基于概率靈敏度技術變電構架可靠性分析

【摘要】本文首先針對概率靈敏度技術做出了簡要研究，進而側重于對單側支撐變電構架的可靠性程度予以詳細分析，結合單側支撐變電構件工程實例，以實踐研究的方式展開系統分析與說明，現總結并報告如下。

【關鍵詞】概率靈敏度；變電構架；可靠性；計算；分析

對于整個電力系統而言，變電構架的有效性無疑是至關重要的一環。在當前技術條件，按照變電構架材料屬性的差異性對其進行劃分，基本有①高強鋼管梁柱模式；②鋼管混凝土模式；③預應力混凝土環形桿模式；④焊接式鋼管模式這幾種類型。通過對相關數據資料的分析不難發現：電力系統建設過程中有關變電構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鍵原因在于：鋼筋式鋼管模式變電構建在實踐應用電力系統中有著較強的適應性能力。并且此種變電構架結構體系相對而言較為簡單，施工及后期維護難度較低。從這一角度上來說，現階段有關變電構架可靠性的分析與研究重點指有關焊接式鋼管模式變電構架可靠性的分析。

1.概率靈敏度技術計算流程分析

在有關概率靈敏度的計算過程當中，首先應當關注的問題是對輸入參數的合理選取：簡單來說，在進行概率靈敏度的計算過程當中，必須針對所輸入參數的數量、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用，結合既定的概率數值針對輸入參數進行抽樣處理。在此基礎之上可以通過對抽樣數值的模擬及循環計算獲取與目標數值密切相關的方差數值以及均值數值。從這一角度上來說，在針對輸入參數進行選取的過程當中應當確保輸入參數具備以下兩個方面的基本條件：①所輸入參數應當具備對計算數值的一定影響；②所輸入參數應當在實際環境下具備一定程度上的不確定性特征。在輸入參數選擇完成之后，還應當關注對輸出參數選擇處理的有效控制：在蒙特卡羅計算思維模式作用之下，輸出參數從某種程度上來說等同于目標結果。這也就是說可以通過大量的模擬運算實現對與輸出數值相關統計特征及概率分布趨勢的有效獲取，進而也就能夠實現對輸入參數敏感性程度的有效判定。從這一角度上來說，對于輸出數值控制參數的選取應當以結構或是構建最大應力參數、最大轉角參數或是最大位移參數為準，從而確保概率靈敏度計算數值的可靠性與真實性。

2.基于概率靈敏度技術變電構架的可靠性分析

2.1變電構架實例分析

本文后續計算所涉及到的變電構架總體跨度參數為27m，高度參數為26m。支撐形式為單側支撐，兩側人字柱有效支撐高度為9m/18m。變電構架支撐材料的選取以等級為Q235圓鋼管為主，鋼管內外徑尺寸參數分別為368mm/380mm。特別值得注意的一點在于：考慮到整個單側支撐變電構架橫梁結構設定為格構式鋼梁，為實現對概率靈敏度計算程序的簡化，將其按照等剛度原則進行轉換（格構式→圓鋼管）。此項轉換過程中所涉及到的轉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參數及輸出參數的選取分析

首先，對于概率靈敏度計算過程中的輸入參數而言，本次分析過程中所確定的輸入參數指標包括如下幾個方面：①.材料屈服強度參數；②.支撐鋼管直徑/壁厚參數；③.設備荷載參數；④.初始狀態結合缺陷參數（柱頂位置幾何缺陷參數+柱間位置幾何參數）；⑤.導線作用荷載參數這幾個方面。特別值得注意的一點在于：柱頂幾何缺陷參數的輸入能夠針對柱頂與柱頂衡量在變電構架安裝過程可能出現的誤差參數。考慮到柱頂橫梁上往往懸掛有大量的設備及導線裝置，因此對于這一缺陷參數輸入數值的設定取值較大。在針對輸入數值各變量指標進行數學分布處理的過程當中，應當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位置的樣本（一般意義上將其確定為指標參數允許波動值范圍內±10%比例）。本文所例舉單側支撐變電構架中各項輸入變量參數的統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而言，考慮到變電構架在整個電力系統正常運行中所發揮的重要意義，針對輸出參數的選取應當尤為慎重，建議將人字柱柱截面最大應力參數作為輸出數值，確保其相對于整個變電構架可靠性的直接影響。

2.3計算數值結果分析

按照上文有關概率靈敏度計算流程的分析，在大量迭代循環計算及收斂處理作用之下能夠針對包含各項樣本值參數的輸入指標數值予以統計，具體的數據示意表如下表所示（見表1）。通過對表1中相關數據的分析不難發現：以上各項變量輸入參數樣本值在經過迭代循環及收斂處理之后仍然能夠維持在所預定的假設范圍之內，并且正態分布偏度數值以及抽樣計算偏度數值基本呈現為0值，由此可以推定以上抽樣數據為合理且可靠的。與此同時，在有關輸出參數樣本統計特征的分析過程當中不難發現：在施加整個變電構架設計荷載作用力的狀態下，單側支撐人字柱最大應力參數表現為壓應力，其方差數值達到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在眾數周邊表現較大的峰態以及較為密集的分布形式。

2.4概率靈敏度分析

通過對輸入參數數值在預設概率情況下相對于輸出參數影響的分析可以判定整個單側支撐變電構架的可靠性程度。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值予以反映。在此之前，還應當確定有關判定變電構建可靠性程度的顯著性水平。本文所研究實例中將顯著性水平取值范圍設定在0～1范圍之內。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）即為在預設50%顯著性水平狀態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、導向水平方向張力參數、鋼管外徑參數以及材料強度參數是決定人字柱最大應力數值高低的關鍵指標，應當在變電構架的實踐運用過程當中予以重點關注。

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