一种电力电缆线路状态的综合评估方法与装置与流程

本发明属于电力设备故障检测与诊断技术领域，具体涉及一种电力电缆线路状态的综合评估方法与装置。

背景技术：

近年来，随着中国城市电网的升级改造，电缆作为输送电力载体在城市下方逐渐形成了一个规模庞大的供电网络，电力电缆隧道是提供巨大数量的电缆安装和巡视的通道且全封闭型的电缆建筑物，电缆隧道内环境恶劣且电缆分布众多，一旦发生故障，严重时将会发生火灾并引起大面积的停电，因此对电缆线路运行状态的实时监测及评估显得尤为重要。

目前，主要是通过绝缘在线测量技术、局部放电在线监测、绝缘老化水树枝检测技术、红外热成像技术、色谱分析技术等手段对电缆运行状态进行分析，但都是采用单一的在线监测技术对电缆状态进行分析。由于电缆运行状态监测方法原理有所差异，而导致电缆故障或缺陷的原因也很多，因此，仅通过单一的在线监测反映电缆运行状态是不合理且不可靠。另外，电缆运行状态评估过程中的主、客观因素并存，致使评估结果具有较大的随机性和不确定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电力电缆线路状态的综合评估方法与装置，用于解决现有技术对电力电缆的状态监测不可靠的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种电力电缆线路状态的综合评估方法，包括以下步骤：

1)获取待评估电缆线路的全景数据，全景数据包括电缆线路的组成部件及组成部件的状态量，将电缆线路的组成部件进行分类，每类作为一项电缆线路的状态指标，每个状态指标包括至少一个状态量；

2)获取状态量在不同时刻的监测数据，将状态量的监测数据按照设定的阈值区间进行分类，每类作为一个评估等级；建立各状态指标的云模型的隶属度函数，计算各状态指标下各状态量在对应评估等级下的隶属度值；

3)确定各状态指标下各状态量的权重，采用各状态指标下各状态量的权重修正对应状态指标下对应状态量在各评估等级下的隶属度值，根据各状态指标的权重对进行一次修正后的隶属度值进行再次修正，得到各状态指标的隶属度值，在各状态指标的隶属度值中选取最大的隶属度值作为电缆线路的综合评估值。

相应的，本发明还提出一种电力电缆线路状态的综合评估装置，包括处理器，处理器用于实现上述电力电缆线路状态的综合评估方法。

本发明首先通过获取电缆运行的全景数据，将影响电力电缆线路运行状态的因素分类形成若干个状态指标，分析每项状态指标的相关状态量，建立电缆线路的状态评估体系；然后确定状态量的监测数据的评估等级，建立各状态指标对应的云模型的隶属度函数，并计算其相应各评估等级的隶属度值；最后确定各状态指标的各状态量的权重，进而得到通过权重修正后各状态量的隶属度值，根据各状态指标的权重对进行一次修正后的隶属度值进行再次修正，得到各状态指标的隶属度值，将该值与评估值范围相比较最终得出综合评估结果，避免了现有技术中监测技术单一导致的评估片面、误判等问题；利用云模型中云滴产生的随机性和稳定的趋向性来模拟现有电缆线路状态的各种评估方法对电缆线路相同状态的不同评估值，实现每项关键状态指标的综合评估值到评估集的不确定性映射，能够解决现有评估方法中按照人的主观期望进行区分和判断、失误率较大的问题，有效提高评估的准确性和全面性。

为得到待评估电缆线路的全景数据，上述状态指标至少包括电缆本体、接头、附属设施、过电压限制器和线路通道中的两个，其中，接头包括电缆的终端接头和中间接头。对应这些状态指标，列出状态指标具体包含的状态量如下：

电缆本体的状态量至少包括以下四个：主绝缘电阻、主绝缘局部放电、主绝缘介质损耗角正切值、外护套绝缘电阻、外护套接地电流、外护套直流电压、表面温度、线芯电流、电缆的运行年限、历史故障率、外护套外观；

终端接头的状态量至少包括以下三个：热点温度、接头局部放电、历史故障率、终端外观；

中间接头的状态量至少包括以下三个：接头温度、接头局部放电、历史故障率、铜外壳外观；

附属设施的状态量至少包括以下三个：交叉互联系统闸刀接触电阻、接地箱外观、主接地引线接地状态、热点温度；

过电压限制器的状态量至少包括以下两个：限制器外观、限制器动作指示器、限制器电气性能；线路通道的状态量包括：隧道内附属设施的丢失率。

为保证电缆线路状态的评估效果，云模型的隶属度函数的计算式如下：

式中，k为隶属度值，i为状态量的类别，j为评估等级的类别，x为状态指标的状态量，ex为类别为i的状态量在评估等级j下的期望，en为类别为i的状态量在评估等级j下的熵，he为类别为i的状态量在评估等级j下的超熵；kij(x)的区间为[ex-3(en+3he),ex+3(en+3he)]。

为了将下各状态量的监测数据变成无量纲数据，需要对各状态指标下各状态量的监测数据进行以下归一化处理：

对于越小越优型的状态指标，其状态量的归一化公式如下：

对于越大越优型的状态指标，其状态量的归一化公式如下：

式中，xi为表示状态量i的监测数据归一化处理后的值，ci表示状态量i的监测数据值，c0、cm、d0、dm均为设定值。

附图说明

图1是本发明的一种电力电缆线路状态的综合评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种电力电缆线路状态的综合评估方法，如图1所示，包括以下步骤：

1)获取待评估电缆线路的全景数据，全景数据包括电缆线路的组成部件及组成部件的状态量，将电缆线路的组成部件进行分类，每类作为一项电缆线路的状态指标，每个状态指标包括至少一个状态量。

具体的，将影响电力电缆线路运行状态的因素分类形成若干个状态指标，分析每项状态指标的相关状态量，建立电缆线路的状态评估体系。其中，状态指标包括：电缆本体、接头、附属设施、过电压限制器和线路通道。其中，接头包括电缆的终端接头和中间接头(即电缆线路上终端接头之间的接头)。各状态指标对应的状态量如下：

①电缆本体的状态量包括主绝缘电阻、主绝缘局部放电、主绝缘介质损耗角正切值、外护套绝缘电阻、外护套接地电流、外护套直流电压、表面温度、线芯电流、电缆的运行年限、历史故障率、外护套外观，分别记为mrk、mfk、mtk、wrk、wik、wvk、bwk、ik、yk、gk、wgk。

②终端接头的状态量包括热点温度、接头局部放电、历史故障率、终端外观，分别记为zrwik、zjfik、zgik、zwgik。其中，热点温度指最高温度，通过光纤测温测得。

③中间接头的状态量包括接头温度、接头局部放电、历史故障率、铜外壳外观，分别记为mjwlk、mjflk、mglk、mwglk。在接头温度中，中间接头的最高温度即为热点温度。

④附属设施的状态量包括交叉互联系统闸刀接触电阻、接地箱外观、主接地引线接地状态、热点温度，分别记为frk、fwgk、fxk、frwk。附属设施包括交叉互联系统闸刀、接地箱、主接地引线和热点。

⑤过电压限制器的状态量包括限制器外观、限制器动作指示器、限制器电气性能，分别记为vwglk、vdlk、vxlk。

⑥线路通道的状态量包括隧道内附属设施的丢失率，记为dk。

上述状态量中，k为样本采集序号，k为1到n的整数，l表示相应状态量所属的第l个状态指标，例如，zrwlk表示第l个终端接头的热点温度,mjwlk表示第l个中间接头的接头温度，vwglk表示第l个过电压限制器的限制器外观。另外，上述状态指标可以根据需要进行设置，但至少要包括两个状态指标，对于各状态指标的状态量，同样可以根据需要进行设置，具体的，电缆本体的状态量至少选出四个，终端接头的状态量至少选出三个，中间接头的状态量至少选出三个，附属设施的状态量至少选出三个，过电压限制器的状态量至少选出两个。

2)获取状态量在不同时刻的监测数据，将状态量的监测数据按照设定的阈值区间进行分类，每类作为一个评估等级；建立各状态指标的云模型的隶属度函数，计算各状态指标下各状态量在对应评估等级下的隶属度值。

具体的，对获取的各状态指标下各状态量的监测数据进行以下归一化处理：

对于越小越优型的状态指标，其状态量的归一化公式如下：

对于越大越优型的状态指标，其状态量的归一化公式如下：

式中，xi为表示状态量i的监测数据归一化处理后的值，ci表示状态量i的监测数据值，c0、cm、d0、dm均为设定值，优选的，cm、dm为状态量i的注意值，表示原始监测数据值大于cm或小于、等于dm时应引起注意，c0、d0为状态量i的出厂值或最优值。

将各状态量的监测数据归一化处理后的值进行以下状态云处理：

输入状态量参数x的n个数据xi(1≤i≤n)，分别计算数据状态云的参数ex，en，he。

样本均值为：

样本方差为：

期望ex为：

熵en为：

超熵he为：

根据上述参数，云模型的隶属度函数的计算式，如下：

式中，k为隶属度值，i为状态量的类别，j为评估等级的类别，将状态量的监测数据按照设定的阈值区间进行分类，每类作为一个评估等级，例如分为四类，则j＝1,2,3,4，分别表示为正常状态、注意状态、异常状态、严重状态的评分。上述中，x为状态指标的状态量，ex为类别为i的状态量在评估等级j下的期望，en为类别为i的状态量在评估等级j下的熵，he为类别为i的状态量在评估等级j下的超熵；kij(x)的区间为[ex-3(en+3he),ex+3(en+3he)]。

基于上述步骤可得出各状态指标与各评估等级之间的隶属度矩阵为：

k1＝(kij)11×4i＝1,2,…,11j＝1,2,3,4

k2＝(kij)4×4i＝1,2,3,4j＝1,2,3,4

k3＝(kij)4×4i＝1,2,3,4j＝1,2,3,4

k4＝(kij)4×4i＝1,2,3,4j＝1,2,3,4

k5＝(kij)3×4i＝1,2,3j＝1,2,3,4

k6＝(kij)1×4i＝1j＝1,2,3,4

式中，k1～k6分别对应状态指标电缆本体、终端接头、非终端接头、附属设施、过电压限制器、线路通道分别在四种评估等级下的隶属度矩阵。

3)采用熵值法确定各状态指标的各状态量的权重向量wpm，采用各状态指标的各状态量的权重向量wpm修正对应状态指标下对应状态量在对应评估等级下的隶属度矩阵，如下：

r1＝(ω1i)1×11*(kij)11×4＝(r11,r12,r13,r14)

r2＝(ω1i)1×4*(kij)4×4＝(r21,r22,r23,r24)

r3＝(ω1i)1×4*(kij)4×4＝(r31,r32,r33,r34)

r4＝(ω1i)1×4*(kij)4×4＝(r41,r42,r43,r44)

r5＝(ω1i)1×4*(kij)4×4＝(r51,r52,r53,r54)

r6＝k6＝(kij)1×4＝(r61,r62,r63,r64)

再采用熵值法确定各状态指标的权重向量wp，采用各状态指标的权重向量wp修正上述隶属度矩阵，进而得到电力电缆线路的状态评估值，计算过程如下：

式中，wp＝(ω1ω2ω3ω4ω5ω6)，其中，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6依次为六个状态指标的权重，y＝(y1y2y3y4)为电力电缆线路的状态评估值。

依据最大关联度原则，选取最大的隶属度值作为电缆线路综合评估值y为：

y＝max(y1y2y3y4)

选出电缆线路的综合评估值后，将该综合评估值与设定的评估值范围(如评估集)比较，确定电缆线路的综合评估结果，评估集见表1。

表1

为确定各状态指标的各状态量的权重，本实施例还可以采用其他计算权重的方法代替，例如层次分析法。

本实施例所采用的电力电缆线路状态的综合评估方法从整个线路的角度出发，综合全景数据分析影响电缆线路运行状态的评估指标，最后得到线路运行状态的综合评估结果，根据评估结果指导电缆线路的运维决策及优化设计，规避潜在风险，保障电缆线路的安全稳定运行。另外，本实施采用云模型实现了综合评估，利用云理论将模糊理论中模糊性和概率论中的随机性有效结合，实现定性和定量的相互映射，能更加客观的对状态评估过程中定性指标进行量化处理，实现对电缆运行状态全面客观的评估。

本发明还提一种电力电缆线路状态的综合评估装置，包括处理器，处理器用于实现本实施中电力电缆线路状态的综合评估方法。上述所指的电力电缆线路状态的综合评估装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到计算机中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。