CN108399286B - 一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法 - Google Patents

Abstract

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，本方法针对钢支架，通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度等7个因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此增加的运维成本；将这些因素结合起来应用全寿命周期成本理论对电缆线路经济性进行评估，为电缆线路的支架设计选型提供一种全新的思路和理论依据。

Description

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法

技术领域

本发明一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，涉及输电线路工程及全寿命周期成本理论研究领域。

背景技术

近年来，由于电力电缆系统满足资源节约、环境友好的需求，使得电力电缆输电系统大力发展。为了实现更大的输电容量和更远的输送距离，人们不断提高电缆线路的电压等级，同时为了增强电缆系统的安全性、稳定性，降低电缆生产、安装及运行维护成本，电缆及其支架技术不断改进。目前在电缆隧道中，电缆线路使用较多钢材料制作的支架，从钢材的结构形式上又分为角钢、槽钢、方钢等几种类型。然而，虽然钢材较为廉价，但是其材料电阻率与相对磁导率较高，在大电流的作用下，支架涡流损耗不能忽略，且由此引起的电缆支架长期发热也会对其使用寿命有一定影响。

目前针对电缆钢支架的研究，主要是计算其涡流损耗的大小及影响因素。目前对于电缆钢支架的全寿命周期成本评估的研究基本没有。但实际上，钢支架的涡流损耗提高了电缆线路的运行成本，由涡流损耗引发的支架发热问题，电缆隧道中的空气湿度都会引起钢材的腐蚀加速，由此增加的运行维护成本也是不容忽视的。此外，对于不同型式的钢支架而言，其力学性能又是一个重要的约束条件，由此在设计阶段所采用的支架结构及耗材都跟此条件有关，这又会直接影响支架的制造成本，从而改变电缆线路钢支架的初始投资成本。因此，针对电缆线路从建设、运行、维护直至退役整个过程，需要进行它的全寿命周期成本评估，为电缆线路设计阶段的钢支架选型提供理论依据和指导。

发明内容

针对上述现有研究的不足，本发明提供一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度等7个因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此增加的运维成本。建立电缆钢支架的全寿命周期成本模型，模型中的参数初始投资成本、运行成本、维护成本均由前述计算得到，针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入模型进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本。

本发明采取的技术方案为：

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度等7个因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此增加的运维成本。建立电缆钢支架的全寿命周期成本模型，模型中的参数初始投资成本、运行成本、维护成本均由前述计算得到，针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入模型进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本。

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，包括以下步骤：

1)、把电缆本体和抱箍的重力作为载荷，对钢支架进行力学性能分析，计算放置电缆横担部分所受应力大小，对比采用钢材型号对应的抗拉强度，如果低于抗拉强度则选择材料正确，如果高于则更换钢材型号，由此可确定出钢支架的材料成本，从而计算出钢支架制造成本；

2)、针对电缆隧道中的电缆线路，采用有限元法，加载正常运行时常规工频电流，进行电磁场数值计算，得到钢支架上感应的涡流及其功率损耗，由此功率损耗计算出整条电缆线路钢支架上的电能损耗，并根据工业用电价格，核算出由该电能损耗造成的运行成本；

3)、把电磁场计算得到的功率损耗作为载荷，进行流场和温度场的直接耦合计算，得到钢支架上的温度变化。对于钢支架，考虑电缆隧道中的空气湿度、温升变化等7个因素综合作用对加速钢材锈蚀程度的影响进行分析，得到隧道中钢支架的腐蚀速率，根据腐蚀引起的支架厚度变薄从而导致所受应力变大，以达到材料抗拉强度的95％为依据，得出相应结构厚度值，计算出引起该腐蚀变薄的服役年限；

4)、针对电缆线路从建设、运行、维护直至退役整个过程，将计算得到的钢支架通过力学性能分析得到的设备购置成本，计算得到的电能损耗造成的运行成本，计算得到的各影响因素对材料腐蚀造成的运维成本，都加入全寿命周期成本模型中，结合其他由工程实际确定的因素，即可实现对该条电缆线路钢支架进行全寿命周期成本评估，为电缆线路钢支架的选型提供理论依据。

本发明一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，优点在于：

支架的设计与经济费用是电缆线路在设计时不能忽视的重要组成部分，然而目前电力行业缺乏关于电缆支架现行的设计标准和规范，不同材料制作的支架运行成本、运维过程往往存在较大差异。本方法针对钢支架，通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度等7个因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此产生的运维成本；将这些因素结合起来应用全寿命周期成本理论对电缆线路钢支架的经济性进行评估，为电缆线路的支架设计选型提供一种全新的思路和理论依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为电缆支架三维模型图。

图2为电缆支架应力分布图。

图3为三相电缆和钢支架的三维模型图。

图4为图3的有限元模型图。

图5为500A工频电流时的支架上电流密度分布图。

图6为单个钢支架上涡流损耗计算界面图。

图7为有限元法进行流场与温度场的直接耦合计算钢支架上温度分布图。

图8为有限元法计算支架横担受腐蚀厚度减少后所受应力为材料抗拉强度的95％时，支架横担厚度分布图。

具体实施方式

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度等7个因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此增加的运维成本。建立电缆钢支架的全寿命周期成本模型，模型中的参数初始投资成本、运行成本、维护成本均由前述计算得到，针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入模型进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本。

具体包括以下步骤：

1)、把电缆本体和抱箍的重力作为载荷，对钢支架进行力学性能分析，计算放置电缆横担部分所受应力大小，对比采用钢材型号对应的抗拉强度，如果低于抗拉强度则选择材料正确，如果高于则更换钢材型号，由此可确定出钢支架的材料成本，从而计算出钢支架制造成本；

2)、针对电缆隧道中的电缆线路，采用有限元法，加载正常运行时常规工频电流，进行电磁场数值计算，得到钢支架上感应的涡流及其功率损耗，由此功率损耗计算出整条电缆线路钢支架上的电能损耗，并根据工业用电价格，核算出由该电能损耗造成的运行成本；

3)、把电磁场计算得到的功率损耗作为载荷，进行流场和温度场的直接耦合计算，得到钢支架上的温度变化。对于钢支架，考虑电缆隧道中的空气湿度、温升变化等7个因素综合作用对加速钢材锈蚀程度的影响进行分析，得到隧道中钢支架的腐蚀速率，根据腐蚀引起的支架厚度变薄从而导致所受应力变大，以达到材料抗拉强度的95％为依据，得出相应结构厚度值，计算出引起该腐蚀变薄的服役年限；

4)、针对电缆线路从建设、运行、维护直至退役整个过程，将计算得到的钢支架通过力学性能分析得到的设备购置成本，计算得到的电能损耗造成的运行成本，计算得到的各影响因素对材料腐蚀造成的运维成本，都加入全寿命周期成本模型中，结合其他由工程实际确定的因素，即可实现对该条电缆线路钢支架进行全寿命周期成本评估，为电缆线路钢支架的选型提供理论依据。

一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，包括以下步骤：

步骤1)：根据电缆本体和抱箍的重力计算出面力

作为载荷，并对钢支架的立柱部分设立位移边界条件

对钢支架进行弹性力学计算，采用有限元法求解公式组(1)，计算放置电缆横担部分所受应力大小，对比采用钢材型号对应的抗拉强度，如果低于抗拉强度则选择材料正确，如果高于则更换钢材型号；

式中：σ_ij,j、P_i、f_i、ε_i,j分别代表有限元单元应力(Pa)、面力(Pa)、体力(Pa)和应变(m)；

i，j，k分别为1，2，3；u代表位移(m)；

υ代表泊松比；

E代表杨氏模量(Pa)；

G代表剪切模量；

δ_ij为一个面上的应力，当i＝j时是正应力，i≠j时是剪应力；

n_j代表表面外法线的方向余弦；

步骤2)：根据钢支架尺寸计算出体积，根据步骤1)确定出的钢材型号的密度，计算出所用钢材的重量，再根据该型号钢材单位重量的价格，可计算出所用材料价格，然后结合加工费可计算出单个钢支架的设备成本，考虑厂家提供销售利润，则可以得到设备的购置成本；

步骤3)：根据电缆隧道中电缆实际敷设情况，建立电缆隧道中一段电缆线路和1个钢支架的三维模型，其中包括电缆隧道四周围墙面、电缆、电缆钢支架、空气；

步骤4)：电缆缆芯铜导体区域加载实际运行时正常负荷情况下的电流值，对整个三维模型计算区域采用有限元法进行电磁场数值计算，通过对电磁场控制方程(2)-(4)进行有限元数值计算可得到钢支架上的感应涡流分布情况以及由此引起的功率损耗Q；

式中

是哈密顿算子，即矢量的微分算符；

为矢量磁位的相量形式；

标量电位的相量形式；

j为复数的虚部单位；

ω为电缆缆芯通过电流的角频率；

σ为导体区域的电导率；

μ为导体区域的相对磁导率；

为源电流密度，即电缆缆芯加载的电流密度；

J为导体区域的电流密度；

Q为电磁损耗，包括源电流及涡流引起的损耗；

V₁是涡流区，即电缆钢支架，由于交变磁场影响，会产生感应涡流；

V₂为源电流区，即电缆的缆芯，通过的是运行电流；

Ω为计算产生电磁损耗的导体区域，即：电缆缆芯、钢支架。

步骤5)：由于电缆隧道一般在地下，没有设置强制通风的情况下，内部散热形式为空气的自然对流，自然对流动量微分方程(5)(6)和能量方程(7)联立求解，此外还需要同时计算热传导方程(8)，采用有限元法进行流场与温度场的直接耦合计算，得到钢支架上的温度分布情况；

(5)(6)式中：

ρ是空气密度；

v_x、v_y是空气在x、y方向的速度分量；

α_V是空气膨胀系数；

g是重力加速度；

T是求解的空气温度；

T_∞是趋于稳态时温度值；

η是空气的动力粘度。

(7)式中：ρ是空气密度；

c是空气比热容；

k是空气热导率；

是拉普拉斯算子；

T是求解的空气温度；

Q是热量：

(8)式中：

Q是热量；

k_x,k_y分别表示热导率的各向异性参数；

T是求解的空气温度。

步骤6)：根据电缆隧道的实际工况，可测量得到隧道中的空气湿度等7个因素，由步骤5)可计算得到正常运行时电缆支架的温度，依据作者崔梦晨、穆志纯、付冬梅、李晓刚发表在《腐蚀与防护》期刊2016年第37卷第6期的论文《大气环境中碳钢腐蚀速率推测方法》中的公式(9)，可计算出电缆隧道中钢支架的腐蚀速率υ_corr。

式中：

E为气候环境影响函数值；

υ_corr表示碳钢腐蚀速率，单位为μm/a；d₁、d₂、…、d₇分别表示年平均温度，年平均湿度、年平均降雨量、年平均日照时间、SO₂含量、NO₂含量、Cl^-沉积速率经过区间化处理后的数据，区间化处理采用公式(10)。

式中：D_i表示气候环境因素原始数据；

D_imax和D_imin分别表示该因素原始数据中的最大值和最小值；

[a₁,a₂]表示线性映射的目标区间范围，选择区间范围为[0.2,0.8]。

步骤7)：发生腐蚀后，支架横担厚度减少，载荷不变的情况下应力会变大。按照设计标准，认为达到材料抗拉强度的95％则会出现塑性变形，由此按照步骤1)的计算方法，可计算出应力变成材料抗拉强度的95％时，对应的横担厚度。再根据步骤6)计算得到的υ_corr，可计算出考虑腐蚀影响的服役时间。

步骤8)：建立电缆钢支架全寿命周期成本模型，即公式(11)，式中，CI为初始投资成本，包括由步骤1)和2)计算得到的电缆支架设备购置费用，以及设备运输费、安装费；CO为运行成本，即钢支架上产生的涡流损耗带来的经济损失，根据步骤4)计算得到的钢支架功率损耗，按当地工业用电价格，可计算出由此增加的运行成本；CM为维护成本，考虑步骤6)得到的钢材腐蚀速率计算出服役时间，考虑腐蚀到结构所受应力增大到材料抗拉强度的95％，即当年进行设备更换，由此可计算出整个寿命周期的维护成本，其中按照电力公司单次维护检修费用，可计算出除去更换当年其他年份的实际维护成本；CF为故障成本，即电缆支架发生故障损坏进行更换的设备费、人工费；CD为废弃成本，即电缆支架退役处理人工费、运输费、退役回收费；i为考虑货币贬值情况下的折现率；n就是支架的使用寿命年限。针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入该公式进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本LCC。

具体算例：

以武汉市电缆220kV凤珞线角钢支架为例：

按照步骤1)所描述的过程，建立电缆支架三维模型，由于三相电缆均放置于最上层横担，因此只建立支架立柱及最上层横担，首先选择Q235型钢材为该支架材料型号。将电缆本体和抱箍的重力作为载荷分别加载到图1中1号面、2号面、3号面，立柱加位移约束条件，对电缆支架进行应力计算，得到应力分布情况，如图2所示，最大应力出现在横担与立柱连接处为247MPa，而Q235型钢材的抗拉强度为215MPa，而Q345的抗拉强度为310MPa，所以选择Q345型号作为角钢支架的材料。

按照步骤2)所描述的过程，根据钢支架尺寸计算出体积，再根据Q345型号钢材的密度，计算出所用钢材的重量，再根据该型号钢材单位重量的价格，可计算出所用材料价格，再结合加工费可计算出单个钢支架的设备成本，考虑厂家提供销售利润，则可以得到设备的购置成本为400元/个。

根据步骤3)建立三相电缆和钢支架的三维模型，如图3所示。

按照步骤4)所描述，加载500A工频电流的运行工况，对整个三维模型的计算区域采用有限元法进行电磁场数值计算，图4为有限元模型，可得到钢支架上的功率损耗Q。图5为500A工频电流时的支架上电流密度分布情况，图6为计算得到单个钢支架上涡流损耗0.675W。

按照步骤5)所描述，考虑电缆隧道内为空气自然对流散热，采用有限元法进行流场与温度场的直接耦合计算，得到钢支架上温度分布情况，如图7所示。

按照步骤6)所描述，根据凤珞线电缆隧道监测数据，隧道年平均相对湿度为140％，SO₂质量浓度为61μg/m³，NO₂质量浓度为55μg/m³，Cl-沉积速度为29mg/m²·d，其余因素为0。根据公式(9)计算得到d₁＝0.654，d₂＝0.8，d₃＝0.2，d₄＝0.2，d₅＝0.629，d₆＝0.685，d₇＝0.231。根据公式(8)，计算得到E＝1.034，υ_corr＝77.95μm/a。

按照步骤7)所描述，计算支架横担受腐蚀厚度减少后所受应力为材料抗拉强度的95％时(如图8所示)，所对应的厚度值为6.5mm，比原始厚度减少1.5mm，根据步骤6)计算出的υ_corr＝77.95μm/a，可计算出考虑腐蚀影响的支架服役时间为19年。

按照步骤8)根据公式(11)，由电力公司提供的相关数据，凤珞线全长1.32公里，总支架数为420个，按照运行30年时间来计算角钢支架的全寿命周期成本，其中：

1)CI为初始投资成本：电缆支架设备购置总费用为0.04×420＝16.8万，设备运输费为0.18万元，安装费用为12.6万元，共计29.58万元。

2)根据步骤4)计算得到的单个支架上功率损耗取平均值为0.675W，武汉工业用电价格为0.945元/千瓦时，则

CO＝0.675×420÷1000×24×365×0.945÷10000＝0.235万元

3)CM为维护成本，维护检修频率1次/年，单次维护检修费用为1.02万元。而根据步骤7)的计算，运行到第19年需要进行支架更换，第19年的维护成本为

CM₁₉＝0.18+12.6+0.04×420+CD

4)CF为故障成本，电缆支架故障率为5个/年，每个支架费用400元，单次更换人工费900元，则

CF＝(5×400+900)÷10000＝0.29万元

5)CD为废弃成本，包括支架退役处理人工费12.6万元、运输费0.18万元、退役回收费2.08万元，则CD＝12.6+0.18-2.08＝10.7万元

6)代入公式(10)，其中i为考虑货币贬值情况下的折现率，取0.1。角钢支架按30年的运行时间进行计算，其全寿命周期成本为：

Claims (6)

1.一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于：通过电缆重力载荷的钢支架应力计算，得到相应的支架结构及由此得到设备材料成本，在此基础上可计算出初始投资成本中的设备成本；通过电磁场计算得到钢支架上的感应涡流及其功率损耗，并在此基础上可计算出由此增加的运行成本；通过电磁场与流场、温度场的耦合数值计算，得到钢支架上的温度变化，再根据隧道中空气湿度因素，计算出钢支架的腐蚀速率，并在此基础上可计算出由此增加的运维成本；建立电缆钢支架的全寿命周期成本模型，模型中的参数初始投资成本、运行成本、维护成本均由前述计算得到，针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入模型进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本。

2.根据权利要求1所述一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、把电缆本体和抱箍的重力作为载荷，对钢支架进行力学性能分析，计算放置电缆横担部分所受应力大小，对比采用钢材型号对应的抗拉强度，如果低于抗拉强度则选择材料正确，如果高于则更换钢材型号，由此可确定出钢支架的材料成本，从而计算出钢支架制造成本；

2)、针对电缆隧道中的电缆线路，采用有限元法，加载正常运行时常规工频电流，进行电磁场数值计算，得到钢支架上感应的涡流及其功率损耗，由此功率损耗计算出整条电缆线路钢支架上的电能损耗，并根据工业用电价格，核算出由该电能损耗造成的运行成本；

3)、把电磁场计算得到的功率损耗作为载荷，进行流场和温度场的直接耦合计算，得到钢支架上的温度变化；对于钢支架，考虑电缆隧道中的空气湿度、温升变化等7个因素综合作用对加速钢材锈蚀程度的影响进行分析，得到隧道中钢支架的腐蚀速率，根据腐蚀引起的支架厚度变薄从而导致所受应力变大，以达到材料抗拉强度的95％为依据，得出相应结构厚度值，计算出引起腐蚀变薄的服役年限；

4)、针对电缆线路从建设、运行、维护直至退役整个过程，将计算得到的钢支架通过力学性能分析得到的设备购置成本，计算得到的电能损耗造成的运行成本，计算得到的各影响因素对材料腐蚀造成的运维成本，都加入全寿命周期成本模型中，结合其他由工程实际确定的因素，即可实现对电缆线路钢支架进行全寿命周期成本评估，为电缆线路钢支架的选型提供理论依据。

3.一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)：根据电缆本体和抱箍的重力计算出面力

作为载荷，并对钢支架的立柱部分设立位移边界条件

对钢支架进行弹性力学计算，采用有限元法求解公式组(1)，计算放置电缆横担部分所受应力大小，对比采用钢材型号对应的抗拉强度，如果低于抗拉强度则选择材料正确，如果高于则更换钢材型号；

式中：σ_ij,j、P_i、f_i、ε_i,j分别代表有限元单元应力(Pa)、面力(Pa)、体力(Pa)和应变(m)；

i，j，k分别为1，2，3；u代表位移(m)；

υ代表泊松比；

E代表杨氏模量(Pa)；

G代表剪切模量；

δ_ij为一个面上的应力，当i＝j时是正应力，i≠j时是剪应力；

n_j代表表面外法线的方向余弦；

步骤2)：根据钢支架尺寸计算出体积，根据步骤1)确定出的钢材型号的密度，计算出所用钢材的重量，再根据钢材单位重量的价格，可计算出所用材料价格，然后结合加工费可计算出单个钢支架的设备成本，考虑厂家提供销售利润，则可以得到设备的购置成本；

步骤3)：根据电缆隧道中电缆实际敷设情况，建立电缆隧道中一段电缆线路和1个钢支架的三维模型，其中包括电缆隧道四周围墙面、电缆、电缆钢支架、空气；

步骤4)：电缆缆芯铜导体区域加载实际运行时正常负荷情况下的电流值，对整个三维模型计算区域采用有限元法进行电磁场数值计算，通过对电磁场控制方程(2)-(4)进行有限元数值计算可得到钢支架上的感应涡流分布情况以及由此引起的功率损耗Q；

式中

是哈密顿算子，即矢量的微分算符；

为矢量磁位的相量形式；

标量电位的相量形式；

j为复数的虚部单位；

ω为电缆缆芯通过电流的角频率；

σ为导体区域的电导率；

μ为导体区域的相对磁导率；

为源电流密度，即电缆缆芯加载的电流密度；

J为导体区域的电流密度；

Q为电磁损耗，包括源电流及涡流引起的损耗；

V₁是涡流区，即电缆钢支架，由于交变磁场影响，会产生感应涡流；

V₂为源电流区，即电缆的缆芯，通过的是运行电流；

Ω为计算产生电磁损耗的导体区域，即：电缆缆芯、钢支架；

步骤5)：由于电缆隧道一般在地下，没有设置强制通风的情况下，内部散热形式为空气的自然对流，自然对流动量微分方程(5)(6)和能量方程(7)联立求解，此外还需要同时计算热传导方程(8)，采用有限元法进行流场与温度场的直接耦合计算，得到钢支架上的温度分布情况；

(5)(6)式中：

ρ是空气密度；

v_x、v_y是空气在x、y方向的速度分量；

α_V是空气膨胀系数；

g是重力加速度；

T是求解的空气温度；

T_∞是趋于稳态时温度值；

η是空气的动力粘度；

(7)式中：ρ是空气密度；

c是空气比热容；

k是空气热导率；

是拉普拉斯算子；

T是求解的空气温度；

Q是热量：

(8)式中：

Q是热量；

k_x,k_y分别表示热导率的各向异性参数；

T是求解的空气温度；

步骤6)：根据电缆隧道的实际工况，可测量得到隧道中的7个因素：年平均温度，年平均湿度、年平均降雨量、年平均日照时间、SO₂含量、NO₂含量、Cl^-沉积速率；

步骤7)：发生腐蚀后，支架横担厚度减少，载荷不变的情况下应力会变大；按照设计标准，认为达到材料抗拉强度的95％则会出现塑性变形，由此按照步骤1)的计算方法，可计算出应力变成材料抗拉强度的95％时，对应的横担厚度；再根据步骤6)计算得到的υ_corr，可计算出考虑腐蚀影响的服役时间；

步骤8)：建立电缆钢支架全寿命周期成本模型，即公式(11)，式中，CI为初始投资成本，包括由步骤1)和2)计算得到的电缆支架设备购置费用，以及设备运输费、安装费；CO为运行成本，即钢支架上产生的涡流损耗带来的经济损失，根据步骤4)计算得到的钢支架功率损耗，按当地工业用电价格，可计算出由此增加的运行成本；CM为维护成本，考虑步骤6)得到的钢材腐蚀速率计算出服役时间，考虑腐蚀到结构所受应力增大到材料抗拉强度的95％，即当年进行设备更换，由此可计算出整个寿命周期的维护成本，其中按照电力公司单次维护检修费用，可计算出除去更换当年其他年份的实际维护成本；CF为故障成本，即电缆支架发生故障损坏进行更换的设备费、人工费；CD为废弃成本，即电缆支架退役处理人工费、运输费、退役回收费；i为考虑货币贬值情况下的折现率；n就是支架的使用寿命年限；针对某条实际电缆线路的具体情况，将各个参数值代入公式(11)进行计算，可得到整条线路钢支架的全寿命周期成本LCC；

4.根据权利要求3所述一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于：

所述步骤6)中，由步骤5)可计算得到正常运行时电缆支架的温度，依据作者崔梦晨、穆志纯、付冬梅、李晓刚发表在《腐蚀与防护》期刊2016年第37卷第6期的论文《大气环境中碳钢腐蚀速率推测方法》中的公式(9)，可计算出电缆隧道中钢支架的腐蚀速率υ_corr；

式中：

E为气候环境影响函数值；

υ_corr表示碳钢腐蚀速率，单位为μm/a；d₁、d₂、…、d₇分别表示年平均温度，年平均湿度、年平均降雨量、年平均日照时间、SO₂含量、NO₂含量、Cl^-沉积速率经过区间化处理后的数据，区间化处理采用公式(10)；

式中：D_i表示气候环境因素原始数据；

D_imax和D_imin分别表示该因素原始数据中的最大值和最小值；

[a₁,a₂]表示线性映射的目标区间范围，选择区间范围为[0.2,0.8]。

5.如权利要求1-3任意一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于：

用于电缆线路的支架设计选型。

6.如权利要求1-3任意一种电缆线路钢支架全寿命周期成本评估方法，其特征在于：有限元法在电缆钢支架全寿命周期成本模型中的应用。

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