鋼管）。此項(xiàng)轉(zhuǎn)換過程中所涉及到的轉(zhuǎn)化模型示意圖如上圖所示（見圖1）。

2.2概率靈敏度計算過程中輸入?yún)?shù)及輸出參數(shù)的選取分析

首先，對于概率靈敏度計算過程中的輸入?yún)?shù)而言，本次分析過程中所確定的輸入?yún)?shù)指標(biāo)包括如下幾個方面：①.材料屈服強(qiáng)度參數(shù)；②.支撐鋼管直徑/壁厚參數(shù)；③.設(shè)備荷載參數(shù)；④.初始狀態(tài)結(jié)合缺陷參數(shù)（柱頂位置幾何缺陷參數(shù)+柱間位置幾何參數(shù)）；⑤.導(dǎo)線作用荷載參數(shù)這幾個方面。特別值得注意的一點(diǎn)在于：柱頂幾何缺陷參數(shù)的輸入能夠針對柱頂與柱頂衡量在變電構(gòu)架安裝過程可能出現(xiàn)的誤差參數(shù)。考慮到柱頂橫梁上往往懸掛有大量的設(shè)備及導(dǎo)線裝置，因此對于這一缺陷參數(shù)輸入數(shù)值的設(shè)定取值較大。在針對輸入數(shù)值各變量指標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)分布處理的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)選取的分布方式為帶有上界及下界劃分的截斷高斯分布方式，這一方式能夠最大限度的方式所抽中的樣本為概率極小點(diǎn)位置的樣本（一般意義上將其確定為指標(biāo)參數(shù)允許波動值范圍內(nèi)±10%比例）。本文所例舉單側(cè)支撐變電構(gòu)架中各項(xiàng)輸入變量參數(shù)的統(tǒng)計特征示意表如下表所示（見表1）。其次，對于概率靈敏度計算過程中的輸出參數(shù)而言，考慮到變電構(gòu)架在整個電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中所發(fā)揮的重要意義，針對輸出參數(shù)的選取應(yīng)當(dāng)尤為慎重，建議將人字柱柱截面最大應(yīng)力參數(shù)作為輸出數(shù)值，確保其相對于整個變電構(gòu)架可靠性的直接影響。

2.3計算數(shù)值結(jié)果分析

按照上文有關(guān)概率靈敏度計算流程的分析，在大量迭代循環(huán)計算及收斂處理作用之下能夠針對包含各項(xiàng)樣本值參數(shù)的輸入指標(biāo)數(shù)值予以統(tǒng)計，具體的數(shù)據(jù)示意表如下表所示（見表1）。通過對表1中相關(guān)數(shù)據(jù)的分析不難發(fā)現(xiàn)：以上各項(xiàng)變量輸入?yún)?shù)樣本值在經(jīng)過迭代循環(huán)及收斂處理之后仍然能夠維持在所預(yù)定的假設(shè)范圍之內(nèi)，并且正態(tài)分布偏度數(shù)值以及抽樣計算偏度數(shù)值基本呈現(xiàn)為0值，由此可以推定以上抽樣數(shù)據(jù)為合理且可靠的。與此同時，在有關(guān)輸出參數(shù)樣本統(tǒng)計特征的分析過程當(dāng)中不難發(fā)現(xiàn)：在施加整個變電構(gòu)架設(shè)計荷載作用力的狀態(tài)下，單側(cè)支撐人字柱最大應(yīng)力參數(shù)表現(xiàn)為壓應(yīng)力，其方差數(shù)值達(dá)到12.72。從其分布范圍（-209.8，-146.2）得出其偏度較小，這也就意味著以上各樣本點(diǎn)在眾數(shù)周邊表現(xiàn)較大的峰態(tài)以及較為密集的分布形式。

2.4概率靈敏度分析

通過對輸入?yún)?shù)數(shù)值在預(yù)設(shè)概率情況下相對于輸出參數(shù)影響的分析可以判定整個單側(cè)支撐變電構(gòu)架的可靠性程度。一般情況下，多采取柱狀圖或是餅狀圖的方式針對這一敏感度數(shù)值予以反映。在此之前，還應(yīng)當(dāng)確定有關(guān)判定變電構(gòu)建可靠性程度的顯著性水平。本文所研究實(shí)例中將顯著性水平取值范圍設(shè)定在0～1范圍之內(nèi)。無限趨向于1，則說明分析相對于各變量的靈敏度情況越為重視，無限趨向于0，則說明分析相對于各變量的靈敏度情況越為忽視。上圖（見圖2）即為在預(yù)設(shè)50%顯著性水平狀態(tài)下的概率靈敏度示意圖。基于以上分析可以得知：鋼管壁厚參數(shù)、導(dǎo)向水平方向張力參數(shù)、鋼管外徑參數(shù)以及材料強(qiáng)度參數(shù)是決定人字柱最大應(yīng)力數(shù)值高低的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在變電構(gòu)架的實(shí)踐運(yùn)用過程當(dāng)中予以重點(diǎn)關(guān)注。

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