CN105844538A - 一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，包括如下步骤：步骤S1：由数据中心获取历年故障发生的统计数据并建立历史故障数据库；步骤S2：提取评估周期内的故障数据，电缆线路发生故障后，将线路的电压行波数据和电流行波数据相乘，运算后得到第一个扰动功率的峰值；步骤S3：根据第一个扰动功率峰值确定该次故障的严重；步骤S4：根据设备检修风险、缺供电风险以及社会影响风险建立考虑故障严重度的综合风险评估模型；步骤S5：计算各个风险评估指标得到综合风险值。本方法综合考虑故障严重程度、电缆线路运行的风险源及其故障对用户与电力系统造成，以综合风险值表征电缆的经济性和可靠性，对电缆线路的改造及电网规划具有指导意义。

Description

一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法

技术领域

本发明属于电力系统风险评估技术领域，具体涉及一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法。

背景技术

电缆作为配电网的重要元件，其经济性和可靠性与用户和电力系统的利益有直接联系，因此有必要对电缆线路进行有效的风险评估。电缆的经济性和可靠性主要和故障的发生有关。电缆故障是自身因素和外部因素共同作用的结果，主要自身因素包括材料缺陷、安装工艺不当等，主要外部因素包括外力破坏、绝缘老化、化学腐蚀、绝缘受潮、电缆运行过电压、过负荷、环境和温度等因素，这些因素构成了电缆故障的风险源。

根据导电材料的不同，电缆可分为铝芯电缆、铜芯电缆和铝合金电缆。目前中国的电网中绝大部分采用的是铜芯电缆，铝芯电缆由于较低的可靠性应用较少，而铝合金电缆近年来受到越来越多的关注。对不同类型电缆进行风险评估可以给电缆线路的改造和电网规划提供参考。现有的风险评估很少考虑到对故障严重度的识别，而不同严重度的故障造成的损失风险是不同的，因此，不对故障严重度进行分类考虑会影响评估结果的准确性。

基于此，有必要对电缆的故障进行严重度识别，分别针对不同程度的故障计算风险指标，本发明利用行波法判别故障严重度，提出一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，对不同严重度的故障进行识别分类，计及设备检修风险、缺供电风险、社会影响风险三方面因素建立风险评估模型，评估电缆线路的综合风险。本方法考虑了不同严重度的故障造成的损失风险，同时也综合考虑了电缆线路运行的风险源及其故障对用户、电力系统造成的各方面影响，以综合风险值表征电缆的经济性和可靠性，对电缆线路的改造及电网规划具有指导意义。

本发明采用以下方案实现：一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤S1：由数据中心获取历年故障发生的统计数据并建立历史故障数据库，所述数据库包括电缆的电压行波数据、电流行波数据、电缆型号、敷设方式、以及运行方式的信息数据；

步骤S2：设定评估周期，从历史故障数据库中提取评估周期内的故障数据，电缆线路发生故障后，在故障点将产生向线路两端传播的暂态行波，对于每一次故障，将线路的电压行波数据和电流行波数据相乘，运算后得到第一个扰动功率的峰值；

步骤S3：根据步骤S2所得的第一个扰动功率峰值确定该次故障的严重度，严重度可分为轻微故障、中等故障、严重故障三种类型，进而确定该评估周期内电缆不同严重度故障分别对应的故障次数，并计算各自对应的故障率；

步骤S4：根据设备检修风险、缺供电风险以及社会影响风险建立考虑故障严重度的综合风险评估模型；

步骤S5：计算各个风险评估指标进而得到综合风险值。

进一步地，所述步骤S2中，在对电缆的风险进行评估时，所述评估周期包括三十年、十年、一年、一季度、一个月以及一天。

进一步地，所述步骤S2具体为：线路发生故障时，设故障线路上行波测量单元测得的电压行波数据为U_A、U_B、U_C，电流行波数据为I_A、I_B、I_C，电压行波数据和电流行波数据相乘可得扰动功率P，如下式：

P＝U_AI_A+U_BI_B+U_CI_C

则第一个扰动功率峰值P_max为

P_max＝MAX(P_T＝1)

其中：MAX(P_T＝1)为扰动功率在第一个周期内的最大值。

进一步地，所述步骤S3具体为：当故障造成的第一个扰动功率峰值0≤P_max≤ε₁时，该次故障为轻微故障，当ε₁＜P_max≤ε₂时，该次故障为中等故障，当P_max＞ε₂时，该次故障为严重故障；根据历史故障数据库中判别评估周期内轻微故障、中等故障、严重故障分别的次数，进而根据下式确定评估周期内三种故障类型的故障率：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{100{\mathrm{\λ}}_{iN}}{T_{e}l}$

其中：λ_i为第i种故障的故障率，λ₁为轻微故障率、λ₂为中等故障率、λ₃为严重故障率；λ_iN为评估周期内第i种故障的故障次数；T_e为评估周期；l为线路长度。

进一步地，所述步骤S4具体为：电缆线路的设备检修风险用故障发生后电力公司对线路故障进行检查维修的成本为：

C_1i＝λ_iC_mfi

其中：C_1i为第i种故障的检修成本；C_mfi为第i种故障平均每次维修的成本，包括人工费用、设备费用、材料费用；

电缆线路的缺供电风险为电力企业因线路故障而减少售电量造成的直接经济损失，以缺电成本来表示：

C_2i＝pE_ENSi

其中：C_2i为第i种故障的缺电成本；p为买电售电的电价差；E_ENSi为第i种故障的停电电量期望值，按照下式计算：

E_ENSi＝λ_iLT_i

其中：L为电缆线路的供电功率；T为第i种故障时电缆线路的故障修复时间；

电缆线路的社会影响风险以赔偿费用、对社会生产以及公司信誉的影响来表示，用缺电成本和一个合理的系数a来表示，即

C_3i＝a_iC_2i

其中：C_2i为第i种故障造成的社会影响损失；a_i为第i种故障的系数，可取20～50，采用德尔菲法确定该系数的值；

电缆线路的综合风险指标的计算将所有影响电缆线路风险指标的一项综合：

R_i＝w₁C_1i+w₂C_2i+w₃C_3i

其中：R_i为第i种故障的综合风险值；w₁、w₂、w₃分别为风险C_1i、C_2i、C_3i对应的权重，各风险权重可取值为1；

则电缆线路的综合风险评估模型为：

$R=\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{R}_i$

其中：R为电缆线路的综合风险值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的电力电缆风险评估方法，从数据中心获取历年故障发生的统计数据并建立历史故障数据库，设定评估周期，从历史故障数据库中提取故障数据。根据电压行波数据和电流行波数据判别评估周期内每次故障的严重程度，进而确定评估周期内电缆不同故障类型对应的故障次数和故障率。然后计及设备检修风险、缺供电风险、社会影响风险三方面因素建立风险评估模型，评估电缆线路的综合风险。与当前的各类电缆风险评估方法相比，本发明考虑了不同严重度的故障造成的损失风险不同，同时也综合考虑了电缆线路故障造成的各方面影响，对不同型号或者不同运行方式的电缆进行有效的风险评估对电网规划和电缆改造具有一定的指导意义。

附图说明

图1为本发明的基于行波法的电力电缆风险评估方法的流程图；

图2为本发明的电缆的故障率曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施提供一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤S1：由电力公司的数据中心获取历年故障发生的统计数据并建立历史故障数据库，所述数据库包括电缆的电压行波数据、电流行波数据、电缆型号、敷设方式、以及运行方式的信息数据；目前行波测距装置已被广泛应用于电力系统，所以可从电力公司的数据中心提取到电缆的电压行波数据和电流行波数据；

步骤S2：设定评估周期，从历史故障数据库中提取评估周期内的故障数据，电缆线路发生故障后，在故障点将产生向线路两端传播的暂态行波，对于每一次故障，将线路的电压行波数据和电流行波数据相乘，运算后得到第一个扰动功率的峰值；

步骤S3：根据步骤S2所得的第一个扰动功率峰值确定该次故障的严重度，严重度可分为轻微故障、中等故障、严重故障三种类型，进而确定该评估周期内电缆不同严重度故障分别对应的故障次数，并计算各自对应的故障率；

步骤S4：根据设备检修风险、缺供电风险以及社会影响风险建立考虑故障严重度的综合风险评估模型；

步骤S5：计算各个风险评估指标进而得到综合风险值。

在本实施例中，所述步骤S2中，在对电缆的风险进行评估时，所述评估周期包括三十年、十年、一年、一季度、一个月以及一天。电缆的故障率在整个生命周期是随时间变化的曲线，也称为浴盆曲线，如图2所示。由于制造原因造成的质量问题会在早期就暴露出来，电缆运行的初期阶段故障率较高；在生命周期的后期，由于线路的老化故障率也会逐渐升高。但是，第一阶段的持续时间非常短，而线路通常在达到第三阶段前就会被更换，且第三阶段的时间也较短。因此可以选择偶然失效期阶段中的某一年作为评估周期，这样既简化了计算，对风险评估的准确性产生的影响也很小，可以忽略不计。

在本实施例中，从历史故障数据库提取某一年内的故障数据，从而确定线路一年内的总故障次数λ_a，则该线路的故障率可表示为

$\mathrm{\λ}=\frac{100{\mathrm{\λ}}_a}{l}---\left(1\right)$

其中：λ为故障率，次/年·100km；l为线路的长度，km。

电缆线路发生故障后，在故障点将产生向线路两端传播的暂态行波，对于每一次故障，将线路的电压行波数据和电流行波数据相乘，运算后得到扰动功率。行波扰动功率是具有一定周期的波动变量，只有第一个波动周期的峰值是完全由故障造成的，其他后续周期内的值都混合一定的反射或其他因素，不能准确用来表示故障的影响。因此，使用第一个扰动功率峰值的大小来判别该次故障的严重程度。

在本实施例中，所述步骤S2具体为：线路发生故障时，设故障线路上行波测量单元测得的电压行波数据为U_A、U_B、U_C，电流行波数据为I_A、I_B、I_C，电压行波数据和电流行波数据相乘可得扰动功率P，如下式：

P＝U_AI_A+U_BI_B+U_CI_C

则第一个扰动功率峰值P_max为

P_max＝MAX(P_T＝1)

其中：MAX(P_T＝1)为扰动功率在第一个周期内的最大值。

在本实施例中，所述步骤S3具体为：当故障造成的第一个扰动功率峰值0≤P_max≤ε₁时，该次故障为轻微故障，当ε₁＜P_max≤ε₂时，该次故障为中等故障，当P_max＞ε₂时，该次故障为严重故障；根据历史故障数据库中判别评估周期内轻微故障、中等故障、严重故障分别的次数，进而根据下式确定评估周期内三种故障类型的故障率：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{100{\mathrm{\λ}}_{iN}}{T_{e}l}$

其中：λ_i为第i种故障的故障率，λ₁为轻微故障率、λ₂为中等故障率、λ₃为严重故障率；λ_iN为评估周期内第i种故障的故障次数；T_e为评估周期；l为线路长度。

在本实施例中，所述步骤S4具体为：电缆线路的设备检修风险用故障发生后电力公司对线路故障进行检查维修的成本为：

C_1i＝λ_iC_mfi

其中：C_1i为第i种故障的检修成本；C_mfi为第i种故障平均每次维修的成本，包括人工费用、设备费用、材料费用；

电缆线路的缺供电风险为电力企业因线路故障而减少售电量造成的直接经济损失，以缺电成本来表示：

C_2i＝pE_ENSi

其中：C_2i为第i种故障的缺电成本；p为买电售电的电价差；E_ENSi为第i种故障的停电电量期望值，按照下式计算：

E_ENSi＝λ_iLT_i

其中：L为电缆线路的供电功率；T为第i种故障时电缆线路的故障修复时间；

电缆线路的社会影响风险以赔偿费用、对社会生产以及公司信誉的影响来表示，因为有些不良影响是无法用金钱衡量的，社会影响损失可以用缺电成本和一个合理的系数a来表示，即

C_3i＝a_iC_2i

其中：C_2i为第i种故障造成的社会影响损失；a_i为第i种故障的系数，可取20～50，不同性质的用户断电造成的社会影响有差别，相应的系数的值也应不同，由实际情况而定，可以采用德尔菲法(也称专家打分法)确定系数的值。

电缆线路的综合风险指标的计算将所有影响电缆线路风险指标的一项综合：

R_i＝w₁C_1i+w₂C_2i+w₃C_3i

其中：R_i为第i种故障的综合风险值；w₁、w₂、w₃分别为风险C_1i、C_2i、C_3i对应的权重，各风险权重可取值为1；

则电缆线路的综合风险评估模型为：

$R=\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{R}_i$

其中：R为电缆线路的综合风险值；

可通过比较分析不同类型或运行方式电缆的综合风险值，在电缆改造或电网规划中采用风险值较低的电缆类型或运行方式，以保证电网运行的可靠性和经济性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤S1：由数据中心获取历年故障发生的统计数据并建立历史故障数据库，所述数据库包括电缆的电压行波数据、电流行波数据、电缆型号、敷设方式、以及运行方式的信息数据；

步骤S2：设定评估周期，从历史故障数据库中提取评估周期内的故障数据，电缆线路发生故障后，在故障点将产生向线路两端传播的暂态行波，对于每一次故障，将线路的电压行波数据和电流行波数据相乘，运算后得到第一个扰动功率的峰值；

步骤S3：根据步骤S2所得的第一个扰动功率峰值确定该次故障的严重度，严重度可分为轻微故障、中等故障、严重故障三种类型，进而确定该评估周期内电缆不同严重度故障分别对应的故障次数，并计算各自对应的故障率；

步骤S4：根据设备检修风险、缺供电风险以及社会影响风险建立考虑故障严重度的综合风险评估模型；

步骤S5：计算各个风险评估指标进而得到综合风险值。

2.根据权利要求1所述的基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：所述步骤S2中，在对电缆的风险进行评估时，所述评估周期包括三十年、十年、一年、一季度、一个月以及一天。

3.根据权利要求1所述的基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：线路发生故障时，设故障线路上行波测量单元测得的电压行波数据为U_A、U_B、U_C，电流行波数据为I_A、I_B、I_C，电压行波数据和电流行波数据相乘可得扰动功率P，如下式：

P＝U_AI_A+U_BI_B+U_CI_C

则第一个扰动功率峰值P_max为

P_max＝MAX(P_T＝1)

其中：MAX(P_T＝1)为扰动功率在第一个周期内的最大值。

4.根据权利要求1所述的一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：当故障造成的第一个扰动功率峰值0≤P_max≤ε₁时，该次故障为轻微故障，当ε₁＜P_max≤ε₂时，该次故障为中等故障，当P_max＞ε₂时，该次故障为严重故障；根据历史故障数据库中判别评估周期内轻微故障、中等故障、严重故障分别的次数，进而根据下式确定评估周期内三种故障类型的故障率：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{100{\mathrm{\λ}}_{iN}}{T_{e}l}$

其中：λ_i为第i种故障的故障率，λ₁为轻微故障率、λ₂为中等故障率、λ₃为严重故障率；λ_iN为评估周期内第i种故障的故障次数；T_e为评估周期；l为线路长度。

5.根据权利要求1所述的一种基于故障严重度的电力电缆风险评估方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：电缆线路的设备检修风险用故障发生后电力公司对线路故障进行检查维修的成本为：

C_1i＝λ_iC_mfi

其中：C_1i为第i种故障的检修成本；C_mfi为第i种故障平均每次维修的成本，包括人工费用、设备费用、材料费用；

电缆线路的缺供电风险为电力企业因线路故障而减少售电量造成的直接经济损失，以缺电成本来表示：

C_2i＝pE_ENSi

其中：C_2i为第i种故障的缺电成本；p为买电售电的电价差；E_ENSi为第i种故障的停电电量期望值，按照下式计算：

E_ENSi＝λ_iLT_i

其中：L为电缆线路的供电功率；T为第i种故障时电缆线路的故障修复时间；

电缆线路的社会影响风险以赔偿费用、对社会生产以及公司信誉的影响来表示，用缺电成本和一个合理的系数a来表示，即

C_3i＝a_iC_2i

其中：C_2i为第i种故障造成的社会影响损失；a_i为第i种故障的系数，可取20～50，采用德尔菲法确定该系数的值；

电缆线路的综合风险指标的计算将所有影响电缆线路风险指标的一项综合：

R_i＝w₁C_1i+w₂C_2i+w₃C_3i

其中：R_i为第i种故障的综合风险值；w₁、w₂、w₃分别为风险C_1i、C_2i、C_3i对应的权重，各风险权重可取值为1；

则电缆线路的综合风险评估模型为：

$R=\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{R}_i$

其中：R为电缆线路的综合风险值。