一种配电网电缆线路绝缘老化风险的辨识方法和装置与流程

本发明属于电力系统及其自动化领域，具体讲涉及一种配电网电缆线路绝缘老化风险的辨识方法和装置。

背景技术：

目前，我国正处于配电网快速发展时期，随着配电网规模的增大，用户用电负荷水平快速增长，对电网可靠性的要求也日益增强。随着电力负荷的不断增加，电力电缆运行环境也越来越复杂，且由于电缆布置于地下和竖井中，其潜在的缺陷和老化不易被发现，随着运行时间的增加，因电缆过热引起载流量降低、绝缘老化加速、绝缘等级降低，或因短路导致停电故障甚至引发火灾，严重的蔓延至其它设备，致使配电网大面积长时停电，甚至造成人身事故。

因此，为确保配电网电缆系统的安全运行，减少配电线路电缆故障的发生，提高线路运行的安全可靠性需要及时准确掌握电缆的绝缘老化水平，并对电力电缆的绝缘老化风险进行预警，及时消除电缆线路存在的隐患。

目前的绝缘老化监测方法主要有直流分量法、直流电压叠加法、局部放电法等：直流分量法易受地中杂散电流的影响，使得绝缘监测不准确；直流电压叠加法需要加装额外的直流电压发生装置，同时由于受杂散电流的影响，测量误差较大；局部放电法，虽然是目前电缆绝缘监测中最常用的方法，但由于实际监测中干扰较大，在线监测局部放电也比较困难，这些方法在实际应用中均有一定的不足之处。

为提高电缆线路绝缘老化的高精度检测，保障配电网的安全运行，需要提供一种电缆线路绝缘老化风险的辨识方法。

技术实现要素：

为满足现有配电网安全运行的需要，本发明提供一种配电网电缆线路绝缘老化风险的辨识方法。

本发明提供的配电网电缆线路绝缘老化风险的辨识方法，其改进之处在于，所述方法包括：

(1)根据预先建立的电缆线路等值电路模型，采集配电网T时间段内的n个时间间隔(T1，T2，…，Tn)的n×m组电缆线路首末端A、B、C三相线路的电压、电流、有功功率和无功功率的采集值；

(2)根据采集的电压、电流、有功功率和无功功率值计算T时间段的时间间隔Ti内的电缆线路泄漏电流值Ii；

(3)根据所述泄漏电流值Ii计算电缆线路在时间段T内获取的n个泄漏电流值的平均值

(4)根据历史连续k个时间段T的泄漏电流值组成的泄漏电流值，确定泄漏电流预测值；

(5)根据计算得到的泄漏电流值和泄漏电流预测值，以及预先设置的绝缘老化风险辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态。

优选的，所述电缆线路泄漏电流值Ii的计算包括：

在电力系统中，按下式计算理想的泄漏电流值

其中，为理想的线路首端电流量测向量值；为理想的线路末端电流量测向量值；为量测误差向量值；

基于线路π型等效电路模型，第i组α轴的泄漏电流分量和第i组β轴的泄漏电流分量的计算公式为：

式中，gc为线路对地电导，yc为线路对地电纳；

其中，为第i组首端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组末端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组首端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；第i组末端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；P1ⁱ为第i组首端有功功率数据，为第i组首端无功功率数据；P2ⁱ为第i组末端有功功率数据，为第i组末端无功功率数据；为第i组末端电压数据的相位；R为线路电阻，X为线路电抗；为第i组首端电流数据的相位；为第i组末端电流数据的相位；

引入残差最小二乘估计法，以泄漏电流实部与虚部为变量，在残差平方和最小时获取泄漏电流变量如下式所示：

式中，为第i组首端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组末端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为泄漏电流在直角坐标系中α轴的分量准确值；为第i组首端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；第i组末端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；为泄漏电流在直角坐标系中β轴的分量准确值；

按下式计算泄漏电流值Ii：

优选的，所述泄漏电流值的平均值的计算包括：

按下式计算泄漏电流的平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

其中，I1，I2，…，In：为T时段内采集的n个泄漏电流值。

优选的，所述根据历史连续k个时间段T的泄漏电流值组成的泄漏电流值，确定泄漏电流预测值包括下述步骤：

设历史时段T内计算得到的n个泄漏电流值组成的泄漏电流值序列：

I⁽⁰⁾＝(I⁽⁰⁾(1),I⁽⁰⁾(2),…,I⁽⁰⁾(n))，其中，I⁽⁰⁾(n)：计算得到的泄漏电流值；

所述泄漏电流预测值序列I⁽¹⁾的参数I⁽¹⁾(k)按下式计算：

其中，I⁽⁰⁾(m)：泄漏电流值序列中的参数，m∈{1,2，…，k；k∈{1,2,…,n}；

设辅助运算序列Z⁽¹⁾＝(z⁽¹⁾(2),z⁽¹⁾(3),…,z⁽¹⁾(n))，辅助运算参数a和b，则I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b；z⁽¹⁾(k)＝0.5I⁽¹⁾(k)+0.5I⁽¹⁾(k-1)；

将k＝2,3,…n代入I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b，得如下所示的矩阵方程组：

令Yn＝[I⁽⁰⁾(2),I⁽⁰⁾(3),…,I⁽⁰⁾(n-1),I⁽⁰⁾(n)]^T；

用最小二乘法求解灰参数θ，其中θ＝[a,b]^T，θ＝(B^TB)^-1B^TYn；

将计算得辅助参数a,b代入I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b，得到下式所示的泄漏电流灰色预测模型：

其中，I⁽⁰⁾(k)：泄漏电流值序列中的参数；

用生成预测值

优选的，所述根据计算得到的泄漏电流值和泄漏电流预测值，以及预先设置的绝缘老化风险辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态，包括：根据计算得到的泄漏电流值和泄漏电流预测值，分析历史时段T内泄漏电流大小及变化规律，并预测未来时段T内的泄漏电流大小及变化规律，根据绝缘老化风险辨识规则库提供的绝缘老化风险辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态。

优选的，所述绝缘老化风险辨识判据包括：

按时间顺序取历史时段内的连续m个泄漏电流值和预测得到的连续l个泄漏电流预测值，用最小二乘法将每连续i个数据点拟合为斜率为h的直线，拟合得到的f条直线的斜率为h1，h2，…，hf，则：

判据(1)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最大值小于预先设定的泄漏电流阈值Ilim it，则认为电缆线路处于正常运行状态；

判据(2)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均小于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间小于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路处于正常运行状态；

判据(3)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均小于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化现象，未达绝缘老化风险状态；

判据(4)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最大值大于预先设定的泄漏电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf中至少有f-1条拟合线的斜率大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间小于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化现象，未达绝缘老化风险状态；

判据(5)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf中至少有f-1条拟合线的斜率大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化风险，绝缘老化风险不严重；

判据(6)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化风险，且绝缘老化风险严重。

优选的，进一步包括：

如果电缆线路处于正常状态，判断是否有指标超标；

若有指标超标，则累计指标超标持续时间，并存储指标持续时间，同时返回步骤(1)继续进行绝缘老化风险连续辨识。

优选的，进一步包括：

若判断电缆线路存在绝缘老化现象，但未达到风险状态，则累计指标超标持续时间，并存储指标持续时间，同时返回步骤(1)；

若判断电缆线路存在绝缘老化风险，且根据预先设定好的风险辨识判据，判断绝缘老化风险是否严重：

若判断绝缘老化风险不严重，则进行绝缘老化风险报警，同时累计指标超标持续时间，并存储指标持续时间，返回步骤(1)继续进行绝缘老化风险状态辨识；

若判断绝缘老化风险严重，则进行绝缘老化风险报警，且给出绝缘老化风险预防控制策略，同时累计指标超标持续时间，并存储指标持续时间，返回步骤(1)继续进行绝缘老化风险状态辨识。

一种配电网电缆线路绝缘老化风险辨识装置，所述装置包括：

信息采集单元，用于根据预先建立的电缆线路等值电路模型，采集配电网在T时间段的n个时间间隔(T1，T2，…，Tn)内采集的n×m组电缆线路首末端A、B、C三相线路的电压、电流、有功功率和无功功率值；

第一计算单元，用于根据采集的电压、电流、有功功率和无功功率值计算时间段T的时间间隔Ti内的电缆线路泄漏电流值Ii；

第二计算单元，用于根据所述泄漏电流值Ii计算电缆线路在时间段T内获取的n个泄漏电流值的平均值

第三计算单元，用于根据历史连续k个时间段T的泄漏电流值组成的泄漏电流值，确定泄漏电流预测值；

判定单元，用于根据计算得到的泄漏电流值和泄漏电流预测值，以及预先设置的绝缘老化风险辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态。

优选的，所述判定单元包括：

判据子单元，用于制定判断电缆线路是否运行正常的绝缘老化风险辨识判据；

风险判定子单元，用于根据绝缘老化风险辨识判据判定电缆线路绝缘老化风险的严重程度：若电缆线路绝缘老化风险不严重，则在进行绝缘老化风险报警的同时累计指标超标持续时间；若电缆线路绝缘老化风险严重，则在进行绝缘老化风险报警的同时给出绝缘老化风险预防控制策略，并累计指标超标持续时间。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案能有效实现配电网泄漏电流的实时监测与预测，可准确预警配电缆线路绝缘老化风险，具有实用性好、计算简单、易操作的有点，为电网运行人员进行电缆线路的运行维护提供依据。

2、本发明提供的技术方案通过在线辨识泄漏电流参数，分析泄漏电流参数在历史一段时间内的变化规律，预测泄漏电流发展态势，根据预先设定好的电缆线路绝缘老化风险辨识规则，对配电网电缆线路绝缘老化风险进行有效准确预警，为电缆线路绝缘状态监测、检修维护提供决策依据。

附图说明

图1为本发明提供的绝缘老化风险辨识方法流程图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

本发明提供了一种配电网电缆线路绝缘老化风险辨识方法，即通过在线辨识泄漏电流参数，分析泄漏电流参数在历史一段时间内的变化规律，预测泄漏电流发展态势，根据预先设定好的电缆线路绝缘老化风险辨识规则，对配电网电缆线路绝缘老化风险进行有效准确预警，为电缆线路绝缘状态监测、检修维护提供决策依据。

如图1所示的配电网电缆线路绝缘老化风险辨识方法流程图，包括以下步骤和内容：

(一)根据预先建立的配电网电缆线路等值电路模型，采集配电网T时间段内n个时间间隔(T1,T2,…Tn)的n×m组电缆线路首末端A、B、C三相电压、电流、有功功率和无功功率值。

(二)计算T时间段内第i个时间间隔Ti内的电缆线路泄漏电流值Ii。

对每组的量测数据进行正交分解并获取量测数据对应的相关分量，以第i组首端电压数据的相角为静止直角坐标系α轴的参考相位，以超前于α轴90度为β轴建立直角坐标系；

在电力系统中，按下式计算理想的泄漏电流值

其中，为理想的线路首端电流量测向量值；为理想的线路末端电流量测向量值；为量测误差向量值；

基于线路π型等效电路模型，第i组α轴的泄漏电流分量和第i组β轴的泄漏电流分量的计算公式为：

式中，gc为线路对地电导，yc为线路对地电纳；

其中，为第i组首端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组末端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组首端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；第i组末端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；P1ⁱ为第i组首端有功功率数据，为第i组首端无功功率数据；P2ⁱ为第i组末端有功功率数据，为第i组末端无功功率数据；为第i组末端电压数据的相位；R为线路电阻，X为线路电抗；第i组首端电流数据的相位；表示第i组末端电流数据的相位；

引入残差最小二乘估计法，以泄漏电流实部与虚部为变量，在残差平方和最小时获取泄漏电流变量如下式所示：

式中，为第i组首端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为第i组末端电流数据在直角坐标系中α轴的分量；为泄漏电流在直角坐标系中α轴的分量准确值；为第i组首端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；第i组末端电流数据在直角坐标系中β轴的分量；为泄漏电流在直角坐标系中β轴的分量准确值；

按下式计算泄漏电流值Ii：

(三)计算电缆线路在T时间段内获取的n个泄漏电流值(I1,I2,…In)的平均值

所述电缆线路在T时间段内获取的n个泄漏电流值(I1,I2,…In)的平均值计算方法如下：

按下式计算泄漏电流的平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

或，按下式计算泄漏电流平均值

其中，I1，I2，…，In：为T时段内采集的n个泄漏电流值。

可根据用户需要，自行选择计算方法。

(四)计算历史连续k个T时间段内的泄漏电流值生成一个样本数据序列，采用灰色动态预测模型确定泄漏电流预测值。

所述泄漏电流预测值计算方法如下：

设历史时段T内计算得到的n个泄漏电流值组成的泄漏电流值序列：

I⁽⁰⁾＝(I⁽⁰⁾(1),I⁽⁰⁾(2),…,I⁽⁰⁾(n))，其中，I⁽⁰⁾(n)：计算得到的泄漏电流值；

所述泄漏电流预测值序列I⁽¹⁾的参数I⁽¹⁾(k)按下式计算：

其中，I⁽⁰⁾(m)：泄漏电流值序列中的参数，m∈{1,2，…，k；k∈{1,2,…,n}；

设辅助运算序列Z⁽¹⁾＝(z⁽¹⁾(2),z⁽¹⁾(3),…,z⁽¹⁾(n))，辅助运算参数a和b，则I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b；z⁽¹⁾(k)＝0.5I⁽¹⁾(k)+0.5I⁽¹⁾(k-1)；

将k＝2,3,…n代入I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b，得如下所示的矩阵方程组：

令Yn＝[I⁽⁰⁾(2),I⁽⁰⁾(3),…,I⁽⁰⁾(n-1),I⁽⁰⁾(n)]^T；

用最小二乘法求解灰参数θ，其中θ＝[a,b]^T，θ＝(B^TB)^-1B^TYn；

将计算得辅助参数a,b代入I⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b，得到下式所示的泄漏电流灰色预测模型：

其中，I⁽⁰⁾(k)：泄漏电流值序列中的参数；

用生成预测值

(五)根据计算得到的泄漏电流历史数据和预测数据，分析历史一段时间内泄漏电流大小及其变化规律，并预测未来一段时间内的泄漏电流大小及其发展态势，根据绝缘老化风险辨识规则库提供的辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态。

所述配电网电缆线路绝缘老化风险辨识及预警机制如下：

按时间顺序取历史时间段内的连续m个泄漏电流计算值和预测得到的连续l个泄漏电流值，利用最小二乘法，每连续i个数据点拟合一条斜率为h的直线，得到f条拟合直线，其斜率分别为h1,h2,…hf。

判据(1)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最大值小于预先设定的泄漏电流阈值Ilim it，则认为电缆线路处于正常运行状态；

判据(2)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均小于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间小于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路处于正常运行状态。

判据(3)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均小于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化现象，未达绝缘老化风险状态。

判据(4)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最大值大于预先设定的泄漏电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf中至少有f-1条拟合线的斜率大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间小于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化现象，未达绝缘老化风险状态；

判据(5)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf中至少有f-1条拟合线的斜率大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化风险，绝缘老化风险不严重。

判据(6)：若m个泄漏电流计算值和l个泄漏电流预测值的最小值大于预先设定的电流阈值Ilim it，斜率h1，h2，…，hf均大于预先设定好的斜率阈值Hlim it，且泄漏电流持续增大的时间大于预先设定好的泄漏电流允许的持续增大的时间Tlim it，则认为电缆线路存在绝缘老化风险，且绝缘老化风险严重。

(六)如果判断电缆线路处于正常状态，则判断是否有指标超标，若无指标超标，则返回步骤(一)；若有指标超标，则累计指标超标持续时间，并对指标持续时间进行存储，同时返回步骤(2)。

如果判断电缆线路存在绝缘老化现象，但未达到风险状态时，则累计指标超标持续时间，并对指标持续时间进行存储，同时返回步骤(一)。

如果判断电缆线路存在绝缘老化风险，且根据预先设定好的风险辨识规则，判断绝缘老化风险不严重，仅进行绝缘老化风险报警；同时，继续累计指标超标持续时间，并对指标持续时间进行存储，同时返回步骤(一)继续进行绝缘老化风险状态连续辨识。

如果判断电缆线路存在绝缘老化风险，且根据预先设定好的风险辨识规则，若绝缘老化风险严重，则进行绝缘老化风险报警的同时，给出绝缘老化风险预防控制策略；同时，继续累计指标超标持续时间，并对指标持续时间进行存储，同时返回步骤(一)继续进行绝缘老化风险状态连续辨识。

一种配电网电缆线路绝缘老化风险辨识装置，所述装置包括：

信息采集单元，用于根据预先建立的电缆线路等值电路模型，采集配电网在T时间段的n个时间间隔(T1，T2，…，Tn)内采集的n×m组电缆线路首末端A、B、C三相线路的电压、电流、有功功率和无功功率值；

第一计算单元，用于根据采集的电压、电流、有功功率和无功功率值计算时间段T的时间间隔Ti内的电缆线路泄漏电流值Ii；

第二计算单元，用于根据所述泄漏电流值Ii计算电缆线路在时间段T内获取的n个泄漏电流值的平均值

第三计算单元，用于根据历史连续k个时间段T的泄漏电流值组成的泄漏电流值，确定泄漏电流预测值；

判定单元，用于根据计算得到的泄漏电流值和泄漏电流预测值，以及预先设置的绝缘老化风险辨识判据，判断当前时刻电缆线路是否处于绝缘老化风险状态。

优选的，所述判定单元包括：

判据子单元，用于制定判断电缆线路是否运行正常的绝缘老化风险辨识判据；

风险判定子单元，用于根据绝缘老化风险辨识判据判定电缆线路绝缘老化风险的严重程度：若电缆线路绝缘老化风险不严重，则在进行绝缘老化风险报警的同时累计指标超标持续时间；若电缆线路绝缘老化风险严重，则在进行绝缘老化风险报警的同时给出绝缘老化风险预防控制策略，并累计指标超标持续时间。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。