基于04-FCE的岸边集装箱起重机金属结构安全评价研究.pdf

设备管理与维修2023 翼8（下）0引言随着集装箱港口吞吐量的急剧增加，岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）作为港口最常用的集装箱起重设备之一，其使用数量和频率越来越高，这对其安全性能提出了更高的要求1。目前，由岸桥引起的码头安全事故约占 30%2。最严重的事故是由金属结构的故障和失效引起的，对岸桥金属结构进行安全评估和等级评估，可以通过拆除、维修、检查3等手段，尽早发现结构中存在的安全隐患并及时处理，有效避免安全事故。目前，起重机安全评价的理论方法较多，如神经网络评价法4、灰色综合评价法5、Fisher 判别法6、未确知测量理论7、模糊综合评价法8、专家系统法9等。卢茹利等10基于数据统计，通过实地调研、专家评判等方法对服役中后期岸桥的安全性评价体系作了分析研究。张文11通过改进的可变模糊集法，由具体指标层到岸桥整机逐层确定评价对象的安全等级并验证了建立的岸桥评价体系的可行性。现有的安全评价方法的准确性受到专家水平或训练样本数量的很大影响，特殊情况下反映的数据不真实，使得评价体系的鲁棒性不足。因此，有必要从有效性、可靠性和通用性的角度，建立一种实用的岸桥评价方法。1建立岸桥金属结构安全评价指标体系根据岸桥的设计原理和工程实践，首先对岸桥金属结构的强度、刚度、稳定性、裂纹、腐蚀和维修等影响安全性的因素进行了分析和评价。然后，根据层次分析法将岸桥划分为前梁、后梁、梁、梯形框架、拉杆、立柱 6 个子系统，分别进行单因素分析。最后，构建了岸桥金属结构安全评价指标体系。1.1选择评价指标按照 GB/T 38112008起重机设计规范、GB/T 59052011 起重机试验规范 和 GB 6067.12010 起重机安全规程第 1 部分：总则、GB 6067.52014 起重机安全规程第 5 部分：桥式和门式起重机，GT/B 174952009 港口门式起重机起重机金属结构 等，影响起重机金属结构安全的因素应从两个角度考虑：从设计角度看，影响因素包括强度、刚度、稳定性等；从故障角度看，影响因素包括裂纹、腐蚀、变形、维修等。对于岸桥，梁的整体稳定性在设计阶段已经满足安全标准，整体稳定性指标和强度指标通过应力体现，部分稳定性体现在变形指标上。在安全评价指标体系中，稳定性指标不作为独立的评价指标，因此选择强度、刚度、裂纹、腐蚀、变形和维修作为评价指标。1.2岸桥结构安全评价指标体系岸桥金属结构安全评价指标体系分为整机层、子系统层和单因素层。通过几个子系统的评价结果，可对整机的结构安全性进行综合评价。子系统的评价体现在强度、刚度、裂纹、腐蚀、变形和维修 6 个指标上。岸桥的金属结构主要由前大梁、后大梁、横梁、梯形框架、立柱和拉杆组成。由于在某些子系统中，有些因素对金属结构的安全性影响不大，因此立柱子系统中的刚度因素、拉杆子系统中的刚度和变形因素不参与安全评价。2基于 04-FCE 的岸桥金属结构安全评价模型的建立为了对岸桥金属结构的安全性进行评价，首先根据实际情况对评价指标进行无因次优化。然后采用 04-FCE 评价方法建立安全评价模型，确定岸桥结构的安全等级和评价结论。最后，为降低安全风险提出相应的建议。2.1评价价值的确定岸桥金属结构的安全评价指标包括强度、刚度、裂缝、变形、腐蚀及维修。由于这些维度是不同的，在进行模糊评价计算之前需进行无量纲处理。评价指标值的计算分为 2 个步骤：淤测量单因素评价指标的状态值；于对各指标状态值进行常规无因次处理，使指标数据的取值范围统一在 0，1。2.2评价指标权重的确定采用“0-4”评分法对岸桥金属结构安全评价中涉及的指标进行评价，并以此确定指标的权重。技术人员对评价指标体系中2 个指标的重要水平进行比较，可得到“0-4”分。指标的最终权重表示为某一指标的得分与所有指标的总分之比。2.3模糊关系矩阵的建立模糊评价包括评价结果集（V）、权重集（W）、指标集（U）、模糊关系矩阵（R）4 个基本要素。V 包括对象所有可能的评价结果；W摘要：为保证岸桥在使用过程中的安全，提高港口安全管理水平，根据岸桥金属结构的前梁、后梁、横梁、梯形框架、拉杆、立柱 6 个部分的组成，研究可能影响金属结构安全的因素，并建立安全评价指标体系。首次提出将“0-4”评分法与模糊综合评价相结合的 04-FCE 评价方法，确定岸桥金属结构的安全等级和评价结论，给出降低风险的建议，最后通过实例进行合理性分析。关键词：岸桥；金属结构；04-FCE 评价方法；安全等级中图分类号：U653.921文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.24基于 04-FCE 的岸边集装箱起重机金属结构安全评价研究袁博文，于昊（烟台市烟台港股份有限公司矿石码头分公司，山东烟台264000）輩輯设备管理与维修2023 翼8（下）元素为各指标对结果的权重；U 为评价指标集；R 是 U 和 V 的链接，反映了评价指标与评价结果的关系。n 个评价指标，m 个评价结果的模糊关系矩阵可表示为：R=R1R2R3Rn杉删山山山山山山山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫=r11r1mrn1rnm杉删山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫（1）在已有的研究中，rij的确定通常采用德尔菲法，其结果很大程度上依赖于打分专家的主观判断。评价结果在很大程度上依赖于专家的水平，容易产生偏差，不利于普通技术人员的操作，在港口的实际应用上也不强。该研究采用“距离归一化”方法确定评价值的隶属度，方法简单、准确。方法如下：（1）设 P=P1，P2，P8为 8 个评价结果集的中点，分别为：P=6.25，18.75，31.25，43.75，56.25，68.75，81.25，93.75（2）判断评价值 Si下降的评价结果为 Vi级。（3）求 Si与 Vi对应中点 Pi之间的距离 Di，即：Di=渣Si-Pi渣（2）（4）求离 Si最近的评价结果集 Vj的中点 Pj，求 Sj与 Pj之间的距离 Dj，即：Dj=渣Sj-Pj渣（3）（5）求 Di和 Dj的倒数，然后将结果归一化，得到的隶属度 Si在 Vi和 Vj中的隶属度为 0。与德尔菲法的结果比较，该方法与德尔菲法的平均误差为0.68%，最大误差为 1.6%。因此，该方法可以替代德尔菲法。2.4模糊综合评价根据模糊矩阵的乘法运算，模糊评价集可表示为 B=B1，B2，Bm，模糊评价集 B 式（4）计算：B=W伊R（4）采用加权平均法求解最终评价结果 v：v=mj=1移bjvjmj移bj伊100（5）采用模糊综合评判法进行多级评价，得到了整机结构的评价结果 V。0-100 平均分成 8 个区间，形成 V1-V8整机结构的安全等级。每个评估值都有对应的结果状态描述：V1：当 0臆v臆12.5 时，整机结构状态极差，相关结构件甚至整机应报废。V2：当 12.5v臆25 时，整机结构状况较差，必须立即停机进行全面大修。V3：当 25v臆37.5 时，机器结构不好，必须停机维修。V4：当 37.5v臆50 时，整体结构存在严重安全风险，需制订整体维修方案和减载使用。V5：当 50v臆62.5 时，整机结构故障较多，必须制订整机维修方案。V6：当 62.5v臆75 时，整机结构有一定故障，必须对故障部件进行修理。V7：当 75v臆87.5 时，整机结构状况良好，只需加强巡视检查。V8：当 87.5v臆100 时，整体结构状态良好。3案例分析以某港口岸桥金属结构为研究对象，采用“0-4”分值法确定各指标权重，采用模糊综合评价（FCE）进行安全性评价。根据岸桥金属结构的特点，确定了岸桥金属结构安全评价指标体系，子系统层包括前梁、后梁、横梁、梯形框架、立柱和拉杆，单因素层包括强度、刚度、裂纹、腐蚀、变形和维修。3.1指标评价值的确定按照 GB/T 59052011 和 GB 6067.12010，对某岸桥进行数据采集，得到状态值 d。通过现场测试计算，得到岸桥单因素指标的评价值 S（表 1）。3.204-FCE 评价以前梁强度、刚度、裂纹、腐蚀、变形、维修等单因素指标权重值的计算为例，专家或相关技术人员根据指标的重要性，对 2个指标进行比较后，采用“0-4”评分法计算出各指标的权重值。前梁各指标权重W1=（0.275，0.176，0.275，0.098，0.098，0.098）采用“距离归一化”方法，可得到前梁子系统的模糊关系矩阵：R=0000000.220.78000000.260.74000000001000.70.30000000000.420.5800000000.140.86杉删山山山山山山山山山山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫前梁模糊评价集为：B=（0，0，0.128，0.055，0，0.066，0.199，0.551）前梁的评价结果为 78.83。其他子系统的评价过程与上述计算过程类似。可以得到以下子系统的评价结果：后梁子系统 81.10；横梁子 84.06；梯形框架子系统 87.59；立柱子系统 69.49；拉杆子系统 91.88，故整机最终评价值为 83.99。3.3整机安全性评价经计算，岸桥金属结构的安全评价值为 83.99，安全等级 7级。评价结果对应的整体结构安全状态描述及相关处理建议为：整体结构状态良好，可加强检查。04-FCE 评价方法在某港口一段时间的实际应用表明，该方法合理，易于港口技术人员操作。具有一定的普适性和推广价值。4结论通过分析影响岸桥金属结构安全性的因素和特点，建立了岸桥金属结构安全性评价指标体系，首次提出“0-4”评分+模糊综合评价（04-FCE）的方法，解决了打分者专业技术水平不同造成的权重计算结果普遍存在的问题，偏差大、通用性强、操作方结构强度刚度裂纹腐蚀变形维修Z/MPaSZ/mmSZ/dSZ/%SZ/mmSZS/d前梁1240.9179.60.781990.956.50.3530.76 1500.92后梁1080.939.80.971380.933.40.6660.34 1500.92横梁950.937.80.9610000.9920.82.50.36 1500.92梯形结构630.962.30.982850.9630.720.81500.92立柱1350.91-3620.9790.170.31500.92拉杆1120.92-9640.991.30.87-1500.92表 1 岸桥指标评价值輩輰设备管理与维修2023 翼8（下）便。通过实例分析和应用 04-FCE 对整个码头集装箱起重机金属结构的安全性进行了评价。评价结果与工程实际基本一致。因此，该方法可作为港口岸桥安全评价的依据，为提高港口机械安全管理水平提供支持。参考文献1Ismail R M T R，That N D，Ha Q P.Modelling and robust trajectoryfollowing for offshore container crane systems J.Automation in Con-struction，2015（59）：179-187.2丁高耀，李爱华，曹雄鹰，等.岸边集装箱起重机安全评价方法综述 J.中国特种设备安全，2017，33（6）：33-37.3 Shen G，Xiang D，Liu N，et al.Application of the Fuzzy-AHP Methodin Bridge Crane Safety Evaluation C.Applied Mechanics and Ma-terials.Trans Tech Publications Ltd，2014，496：2788-2794.4 Xu G N，Zhang Q.Safety assessment of the general overhead trav-eling crane metal structure based on BP neural network C.AppliedMechanics and Materials.Trans Tech Publications Ltd，2012（101）：15-20.5 Chen Z F，Zhang Q S.The safety evaluation for gantry system ofportal crane based on the grey theory and analytic hierarchy pro-cess J.Journal of Fuzhou University（Natural Science Edition），2013，41（3）：354-358.6 Li Aihua，Zhao Zhangyan.Crane safety evaluation based on fishertest J.Lifting and transporting machinery，2015（12）：14-17.7 Li Aihua，Zhao Zhangyan.Crane safety assessment based on game-theory and uncertainty measurement theory J.Journal of Dalian Ma-ritime University，2016（3）：77-83.8 Zhishan Duan，Shanqiang Cui.Application of fuzzy analytic hierarchy process in mechanical safety evaluation J.Mechanical industrystandardization and quality，2007（10）：38-39.9 Li Yan.Research on Safety Evaluation System for Mental Structure of Quayside Crane Based on Expert System D.Wuhan：Wuhanuniversity of technology，2015.10卢茹利，杨慧.岸边集装箱起重机安全性评价研究 J.港口装卸，2020（5）：39-43.11张文.基于改进熵权法和可变模糊集法的岸桥安全性评价 D.武汉：武汉理工大学，2020.编辑国云0引言电力系统中，一次设备的电压等级较高，流经一次设备的电流值较大，而且大电网各个部分运行的额定参数差异较大，用于对电力系统一次设备实施测量、采样、控制的继电保护装置及测控设备无法直接接入一次系统。电网中的一次电流需要通过电流互感器进行隔离并使电流值降低，使得二次系统中的继电保护装置、测控装置能够安全、准确地获取电气一次回路电流信息。由于电网会受到外部干扰或系统内设备异常而产生故障电流，此时需要继电保护装置快速、准确地获取故障点的电流采样信息，并对断路器实现控制，隔离故障点，保障整体电网继续正常运行1。因此，除了电流互感器需保证能正常转换一二次电流，电流互感器二次电流进入继电保护装置的回路也是保护装置正确动作的关键环节。1二次电流回路及其直流电阻的特点电流互感器是一个特殊形式的变换器，其变换出的二次电流按照变比值正比于一次电流。二次电流回路的负载阻抗很小，通常只有几欧姆，大型变电站的二次电流回路可能会达到十几甚至二十欧姆，其二次工作电压也很低。根据 U=I伊Z，当二次电流回路的阻抗增大时，二次电压将会上升，当二次电流回路开路时，阻抗趋向于无穷大，则电压将上升到极高的幅值，不但影响电流传变的准确度，而且可能损坏二次回路的绝缘，烧毁设备。所以电流互感器的二次回路不能开路1。在变电站实际现场的二次电流回路中，可能因为接线松动、端子连接不牢固等问题，导致二次电流回路电阻增大，甚至开路，导致继电保护装置错误获取电流采样值，可能发生保护误动的情况2。在某 500 kV 变电站中，某 500 kV 线路保护二次电流回路后串接了稳控装置，在稳控装置的电流端子，该间隔的 C 相电流回路的装置内部线在施工时插入端子深度不足、压接面积不够，运行了一段时间后可能由于其他间隔的正常施工行为的振动与碰撞，导致该 C 相电流回路内部线进一步松动并最终开路，此时线路保护无法采到 C 相电流，因正常负荷状态下的 A、B 相电流矢量叠加之后，产生了零序电流，线路保护零序反时限保护摘要：针对电流互感器二次电流回路直流电阻测量方式的不足，研发一种便捷型二次电流回路直流电阻测量仪，提高测量工作的效率，及时排查二次电流回路开路或接触不良的隐患，保证继电保护装置正确、快速、可靠动作，为电网安全可靠运行提供保障。关键词：电流互感器；二次电流回路；直流电阻；接触不良中图分类号：TM771文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.25便捷型二次电流回路直流电阻测量仪的研制与应用陈嘉俊（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）輩輱