电气设备寿命评估的方法研究

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1、电气设备寿命评估的方法研究（陆梦龙04081434陆振04081496肖可04081504）（电气自动化08-4）摘要：本文综述了电气设备寿命评估的各种方法的研究，具体介绍了几种应用比较多的方法,主要针对电机、电力变压器以及电缆。Abstract：Thispaperreviewsthe lifeof electricalequipment, variousmethods of assessment, thespecificapplicationpresentedseveralmoremethods,mailyformotors,powertran

2、sformersandcables.关键词：电气设备寿命评估方法S-N曲线应变——寿命法前言：电气设备寿命即电气安全寿命，指电气设备保持或基本保持原有性能而不影响其工作特性满足要求的时间。在整个社会对电力供应的依赖性日益强烈的今天，当发生因电气设备故障而引起的损失是无法估量的，除了人为的操作不当及自然条件的突变所引起的电气损坏而无法预知外，正常情况下，通过对电气设备寿命的正常评估，适时的进行检修及维护，可以提高系统的可靠性，降低故障几率，实现设备利用率最大化。因此设备寿命的评估方法就应运而生。正文：以下主要介绍了当代常用的几种电气设备寿命评估方法

3、，包括断裂力学方程、人工神经网络方法、应变——寿命预测的方法、应力——寿命预测法等的理论基础和具体评价方法。1.断裂力学方程1963年，Paris在Irwin的线弹性断裂力学的基础上，提出了以裂纹尖端场控制参量应力强度因子幅ΔK为参数的疲劳裂纹扩展方程，从而奠定了疲劳裂纹扩展寿命研究的基础。(1.1)该方程在长裂纹扩展寿命研究方面取得了很大成功，在工程实际上也得到了广泛的应用。众多学者对该方程进行了更细致的研究工作，并考虑其他各种因素对其不断进行修正。Forman考虑了应力比的影响，提出了著名的Forman公式：(1.2)Elber和McEvil

4、y针对短裂纹的扩展情况，引入了塑性裂纹闭合的概念，对线弹性断裂力学考虑塑性闭合的影响，提出了有效强度因子幅作为参数的修正Paris公式：(1.3)式中，ΔKeff为有效应力强度因子幅。2．人工神经网络人工神经网络的模型种类有：Hopfield网络模型、BP网络模型、ART模型及Bertymen模型等等。目前应用最广泛的人工神经网络模型是BP(BackPropagation)模型，即误差反向传播模型。BP网络属于多层型人工神经网络，由输入层、输出层和一个或多个隐层组成。输入层接受外界的输入信息，输出层给出输入信息的判别或决策，中间层用来表示或储存知

5、识，相当于一个复杂的非线性函数。假设三层BP网络的输入层有个M节点，隐层有N个节点，输出层有L个节点。共有P个训练集，Xi表示输入层节点的输入；Yk表示输出层节点的输出，是连接权，每一个节点的输入为前一层所有节点输出值的加权和，每一个节点的输出值由节点输入、激励函数f及阈值θ决定：(2.1)式中，f为神经网络的隐含层和输出层的作用函数sigmoid的函数。(2.2)网络的实际输出Yk与期望输出tk之间存在误差，各层的误差为：(2.3)网络的总方差目标为：(2.4)基于神经网络的模拟预测包括两个过程，即学习建模和外推预测。利用BP神经网络来预测电气

6、设备结构部件的损耗情况与使用寿命，就是在各种损耗因素测定结果构成的样本集的基础上，通过神经网络的自主学习获得知识，便可知道电气设备结构部件的使用寿命。3.应变——寿命预测法应变——寿命法是建立在材料承受的应变幅与疲劳寿命的关系上的。1954年Coffin和Manson在研究热疲劳问题的过程中提出了以应变幅作为参量的疲劳寿命描述方法，即著名的Mnason-Coffin公式：(3.1)通过测量和分析得到应变集中处的应变幅，就可以通过式(3.1)得到相应的疲劳寿命。Mansno-offin公式应用的关键在于确定构件的局部应变。在工程上，通常采用Neub

7、er方法来求解构件局部应变。和S-N曲线一样，Manson-offni公式也是建立在恒应变幅的作用上的，对于变幅的循环应变，同样可以采用Miner线性损伤累积法则。4．应力——寿命预测法应力法是一种传统的安全寿命估算方法。所谓应力，就是指缺口试样或要计算的结构元件的载荷，被试样的静面积所除得到的应力值，也就是该面积上的平均应力值。随着施加在结构上的载荷随着时间变化，结构上的名义应力值也将随着时间发生变化，得到应力历程，再利用雨流法将应力历程整理为不同应力幅σai和与σai相应的循环次数ni，由S-N曲线得到应力幅σai对应的使用极限Ni，然后利用

8、线性累积损伤准则计算总损伤D，最后得出疲劳寿命。材料的基本S-N曲线是指光滑材料在恒幅对称循环应力作用下应力幅与疲劳寿命的关系曲线。通过