一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法技术

一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，该方法先根据杆塔中各主材杆件、斜材杆件的临界腐蚀厚度以及当前腐蚀厚度、基于特定的腐蚀模型计算各杆件的剩余寿命，再根据层次分析法对杆塔进行分层评估，由此得到杆塔的整体剩余寿命和安全度，然后根据杆塔的整体剩余寿命、安全度结合其整体耐久性等级给出杆塔的维修策略。本设计不仅实现了杆塔剩余寿命的有效评估，而且为输电工程老旧线路改造或拆除提供了决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法
本专利技术属于输电杆塔评估
，具体涉及一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法。
技术介绍
随着设计使用年限的临近以及运行环境的改变，输电杆塔出现老化或者使用条件与原设计要求不相符的现象，运行可靠度水平出现不同程度的降低，严重影响输电线路的使用安全性。电力输送网络承担着全国电力传输的任务，其重要性不言而喻，而作为输电线路最重要的电力工程设施，输电杆塔结构是线路正常运行的基本保障，因此，设计一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法就显得尤为重要。而目前对于杆塔寿命的评估主要围绕塔身构件和基础寿命来进行，无法实现输电杆塔剩余寿命的准确评估。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种实现对杆塔剩余寿命合理有效评估、并能根据杆塔的安全性给出相应的维修策略的输电杆塔剩余寿命和安全评估方法。为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，包括杆塔剩余寿命的评估，所述杆塔剩余寿命的评估依次包括以下步骤：A1、计算杆塔中各主材杆件、斜材杆件的临界腐蚀厚度δlim；A2、基于幂函数腐蚀模型，将临界腐蚀厚度δlim代入该模型中计算得到各杆件达到临界腐蚀厚度的暴露时间tmax，并将当前腐蚀厚度δ0代入该模型中计算得到各杆件达到当前腐蚀厚度所对应的暴露时间t0，其中，所述幂函数腐蚀模型为：δ＝Atn上式中，δ为腐蚀厚度，t为暴露时间，A为初始腐蚀速率常数，n为腐蚀速率随时间的发展趋势常数；A3、根据以下公式计算各杆件的剩余寿命t：t＝tmax-t0；A4、通过以下公式计算杆塔的本体层和接腿层的主材杆件、斜材杆件的剩余寿命：t1＝min(t1i)i＝1,2,…,n1上式中，t1为该层的主材杆件剩余寿命，t1i为该层第i个主材杆件的剩余寿命，n1为该层中主材杆件的总数，t2为该层的斜材杆件剩余寿命，t2i为该层第i个斜材杆件的剩余寿命，n2为该层中斜材杆件的总数；A5、先根据各类杆件在层结构中的贡献比重确定本体层和接腿层的剩余寿命，然后确定杆塔的整体剩余寿命T：T＝min(Ti)i＝1,2上式中，Ti为第i层结构的剩余寿命，为第i层第j类杆件数目占该层两类杆件总数的比例，为第i层第j类杆件的剩余寿命。步骤A1中，所述临界腐蚀厚度δlim与当前腐蚀厚度δ0通过以下公式计算得到：δlim＝δsηlimfyr＝1-0.9852ηAr＝0.5η2-1.5η+1m＝r/(fyrAr)δ0＝δs-(δj-δt)上式中，δs为杆件的设计厚度，ηlim为杆件的最大容许腐蚀率，fyr为杆件在腐蚀后与腐蚀前的屈服强度之比，η为杆件的腐蚀率，Ar为杆件在腐蚀后与腐蚀前的截面面积之比，m为杆件的强度折减系数，r为杆件的应力比，δj为杆件的当前检测厚度，δt为杆件的涂层厚度。所述评估方法还包括杆塔安全评估，所述杆塔安全评估依次包括以下步骤：B1、根据以下公式计算杆塔的本体层和接腿层中主材杆件、斜材杆件的安全度：e＝1-δ0/δlime1＝min(e1i)i＝1,2,…,n1上式中，e为杆件的安全度，e1为该层的主材杆件安全度，e1i为该层第i个主材杆件的安全度，n1为该层中主材杆件的总数，e2为该层的斜材杆件安全度，e2i为该层第i个斜材杆件的安全度，n2为该层中斜材杆件的总数；B2、先根据各类杆件在层结构中的贡献比重确定本体层和接腿层的安全度，然后确定杆塔的整体安全度E：E＝min(Ei)i＝1,2上式中，Ei为第i层结构的安全度，为第i层第j类杆件数目占该层两类杆件总数的比例，为第i层第j类杆件的安全度；B3、根据杆塔的整体耐久性等级、整体剩余寿命和整体安全度确定相应的维修策略，具体为：若杆塔满足整体耐久性等级为A级、整体剩余寿命大于等于50年、整体安全度大于等于0.5中的任一条件，则判定杆塔可继续使用，无需维修；若杆塔满足整体耐久性等级为B级、整体剩余寿命为小于50年的正数、整体安全度为小于0.5的正数中的任一条件，则判定杆塔局部更换塔材后可继续使用；若杆塔满足整体耐久性等级为C级、整体剩余寿命小于等于0年、整体安全度小于等于0中的任一条件，则判定杆塔需拆除更换。步骤B3中，所述杆塔的整体耐久性等级为本体层、接腿层的耐久性等级中较低的等级，其中，所述本体层、接腿层的耐久性等级按照以下方法确定：若该层中耐久性等级为b级的杆件数量不超过该层两类杆件总数的20％且无耐久性等级为c级的杆件，则判定该层的耐久性等级为A级；若该层中耐久性等级为b级的杆件数量超过该层两类杆件总数的20％且无耐久性等级为c级的杆件，则判定该层的耐久性等级为B级；若该层中耐久性等级为c级的杆件数量不超过该层两类杆件总数的20％，则判定该层的耐久性等级为B级；当该层中耐久性等级为c级的杆件数量超过该层两类杆件总数的20％，则判定该层的耐久性等级为C级。所述杆件的耐久性等级判定标准为：若杆件的当前腐蚀厚度小于其腐蚀前厚度的5％，则判定该杆件的耐久性等级为a级；若杆件的当前腐蚀厚度大于其腐蚀前厚度的5％且小于腐蚀前厚度的10％，则判定该杆件的耐久性等级为b级；若杆件的当前腐蚀厚度大于其腐蚀前厚度的10％，则判定该杆件的耐久性等级为c级。步骤B3中，若杆塔的整体耐久性等级、整体剩余寿命和整体安全度对应不同的维修策略，以最低等级所对应的维修策略作为杆塔的最终维修策略。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法先确定杆塔中各主材杆件、斜材杆件的临界腐蚀厚度与当前腐蚀厚度，再基于特定的腐蚀模型计算杆件达到临界腐蚀厚度的暴露时间以及杆件达到当前腐蚀厚度所对应的暴露时间，并以两者的差值作为杆件的剩余寿命，然后依次计算杆塔的本体层和接腿层的主材杆件以及斜材杆件的剩余寿命、本体层和接腿层的剩余寿命，最终得到杆塔的整体剩余寿命，本方法基于承载能力极限状态的评估，采用合理有效的腐蚀模型，并对杆塔进行分层评估，不仅实现了杆塔剩余寿命的有效评估，而且易于找到异常杆件，方便维修人员进行维修工作。因此，本专利技术不仅实现了杆塔剩余寿命的有效评估，而且方便维修人员进行维修工作。2、本专利技术一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法中引入了安全度参数以及耐久性等级，从安全度和耐久性方面对杆塔的杆件和整体分别评定等级，并根据杆塔的整体耐久性等级、整体剩余寿命和整体安全度确定相应的维修策略，该设计为输电工程老旧线路改造或拆除提供了决策依据，从而最大限度的利用有限的输电杆塔资源。因此，本专利技术为输电工程老旧线路改造或拆除提供了决策依据。附图说明图1为杆塔结构分层示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，其特征在于：/n所述评估方法包括杆塔剩余寿命的评估，所述杆塔剩余寿命的评估依次包括以下步骤：/nA1、计算杆塔中各主材杆件、斜材杆件的临界腐蚀厚度δ

【技术特征摘要】
1.一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，其特征在于：
所述评估方法包括杆塔剩余寿命的评估，所述杆塔剩余寿命的评估依次包括以下步骤：
A1、计算杆塔中各主材杆件、斜材杆件的临界腐蚀厚度δlim与当前腐蚀厚度δ0；
A2、基于幂函数腐蚀模型，将临界腐蚀厚度δlim代入该模型中计算得到各杆件达到临界腐蚀厚度的暴露时间tmax，并将当前腐蚀厚度δ0代入该模型中计算得到各杆件达到当前腐蚀厚度所对应的暴露时间t0，其中，所述幂函数腐蚀模型为：
δ＝Atn
上式中，δ为腐蚀厚度，t为暴露时间，A为初始腐蚀速率常数，n为腐蚀速率随时间的发展趋势常数；
A3、根据以下公式计算各杆件的剩余寿命t：
t＝tmax-t0；
A4、通过以下公式计算杆塔的本体层和接腿层的主材杆件、斜材杆件的剩余寿命：
t1＝min(t1i)i＝1,2,…,n1



上式中，t1为该层的主材杆件剩余寿命，t1i为该层第i个主材杆件的剩余寿命，n1为该层中主材杆件的总数，t2为该层的斜材杆件剩余寿命，t2i为该层第i个斜材杆件的剩余寿命，n2为该层中斜材杆件的总数；
A5、先根据各类杆件在层结构中的贡献比重确定本体层和接腿层的剩余寿命，然后确定杆塔的整体剩余寿命T：



T＝min(Ti)i＝1,2
上式中，Ti为第i层结构的剩余寿命，为第i层第j类杆件数目占该层两类杆件总数的比例，为第i层第j类杆件的剩余寿命。


2.根据权利要求1所述的一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，其特征在于：
步骤A1中，所述临界腐蚀厚度δlim与当前腐蚀厚度δ0通过以下公式计算得到：
δlim＝δsηlim
fyr＝1-0.9852η
Ar＝0.5η2-1.5η+1
m＝r/(fyrAr)
δ0＝δs-(δj-δt)
上式中，δs为杆件的设计厚度，ηlim为杆件的最大容许腐蚀率，fyr为杆件在腐蚀后与腐蚀前的屈服强度之比，η为杆件的腐蚀率，Ar为杆件在腐蚀后与腐蚀前的截面面积之比，m为杆件的强度折减系数，r为杆件的应力比，δj为杆件的当前检测厚度，δt为杆件的涂层厚度。


3.根据权利要求1或2所述的一种输电杆塔剩余寿命和安全评估方法，其特征在于：
所述评估方法还包括杆塔安全评估，所述杆塔安全评估依次包括以下步骤：
B1、根据以下公式计算杆塔的本体层和接腿层中主材杆件、斜材杆件的安全度：
e＝1-δ0/δlim
e1＝min(e1i)i＝1,2,…,n1



上式中，e为杆件的安全度，e1为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，孙威，袁焕鑫，邹俊，刘溟，涂长庚，刘汉生，何勇，房铭坤，杜新喜，
申请(专利权)人：国家电网公司华中分部，湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉大学，国网湖北送变电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42