专利名称：一种电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基于在线监测的信 息的电力电缆运行安全状态的评估方法，尤其涉及一种电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法。
背景技术：
随着国家电网公司建立“统一坚强智能电网”目标的实施，电力电缆比例在电力系统中逐年加大。电缆线路的日趋庞大也带来一些严峻的问题，相比架空线路，电缆运行面临更加恶劣的运行环境和更高的运行成本。首先，电缆厂家的技术能力和生产水平参差不齐，以及原材料价格提升和市场竞争激烈等客观因素，造成电缆及其附件本身质量的不稳定。其次，电力电缆的运行环境，包括电缆沟道和隧道，都使得监测和维护比较困难；同时城市地下管线增多、地下空间资源的占有使电缆隧道或沟道的施工运行状况越来越复杂，特别是一些易燃易爆气体一旦渗入电缆隧道，将给电缆的安全运行带来极大的威胁。再者，电力电缆的外力破坏现象也越来越多，给电缆的安全运行造成重大威胁，轻则造成财产损失，重则造成安全事故。所以，及时、全面、准确地监测和评估电力电缆的运行状态对于有效避免电缆设备故障及其连锁故障发生具有重要的现实意义。目前电力电缆的检修大部分还采取人工巡检和停电检修的传统方式，不能及时、全面地了解电力电缆的运行状态及可靠性状况。电缆隧道自动监控系统主要针对电缆接头温度、局部放电电流等参数，能够实时收集、监测一些运行数据，但是缺乏有效的评估算法和预警依据，不能及时地综合评估电力电缆运行的安全状态。而近几年地下电缆隧道发生爆炸的事件时有发生。电缆线路发生故障的原因可以分为两大部分；第一部分是电缆和附件的本身设计及质量因素，例如绝缘老化、护套浸水、设计、施工不良和制造及材料缺陷等。第二部分与电缆线路运行的环境有关。国内外电缆隧道运行经验表明，制造、敷设良好的电缆在运营中的事故大多是由于外力破坏(如开掘、挤压而损伤)或地下污水的腐蚀等所引起的。所以，影响电力电缆运行安全的因素不仅包括电缆本体部件，还要考虑到电力电缆隧道的环境。根据报告，由于电缆隧道环境造成电缆隧道爆炸的故障类型占电缆总故障的一半。因此，寻找一种基于在线监测的信息的电力电缆运行安全状态的评估方法具有重要的学术价值和应用前景。
发明内容
本发明为了解决上述的技术问题，提供了一种电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。在综合考虑预防性试验结果、电缆工作环境、运行数据、检修记录情况的基础上，基于电力电缆线监测数据和历史数据应用层次分析法，构建了反映电缆运行状态重要特征的评估指标体系。采用相对劣化度表征指标恶化程度；使用不同方法建立定性指标和定量指标的隶属函数，然后利用模糊综合评判法建立了电力电缆运行状态评估改进模型，通过对项目层、子项目层多状态因素 进行评估，最后综合得到电力电缆的实时运行状态。本发明的电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法，包括如下步骤(I)确定模型中的项目层，子项目层和指标层，检测指标层并得到数据。子项目层位于指标层的上层，项目层位于子项目层的上层，目标层位于项目层的上层。目标层为电力电缆运行状态；项目层为电缆本体性能和外界环境因素；电缆本体性能对应子项目层中的自身质量、预防性试验和运行工况，外界环境因素对应隧道环境和电网因素；自身质量对应指标层的质量等级、使用年限、故障记录，预防性试验对应指标层的绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗系数和局部放电，运行工况对应指标层的电缆接头温度、电缆表面温度、电缆线芯温度、接地电流和局部放电电流，隧道环境对应指标层的隧道室内温度、隧道室内湿度、隧道水位、易燃爆气体浓度、风机状态和井盖状态，电网因素对应指标层的电网电压、负荷电流、有功功率、无功功率、电网频率。(2)建立评语集。按照电缆运行规程的建议，将隧道中电力电缆的运行状态划分为“正常”、“注意”、“异常”和“严重”四种情况，评语集适用于对各指标层的每个评判指标的评估。(3)建立各评判指标的劣化度及对应评语集的隶属函数矩阵。在线监测系统数据一般是以具体数字的形式体现电力电缆当前运行状态，需要对其安全程度进行转化，可以采用劣化度进行表征，劣化度是
中的一个定量值，描述现在的运行状态到故障状态的靠近程度，数值越大表明劣化程度越重。在所选取的评判指标中，有三种类型的指标，即越小越好型、中间型和越大越好型，三种类型采用不同的劣化度计算公式。(4)确定各级评判指标的权重。采用专家评议法与三角模糊数互补判断矩阵排序方法相结合，确定多层次多指标结构中各指标赋予权重。三角模糊数互补判断矩阵采用模糊标度法度量表示重要程度，用于各评价指标相互比较，取值标准为O. 1-0. 9。(5)使用层析分析法依次计算指标层、子项目层的模糊评判矩阵，直至最终模糊评判结果向量。(6)按照最大隶属度法确定电力电缆隧道运行安全状态的评估结果。按照最大隶属度原则，对评估结果集中的四个评语的隶属度进行分析，选择隶属最大的评语作为当前电力电缆隧道运行的安全状态。本发明的进一步细化的方法步骤可以为第一，确定模型中的项目层，子项目层和指标层，检测指标层并得到数据。目前实施的多状态电力电缆隧道在线监控系统能实时收集电缆运行状态及其环境数据，因此从影响地下隧道中电力电缆运行状态的电缆本体性能和外界环境因素两个方面建立多层次的状态评估指标体系。电力电缆的运行状态评估指标体系分为目标层、项目层、子项目层和指标层。目标层电力电缆运行状态R包括项目层中的两个项目电缆本体性能和外界环境因素{R = R1，；项目层分解成子项目层，(i = 1、2，j = 1,2,3)然后子项目层又继续分解直到最终指标层，表示第i个项目中的第j个子项目的第k个评判指标。模糊综合评判法表达式为B = Ae ο Ve其中Ak为权重矩阵，ο为模糊合成算子符号，Ve是评判矩阵。
选取加权平均型算子M ( ■, )，计算如公式为
权利要求
1.一种电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法，包括如下步骤 (1)确定模型中的项目层，子项目层和指标层，检测指标层并得到数据；子项目层位于指标层的上层，项目层位于子项目层的上层，目标层位于项目层的上层；目标层为电力电缆运行状态；项目层为电缆本体性能和外界环境因素；电缆本体性能对应子项目层中的自身质量、预防性试验和运行工况，外界环境因素对应隧道环境和电网因素；自身质量对应指标层的质量等级、使用年限、故障记录，预防性试验对应指标层的绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗系数和局部放电，运行工况对应指标层的电缆接头温度、电缆表面温度、电缆线芯温度、接地电流和局部放电电流，隧道环境对应指标层的隧道室内温度、隧道室内湿度、隧道水位、易燃爆气体浓度、风机状态和井盖状态，电网因素对应指标层的电网电压、负荷电流、有功功率、无功功率、电网频率； (2)建立评语集；按照电缆运行规程的建议，将隧道中电力电缆的运行状态划分为“正常”、“注意”、“异常”和“严重”四种情况，评语集适用于对各指标层的每个评判指标的评估； (3)建立各评判指标的劣化度及对应评语集的隶属函数矩阵；在线监测系统数据一般是以具体数字的形式体现电力电缆当前运行状态，需要对其安全程度进行转化，可以采用劣化度进行表征，劣化度是
中的一个定量值，描述现在的运行状态到故障状态的靠近程度，数值越大表明劣化程度越重；在所选取的评判指标中，有三种类型的指标，即越小越好型、中间型和越大越好型，三种类型采用不同的劣化度计算公式； (4)确定各级评判指标的权重；采用专家评议法与三角模糊数互补判断矩阵排序方法相结合，确定多层次多指标结构中各指标赋予权重；三角模糊数互补判断矩阵采用模糊标度法度量表示重要程度，用于各评价指标相互比较，取值标准为O. 1-0. 9； (5)使用层析分析法依次计算指标层、子项目层的模糊评判矩阵，直至最终模糊评判结果向量； (6)按照最大隶属度法确定电力电缆隧道运行安全状态的评估结果；按照最大隶属度原则，对评估结果集中的四个评语的隶属度进行分析，选择隶属最大的评语作为当前电力电缆隧道运行的安全状态。
全文摘要
本发明公开了一种电力电缆隧道运行安全非线性模糊检测方法，包括如下步骤确定模型中的项目层，子项目层和指标层，检测指标层并得到数据；建立评语集；建立各评判指标的劣化度及对应评语集的隶属函数矩阵；确定各级评判指标的权重；使用层析分析法依次计算指标层、子项目层的模糊评判矩阵，直至最终模糊评判结果向量；按照最大隶属度法确定电力电缆隧道运行安全状态的评估结果。本发明不仅实现电缆隧道和电缆的运行状态单参数预警，而且实现综合的在线安全指数评估及预警，为及时有效处理电缆运行隐患及故障提供技术支撑，本项目完成后可减少异常停电、预警重大灾难；减少人工巡视工作量。项目完成后可全国推广，具有巨大的经济效益和社会效益。
文档编号G01R31/00GK102621434SQ20121011678
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者孙莹, 随慧斌 申请人:山东大学