CN108469571B - 基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法 - Google Patents

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基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,包括以下步骤:1.电缆评价指标选取。2.初始基准数据,基于初始基准数据计算本类试验数据的标幺值。3.归一化处理基准数据:针对挑选出的试验数据,对七类数据中的每一类数据单独进行标幺值计算处理。4.基于最小二乘法的线性回归分析。5.电缆整体质量分析。本发明的有益效果为:将非同类试验数据,通过归一化标幺值处理成为可共性分析数据。基于历史数据和同类数据统计分析的结果可以有效指导电缆检修计划,改变电缆被动检修的局面,有效降低因为电缆故障造成的经济损失。

Description

基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法
技术领域
本发明属于电力设备故障检测与诊断的技术领域,具体涉及一种基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法。
背景技术
在工业化迅速发展情况下,电缆用量日益增大,电缆取代架空线的趋势日益明显。在配电电缆用量迅速增长的同时,由于电缆故障而导致供电事故的问题也日益增多,电缆需求量与相对较高的故障率之间的矛盾日益突出。配电电缆故障导致大规模停电严重危及到工业生产及用户的日常生活,必须建立一套能够有效评估电缆健康状况的维修策略,以降低电缆故障率。
虽然目前电缆检测设备和方法较多,但是每种技术都有自身的局限性。数据分析方案缺失,导致各试验数据间没有建立关联性,目前均是独立单次试验数据判断,判断准确性低。同时,单次试验数据的准确性也无法判断,一旦因为干扰造成试验数据异常,便会增加大量的后续验证工作。目前无法有效评估电缆的整体运行状态。
例如:测量绝缘电阻和介质损耗因数能够有效评估整体的绝缘状态,但是对局部的绝缘缺陷却无能为力。检测局部放电对于潜伏性的局部故障效果显著,但是受到现场干扰因数的制约,而且对于配电电缆最高允许的局部放电水平尚未有明确的标准进行规定。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法。本发明目的是建立基于趋势线拟合的多元试验数据分析方法,通过量化的指标有效评估电缆健康状况。
为了实现上述目的,本发明采取如下技术方案:
基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,包括以下步骤:
1.电缆评价指标选取:
包括:绝缘电阻、红外测温温度、在线局部放电量、振荡波局部放电量、超低频局部放电量、介损变化率VLF-DTD differential tan delta、介损稳态稳定值七项关键指标。
绝缘电阻、介损变化率VLF-DTD differential tan delta、介损稳态稳定值三种数据综合进行趋势线分析。其重点反映电缆的本体绝缘质量。
在线局部放电量、振荡波局部放电量、超低频局部放电量三个数据综合进行趋势线分析。其重点反映电缆的终端头和中间节点的绝缘质量,以下简称电缆终端绝缘质量。
红外测温数据独立进行趋势线分析,其重点反映电缆温升数据质量。
2.初始基准数据
如果单类试验数据样本小于10个,则采用初始基准数据进行标幺值计算。
新电缆需要获取基准数据,投运前获取超低频和振荡波的测试数据,投运24~48小时内进行带电的局放检测,作为基准数据。
对于在运电缆,首先进行在线局放普查,利用停电机会获取超低频和振荡波的测试数据,作为基准数据。
基于初始基准数据计算本类试验数据的标幺值。
Vi *=Vi/Ve
3.归一化处理基准数据:
由于在线局放数据与振荡波局放数据不能直接进行比较,本方案中将各自数据基于基准数据进行标幺值处理。
针对挑选出的试验数据,对七类数据中的每一类数据单独进行标幺值计算处理。
(3.1)首先利用拉依达准则(3σ准则)剔除异常数据。
算出试验数据的算术平均值VAvg
Figure GDA0003321672860000031
利用贝塞尔公式计算剩余误差σ:
Figure GDA0003321672860000032
如果Vi的剩余误差σi大于3σ;则认为该数值为异常数据。
(3.2)将试验数据中的异常数据剔除后,计算剩余试验数据算术平均值,该值作为试验数据计算标幺值的基准值使用。
Figure GDA0003321672860000033
Figure GDA0003321672860000041
Ve=VΣ/(n-j);
(3.3)计算本类试验数据的标幺值。
Vi *=Vi/Ve
4.基于最小二乘法的线性回归分析
(4.1)基于标幺值和试验时间,形成数据的二维坐标V(value,time)。
按照电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据、电缆本体绝缘质量数据三类分别统计,形成数据的二维坐标数组。
(4.2)使用EXCEL中的最小二乘法曲线拟合对(4.1)中三类数据,进行下述四种趋势线拟合。
线性趋势线:增长或降低速率比较稳定。
对数趋势线:增长或降低幅度开始比较快,逐渐趋于平缓。
多项式趋势线:增长或降低的波动较多。
指数趋势线:增长或降低的速度持续增加、且增加幅度越来越大。
(4.3)计算趋势线相关系数R平方值计算。
Figure GDA0003321672860000051
回归平方和=总平方和-残差平方和(ssresid)
总平方和:总平方和=y的实际值的平方和。
残差平方和:残差平方和=y的估计值与y的实际值的平方差之和。
Figure GDA0003321672860000052
5.电缆整体质量分析
电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据、电缆本体绝缘质量数据三类中。
(5.1)当整组数据均未出现过单一数据剩余误差σi大于3σ,则表明该电缆运行质量良好。
(5.2)当整组数据出现过单一数据剩余误差σi大于3σ时:
(5.2.1)当任一类数据中线性趋势线或指数趋势线R平方值大于0.9时,这表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测。
(5.2.2)当电缆终端绝缘质量数据和电缆温升数据的线性趋势线或指数趋势线趋势线R平方值均大于0.8时,则表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测。
(5.2.3)当某数据多项式趋势线或对数趋势线R平方值大于0.9时,电缆整体质量为可疑,需要缩短电缆检测周期至两周一测,采集新数据后重新进行分析。
(5.2.4)当三类数据的任一趋势线R平方值均大于0.6时,电缆整体质量为可疑,需要缩短试验周期至一个月,采集新数据后重新进行分析。
(5.2.5)当三类数据的趋势线R平方值均小于0.6时,则表明试验数据积攒不够,无法有效判断数据变化趋势,需要将试验周期调整为三个月,增加试验数据样本,提高数据分析可靠性后重新进行分析。
本发明的有益效果为:本发明将非同类试验数据,通过归一化标幺值处理成为可共性分析数据。因为电缆试验数据目前没有准确的量化指标,通过采用趋势线拟合的方式,进行数据关联比对,而不用依靠数据量化分析手段。基于历史数据和同类数据统计分析的结果可以有效指导电缆检修计划,改变电缆被动检修的局面,有效降低因为电缆故障造成的经济损失。
附图说明
图1为数据处理流程图;
图2为电缆质量整体评价流程图。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-2所示,本实施例的基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,包括以下步骤:
1.电缆评价指标选取:
包括:绝缘电阻、红外测温温度、在线局部放电量、振荡波局部放电量、超低频局部放电量、介损变化率VLF-DTD differential tan delta、介损稳态稳定值七项关键指标。
绝缘电阻、介损变化率VLF-DTD differential tan delta、介损稳态稳定值三种数据综合进行趋势线分析。其重点反映电缆的本体绝缘质量。
在线局部放电量、振荡波局部放电量、超低频局部放电量三个数据综合进行趋势线分析。其重点反映电缆的终端头和中间节点的绝缘质量,以下简称电缆终端绝缘质量。
红外测温数据独立进行趋势线分析,其重点反映电缆温升数据质量。
2.初始基准数据
如果单类试验数据样本小于10个,则采用初始基准数据进行标幺值计算。
新电缆需要获取基准数据,投运前获取超低频和振荡波的测试数据,投运24~48小时内进行带电的局放检测,作为基准数据。
对于在运电缆,首先进行在线局放普查,利用停电机会获取超低频和振荡波的测试数据,作为基准数据。
基于初始基准数据计算本类试验数据的标幺值。
Vi *=Vi/Ve
3.归一化处理基准数据:
由于在线局放数据与振荡波局放数据不能直接进行比较,本方案中将各自数据基于基准数据进行标幺值处理。
针对挑选出的试验数据,对七类数据中的每一类数据单独进行标幺值计算处理。
(3.1)首先利用拉依达准则(3σ准则)剔除异常数据。
算出试验数据的算术平均值VAvg
Figure GDA0003321672860000081
利用贝塞尔公式计算剩余误差σ:
Figure GDA0003321672860000082
如果Vi的剩余误差σi大于3σ;则认为该数值为异常数据。
(3.2)将试验数据中的异常数据剔除后,计算剩余试验数据算术平均值,该值作为试验数据计算标幺值的基准值使用。
Figure GDA0003321672860000083
Figure GDA0003321672860000091
Ve=VΣ/(n-j);
(3.3)计算本类试验数据的标幺值。
Vi *=Vi/Ve
4.基于最小二乘法的线性回归分析
(4.1)基于标幺值和试验时间,形成数据的二维坐标V(value,time)。
按照电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据、电缆本体绝缘质量数据三类分别统计,形成数据的二维坐标数组。
(4.2)使用EXCEL中的最小二乘法曲线拟合对(4.1)中三类数据,进行下述四种趋势线拟合。
线性趋势线:增长或降低速率比较稳定。
对数趋势线:增长或降低幅度开始比较快,逐渐趋于平缓。
多项式趋势线:增长或降低的波动较多。
指数趋势线:增长或降低的速度持续增加、且增加幅度越来越大。
(4.3)计算趋势线相关系数R平方值计算。
Figure GDA0003321672860000092
回归平方和=总平方和-残差平方和(ssresid)
总平方和:总平方和=y的实际值的平方和。
残差平方和:残差平方和=y的估计值与y的实际值的平方差之和。
Figure GDA0003321672860000101
5.电缆整体质量分析
电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据、电缆本体绝缘质量数据三类中。
(5.1)当整组数据均未出现过单一数据剩余误差σi大于3σ,则表明该电缆运行质量良好。
(5.2)当整组数据出现过单一数据剩余误差σi大于3σ时:
(5.2.1)当任一类数据中线性趋势线或指数趋势线R平方值大于0.9时,这表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测。
(5.2.2)当电缆终端绝缘质量数据和电缆温升数据的线性趋势线或指数趋势线趋势线R平方值均大于0.8时,则表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测。
(5.2.3)当某数据多项式趋势线或对数趋势线R平方值大于0.9时,电缆整体质量为可疑,需要缩短电缆检测周期至两周一测,采集新数据后重新进行分析。
(5.2.4)当三类数据的任一趋势线R平方值均大于0.6时,电缆整体质量为可疑,需要缩短试验周期至一个月,采集新数据后重新进行分析。
(5.2.5)当三类数据的趋势线R平方值均小于0.6时,则表明试验数据积攒不够,无法有效判断数据变化趋势,需要将试验周期调整为三个月,增加试验数据样本,提高数据分析可靠性后重新进行分析。

Claims (5)

1.基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,包括以下步骤:
一、电缆评价指标选取:包括:绝缘电阻、红外测温温度、在线局部放电量、振荡波局部放电量、超低频局部放电量、介损变化率和介损稳态稳定值七项关键指标;所述绝缘电阻、介损变化率和介损稳态稳定值三种数据综合进行趋势线分析,其重点反映电缆的本体绝缘质量;所述在线局部放电量、振荡波局部放电量和超低频局部放电量三个数据综合进行趋势线分析,其重点反映电缆的终端头和中间节点的绝缘质量;所述红外测温温度 数据独立进行趋势线分析,其重点反映电缆温升数据质量;
二、初始基准数据:如果单类试验数据样本小于10个,则采用初始基准数据进行标幺值计算,基于初始基准数据计算本类试验数据的标幺值:Vi *=Vi/Ve
三、针对挑选出的试验数据,对七类数据中的每一类数据单独进行标幺值计算处理:(a)首先利用拉依达准则剔除异常数据,(b)将试验数据中的异常数据剔除后,计算剩余试验数据算术平均值,该值作为试验数据计算标幺值的基准值使用,(c)计算本类试验数据的标幺值:Vi *=Vi/Ve
四、基于最小二乘法的线性回归分析:(a)基于标幺值和试验时间,按照电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据和电缆本体绝缘质量数据三类分别统计,形成数据的二维坐标V(value,time),(b)使用EXCEL中的最小二乘法曲线拟合电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据和电缆本体绝缘质量数据,进行趋势线拟合,(c)计算趋势线相关系数R平方值;
五、电缆整体质量分析:电缆的终端绝缘质量数据、电缆温升数据、电缆本体绝缘质量数据三类中,当整组数据均未出现过单一数据剩余误差σi大于3σ,则表明该电缆运行质量良好;当整组数据出现过单一数据剩余误差σi大于3σ时:
(1)当任一类数据中线性趋势线或指数趋势线R平方值大于0.9时,这表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测;
(2)当电缆终端绝缘质量数据和电缆温升数据的线性趋势线或指数趋势线趋势线R平方值均大于0.8时,则表明该电缆质量出现严重问题,不宜再继续运行,需要尽快进行停电复测;
(3)当某数据多项式趋势线或对数趋势线R平方值大于0.9时,电缆整体质量为可疑,需要缩短电缆检测周期至两周一测,采集新数据后重新进行分析;
(4)当三类数据的任一趋势线R平方值均大于0.6时,电缆整体质量为可疑,需要缩短试验周期至一个月,采集新数据后重新进行分析;
(5)当三类数据的趋势线R平方值均小于0.6时,则表明试验数据积攒不够,无法有效判断数据变化趋势,需要将试验周期调整为三个月,增加试验数据样本,提高数据分析可靠性后重新进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,其特征在于:在步骤二中,新电缆需要获取基准数据,投运前获取超低频和振荡波的测试数据,投运24~48小时内进行带电的局放检测,作为基准数据,对于在运电缆,首先进行在线局放普查,利用停电机会获取超低频和振荡波的测试数据,作为基准数据。
3.根据权利要求1所述的基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,其特征在于:在步骤三(a)中,将各自数据基于基准数据进行标幺值处理,
算出试验数据的算术平均值VAvg
Figure FDA0003321672850000031
利用贝塞尔公式计算剩余误差σ:
Figure FDA0003321672850000032
如果Vi的剩余误差σi大于3σ,则认为该数值为异常数据。
4.根据权利要求1所述的基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,其特征在于:在步骤四(b)中趋势线拟合如下:
线性趋势线:增长或降低速率比较稳定;
对数趋势线:增长或降低幅度开始比较快,逐渐趋于平缓;
多项式趋势线:增长或降低的波动较多;
指数趋势线:增长或降低的速度持续增加、且增加幅度越来越大。
5.根据权利要求4所述的基于趋势线拟合的多元试验数据分析的电缆状态评价方法,其特征在于:在步骤四(c)中相关系数R平方值计算如下:
Figure FDA0003321672850000041
回归平方和=总平方和-残差平方和,
总平方和=标幺值的实际值的平方和,
残差平方和=标幺值的估计值与标幺值的实际值的平方差之和,
Figure FDA0003321672850000042
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