CN111598490A - 一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，包含以下步骤：对所需监测的海缆进行单项编号；并获取单条海缆运行的全景信息，并形成若干个状态指标；根据状态指标确定海缆各部件评估状态量，构建多状态量评估编码表；根据对应标准导则获取各评估状态量的权重值以及劣化程度，得到单项状态量缺陷扣分值，获取清晰状态量评价标准，制定多状态量缺陷规则表；然后依据各状态量扣分情况以及导则内容，制定海缆评估规则表，对海缆部件和整体进行二次状态评估，并划分不同的状态模糊评价集以及相应评估分值。本发明能够实现对海缆的健康状态进行准确的评估，便于对其进行合理使用以及检修等操作。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种基于多状态量融合的海底电缆状态评估方法及系统，具体是指通过获取整体海缆各部件的全景信息，如何利用基于多状态量融合对海底电缆进行状态评估的方法，属于海底电缆状态评估技术领域。
背景技术
随着海洋资源的开发和利用，以及海上平台和海上风电场的发展，海底电缆这些年得到了日益广泛的应用，其作为海上平台设备和水下生产系统之间电力和通讯的连接通道。海底电缆的稳定运行不仅关系到海上平台的生产、同时关系到整个平台群电网的可靠运行。
由于海底电缆的特殊运行环境，无法进行常规巡检，缺乏有效的安全管理措施，一旦突发事故，损失巨大。随着光纤应用技术的发展，人们可以利用光纤对海缆的运行对海缆的运行参数进行监测，全面掌握海底在水下的运行情况，对了解海缆的运行健康水平、合理提高海缆的输送能力有着重要作用，基于多状态量融合的海底电缆状态评估方法，对保证海上油气平台的正常运转及安全生产具有重要意义。
目前对于海底电缆状态评估的方法很少，且只是考虑了海底电缆的单一状态量，对陆上电缆进行状态评估的方法较多，但没有考虑多状态量融合的状态评价体系，仅仅考虑其中部分状态量对电缆进行状态评估，其评估结果存在分散性和误差较大的问题。CN111060472A公开了一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法，利用傅里叶红外光谱测试仪对不同老化状态样品进行快速检测，通过红外光谱特征指纹吸收峰面积表征交联聚乙烯海缆绝缘介质的老化状态，但只是对海缆老化状态进行分析，并没有对海缆整体运行状态进行分析；CN106251040A公开了一种对电缆线路进行健康状态评估的方法，通过获取各状态量指标的评分以及陆上电缆线路的模糊评价集，来得到陆上电缆线路的健康状态的模糊评价集，实现对电缆线路的运行健康状态进行准确的评估，但在评估体系中并没有考虑完电缆线路整体的状态量，缺乏在线监测信息以及只选取了部分状态量进行状态评估。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，能够实现对多条海缆的运行状态进行准确的评估，让管理员能够实时掌握海底电缆的整体健康状态，便于对其进行合理使用、检修、配电管理以及故障预测等操作。
为实现上述目的，本发明所提出的一种基于多状态量融合的海底电缆状态评估方法及系统，具体步骤如下：
步骤一：对多条海缆进行单项编号，每条海缆分别副信号线连接至总信号线上将信号传到主机；
步骤二：利用前端监测设备获取每条海缆的在线监测信息；利用海缆的原始资料、运行资料、检修资料以及其他资料得到影响海底电缆运行状态的因素分类形成若干个状态指标；以此得到每条海缆运行的全景信息；
步骤三：根据状态指标确定海缆各部件评估状态量，构建多状态量评估编码表；
步骤四：根据相关标准导则获取各评估状态量的权重值以及状态量的劣化程度，得到单项状态量缺陷扣分值，获取清晰状态量评价标准，制定多状态量缺陷规则表；
步骤五：然后依据各状态量扣分情况，制定海缆评估规则表，对海缆部件和整体进行二次状态评估，并划分不同的状态模糊评价集以及相应评估分值。
在步骤二中，所述状态指标包括在线监测、家族缺陷、运行巡检以及试验。
所述步骤二中，每条海底电缆运行的全景信息将传入主机进行储存和处理。
在步骤三中，各部件评估状态量包括属于海缆本体部件的温度、扰动、应力、AIS船舶识别、投运时间、过载运行、本体变形、登陆段海缆、绝缘电阻、绝缘耐压试验、护套耐受能力、外护层接地电流、负荷过载，属于海缆终端部件的终端标识外观、终端房、终端避雷器、泄露电流表外观、接地系统、终端固定部件外观、防雨罩外观、外绝缘、套管外绝缘、套管密封、瓷质终端瓷套或支撑绝缘子损伤、瓷套赃污、终端外观、终端与金属部件连接部位红外测温、套管本体红外测温，属于海缆附属设施部件的支架外观、支架接地性能、抱箍外观、接地箱外观、交叉互联保护器外观、交叉互联换位情况、交叉互联箱母排对地绝缘、主接线引线接地状态、主接地引线破损、接地箱连通性、回流线连通性、回流线破损、防火措施、标识牌、在线监测设备、附属设备遗失、接地类设备遗失、设备线夹和连接导线红外测温、交叉互联系统直流耐压试验、交叉互联系统过电压保护器及其引线对地绝缘、交叉互联系统闸刀接触电阻测试，属于过电压保护器部件的外观、动作指示器、均压坏、电气性能，属于海缆通道部件的海缆排管包方变形、敷设海缆与其他管线距离、海缆线路保护区活动、海缆线路保护区、各线路通道接地电阻。
所述步骤三中，多状态量评估编码表包含海底电缆部件分类、状态量名称以及判断依据。
在步骤四中，计算单项状态量缺陷扣分值，即
定义单项状态量缺陷扣分值为Si，
Si＝Xi*Wi,i＝1,2,3…
式中，Xi代表单项状态量劣化程度的基本扣分值，Wi代表单项状态量的权重系数。
所述步骤四中，多状态量缺陷规则表包括缺陷部位、缺陷部位ID、缺陷内容、缺陷内容ID。
所述步骤五中，海底电缆评估规则表包含各部件评价规则表和整体评价规则表，结合导则内容基于各部件状态量扣分情况来划分评估分值权重，制定海缆评估规则表。
在步骤五中，所述部件模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100；整体模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100。
所述步骤五中，计算海底电缆不同部件和整体评估分值，即
定义各部件评估分值为Pij，
式中，Wij代表不同状态下部件评估分值权重系数，S代表该部件各个状态量总扣分值，Smax代表该部件所有状态量总扣分值，Mj代表模糊评价集对应评估分值；
定义各部件评估分值为Es，
式中，Ws代表不同状态下海缆整体分值权重系数，Y代表整条海底电缆各个状态量总扣分值，Ymax代表整条海底电缆所有状态量总扣分值，Nj代表模糊评价集对应评估分值。
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明能够有效监测海底脐带缆整体的温度状况；并在传统的状态指标如：家族缺陷、运行巡检以及试验之上加入了在线监测状态指标；基于多状态量融合对海底电缆各部件和整体进行状态评估，在输入缺陷准确的情况下，计算得到海底电缆状态等级和评估分值的准确度极高，可有效避免现有技术中因选用评估状态量单一导致的测量指标存在分散性、评估误差较大的问题；通过建立多状态量缺陷规则表，操作人员只需简单选择规则表内容，即可输入缺陷到评估系统之中，不需要繁杂的手动输入到系统之中；并在标准导则的基础之上，通过不同部件和状态等级制定了海缆评估规则表；本发明能够实现对海缆的健康状态进行准确的评估，便于对其进行合理使用以及检修等操作有效避免了海底电缆在复杂海洋环境中无法准确把握运行状态的缺点。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为海底电缆状态评估方案图；
具体实施方式
下面结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施案列仅用以解释本发明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以依据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
结合实例，本发明具体步骤如下：
步骤一：对多条海缆进行单项编号，每条海缆分别副信号线连接至总信号线上将信号传到主机；
定义多条光电复合海缆单项编号为001，002，003，……。
步骤二：利用前端监测设备获取每条海缆的在线监测信息；利用海缆的原始资料、运行资料、检修资料以及其他资料得到影响海底电缆运行状态的因素分类形成若干个状态指标；以此得到每条海缆运行的全景信息；
海底电缆的原始资料包括铭牌参数、型式试验报告、订货技术协议、设备监造报告、出厂试验报告、运输安装记录、交接试验报告、交接验收资料、安装使用说明书等；运行资料包括设备运行工况记录信息、历年缺陷及异常记录、巡检记录、带电监测、在线监测记录等；检修资料包括检修报告、试验报告、设备技改及主要部件更换情况等信息；其他资料包括同型(同类)设备的异常、缺陷和故障的情况、设备运行环境变化、相关反措执行情况、其他影响电缆线路安全稳定运行的因素等信息；在线监测包括海缆温度、扰动、AIS、应变等信息；
状态指标包括在线监测、家族缺陷、运行巡检以及试验。分别对应到海底电缆各部件之中，考虑海底电缆实际运行环境，海底电缆不包含海缆中间接头，如表1所示：
表1各部件状态指标
| 部件名称 | 状态指标 |
| 海缆本体 | 在线监测、家族缺陷、运行巡检、试验 |
| 海缆终端 | 家族缺陷、运行巡检、试验 |
| 附属设施 | 运行巡检、试验 |
| 过电压保护器 | 运行巡检、试验 |
| 海缆通道 | 运行巡检、试验 |
所得的每条海缆运行全景信息将传入主机进行储存和处理。处理得到步骤四中多状态量缺陷输入信息，用于导入系统状态评估模块进行分析。
步骤三：根据状态指标确定海缆各部件评估状态量，构建多状态量评估编码表；
各部件评估状态量包括属于海缆本体部件的温度、扰动、应力、AIS船舶识别、投运时间、过载运行、本体变形、登陆段海缆、绝缘电阻、绝缘耐压试验、护套耐受能力、外护层接地电流、负荷过载，属于海缆终端部件的终端标识外观、终端房、终端避雷器、泄露电流表外观、接地系统、终端固定部件外观、防雨罩外观、外绝缘、套管外绝缘、套管密封、瓷质终端瓷套或支撑绝缘子损伤、瓷套赃污、终端外观、终端与金属部件连接部位红外测温、套管本体红外测温，属于海缆附属设施部件的支架外观、支架接地性能、抱箍外观、接地箱外观、交叉互联保护器外观、交叉互联换位情况、交叉互联箱母排对地绝缘、主接线引线接地状态、主接地引线破损、接地箱连通性、回流线连通性、回流线破损、防火措施、标识牌、在线监测设备、附属设备遗失、接地类设备遗失、设备线夹和连接导线红外测温、交叉互联系统直流耐压试验、交叉互联系统过电压保护器及其引线对地绝缘、交叉互联系统闸刀接触电阻测试，属于过电压保护器部件的外观、动作指示器、均压坏、电气性能，属于海缆通道部件的海缆排管包方变形、敷设海缆与其他管线距离、海缆线路保护区活动、海缆线路保护区、各线路通道接地电阻。
多状态量评估编码表应包含海底电缆部件分类、状态量名称以及判断依据。其中判断依据是根据状态量不同的劣化程度而进行细分。
步骤四：根据对应标准导则获取各评估状态量的权重值以及状态量的劣化程度，得到单项状态量缺陷扣分值，获取清晰状态量评价标准，制定多状态量缺陷规则表；
参考导则《电缆线路状态评价导则》(Q/GDW 456-2010)获取各评估状态量的权重值以及状态量的劣化程度，状态量按照重要程度分为一般状态量和重要状态量，一般状态量：对海底脐带缆的性能和安全运行影响相对较小的状态量。重要状态量：对海底脐带缆的性能和安全运行有较大影响的状态量。根据状态量对海底脐带缆线路安全运行的影响程度，从轻到重分为四个等级，对应的权重分为权重1、权重2、权重3、权重4，其系数分别为1、2、3、4。权重1、2与一般状态量对应，权重3、4与重要状态量对应。状态量劣化程度，根据状态量从轻到重分为四个等级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级，其对应的基本扣分值为2、4、8、10分，如表2所示。
表2状态量评价表
计算单项状态量缺陷扣分值，即
定义单项状态量缺陷扣分值为Si，
Si＝Xi*Wi,i＝1,2,3…
式中，Xi代表单项状态量劣化程度的基本扣分值，Wi代表单项状态量的权重系数。
多状态量缺陷规则表采用数据字典的形式，内容包括缺陷部位、缺陷部位ID、缺陷内容、缺陷内容ID，如表3所示。
表3多状态量缺陷规则表
步骤五：然后依据各状态量扣分情况，制定海缆评估规则表，对海缆部件和整体进行二次状态评估，具体状态评估方式见图2所示，划分不同的状态模糊评价集以及相应评估分值。
海底电缆评估规则表包含各部件评价规则表和整体评价规则表，结合导则内容基于各部件状态量扣分情况来划分评估分值权重，制定海缆评估规则表，使得最后评估结果分值对应不同状态等级都十分平滑。
部件模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100；整体模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100，制定模糊评价集，为了让管理人员更加了解海缆当前状态等级中的劣化程度。
海底电缆状态评估以部件和整体进行评价。整体评价：当海缆线路所有部件评价为正常状态，则该条线路状态评价为正常状态。当该脐带缆任一部件状态评价为注意状态、异常状态或严重状态时，海缆线路状态评价为其中最严重的状态。部件评价设备评价状态按扣分的大小分为“正常状态”、“注意状态”、“异常状态”和“严重状态”，扣分值与状态的关系见表4。当任一状态量的单项扣分和合计扣分同时达到表4规定时，视为正常状态；当任一状态量的单项扣分和合计扣分达到表4规定时，视为注意状态；当任一状态量的单项扣分达到表4规定时，视为异常状态或严重状态；
表4 10-35kv电压等级海缆评价规则表
计算海底电缆不同部件和整体评估分值，即
定义各部件评估分值为Pij，
式中，Wij代表不同状态下部件评估分值权重系数，S代表该部件各个状态量总扣分值，Smax代表该部件所有状态量总扣分值，Mj代表模糊评价集对应评估分值；
表5模糊评价集对应评估分值表
| 状态等级 | 正常 | 注意 | 异常 | 严重 |
| 部件评估分值M<sub>j</sub> | 100 | 90 | 70 | 50 |
| 整体评估分值N<sub>j</sub> | 100 | 90 | 70 | 50 |
表6各部件权重系数配比
定义海缆整体评估分值为Es，
式中，Ws代表不同状态下海缆整体分值权重系数，Y代表整条海底电缆各个状态量总扣分值，Ymax代表整条海底电缆所有状态量总扣分值，Nj代表模糊评价集对应评估分值。
表7海缆整体权重系数配比
| 状态等级 | 正常 | 注意 | 异常 | 严重 |
| 海缆权重系数W<sub>s</sub> | 0.5 | 0.44 | 0.375 | 0.167 |
表8最终的综合状态评估结果
由于部分部件状态量无法满足评价规则表内容，最终评估结果只有部分状态等级，说明该部件不能达到该状态。综上本发明实例提供了一种基于多状态量融合的海底电缆状态评估方法及系统，得到海底电缆线路运行状态的清晰结论，能够使得工作人员及时了解对应海底电缆的健康状况，从而便于对其进行合理使用、检修以及配电管理等操作。
Claims (10)
1.一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一：对多条海缆进行单项编号，每条海缆分别副信号线连接至总信号线上将信号传到主机；
步骤二：利用前端监测设备获取每条海缆的在线监测信息；利用海缆的原始资料、运行资料、检修资料以及其他资料得到影响海底电缆运行状态的因素分类形成若干个状态指标；以此得到每条海缆运行的全景信息；
步骤三：根据状态指标确定海缆各部件评估状态量，构建多状态量评估编码表；
步骤四：根据对应标准导则获取各评估状态量的权重值以及状态量的劣化程度，得到单项状态量缺陷扣分值，获取清晰状态量评价标准，制定多状态量缺陷规则表；
步骤五：然后依据各状态量扣分情况，制定海缆评估规则表，对海缆部件和整体进行二次状态评估，并划分不同的状态模糊评价集以及相应评估分值。
2.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，在步骤二中，所述状态指标包括在线监测、家族缺陷、运行巡检以及试验。
3.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，所述步骤二中，每条海底电缆运行的全景信息将传入主机进行储存和处理。
4.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，在步骤三中，各部件评估状态量包括属于海缆本体部件的温度、扰动、应力、AIS船舶识别、投运时间、过载运行、本体变形、登陆段海缆、绝缘电阻、绝缘耐压试验、护套耐受能力、外护层接地电流、负荷过载，属于海缆终端部件的终端标识外观、终端房、终端避雷器、泄露电流表外观、接地系统、终端固定部件外观、防雨罩外观、外绝缘、套管外绝缘、套管密封、瓷质终端瓷套或支撑绝缘子损伤、瓷套赃污、终端外观、终端与金属部件连接部位红外测温、套管本体红外测温，属于海缆附属设施部件的支架外观、支架接地性能、抱箍外观、接地箱外观、交叉互联保护器外观、交叉互联换位情况、交叉互联箱母排对地绝缘、主接线引线接地状态、主接地引线破损、接地箱连通性、回流线连通性、回流线破损、防火措施、标识牌、在线监测设备、附属设备遗失、接地类设备遗失、设备线夹和连接导线红外测温、交叉互联系统直流耐压试验、交叉互联系统过电压保护器及其引线对地绝缘、交叉互联系统闸刀接触电阻测试，属于过电压保护器部件的外观、动作指示器、均压坏、电气性能，属于海缆通道部件的海缆排管包方变形、敷设海缆与其他管线距离、海缆线路保护区活动、海缆线路保护区、各线路通道接地电阻。
5.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，所述步骤三中，多状态量评估编码表包含海底电缆部件分类、状态量名称以及判断依据。
6.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，在步骤四中，计算单项状态量缺陷扣分值，即
定义单项状态量缺陷扣分值为Si，
Si＝Xi*Wi，i＝1，2，3...
式中，Xi代表单项状态量劣化程度的基本扣分值，Wi代表单项状态量的权重系数。
7.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，所述步骤四中，多状态量缺陷规则表包括缺陷部位、缺陷部位ID、缺陷内容、缺陷内容ID。
8.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，所述步骤五中，海底电缆评估规则表包含各部件评价规则表和整体评价规则表，结合导则内容基于各部件状态量扣分情况来划分评估分值权重，制定海缆评估规则表。
9.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，在步骤五中，所述部件模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100；整体模糊评价集以及相应评估分值：正常、注意、异常、严重，其中严重：0～50；异常：50～70；注意：70～90；正常：90～100。
10.如权利要求1所述一种基于多状态量融合的光电复合海底电缆状态评估方法及系统，其特征在于，所述步骤五中，计算海底电缆不同部件和整体评估分值，即
定义各部件评估分值为Pij，
式中，Wij代表不同状态下部件评估分值权重系数，S代表该部件各个状态量总扣
分值，Smax代表该部件所有状态量总扣分值，Mj代表模糊评价集对应评估分值；
定义各部件评估分值为Es，
式中，Ws代表不同状态下海缆整体分值权重系数，Y代表整条海底电缆各个状态量总扣分值，Ymax代表整条海底电缆所有状态量总扣分值，Nj代表模糊评价集对应评估分值。
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