CN112508360A - 一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，包括：获取电缆接头局部放电评估特征量，并进行标准化处理；采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值；结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数；选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵；利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级。本发明提供的方法采用改进的综合赋权法对局部放电的各评估特征量进行综合赋权，能够及时准确地评估出电缆接头绝缘健康状态。

Description

一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法

技术领域

本发明涉及电缆接头绝缘运行状态监测技术领域，特别是涉及一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法。

背景技术

电力系统在国民经济中发挥着显著作用，随着智能电网建设全面深入地开展，这对高压电气设备安全运行水平和智能化的要求也越来越高。高压开关柜中的电缆接头是电缆线路终端，起着连接电缆线路和开关柜等设备的作用；因其结构及制作工艺复杂，电缆接头也是局部放电频发的位置。

随着计算机技术、传感技术的快速发展，电力设备的在线监测技术得到广泛应用，监测的目的是评估电缆当前的状态能否满足运行要求；局部放电是表征绝缘运行状况的重要因素，通过在线监测的局部放电特征量可以实时了解电力电缆的绝缘运行状况。现有技术往往通过打分机制来评判设备健康状况，这种考核者凭自己以往的经验直接给定分值，决策结果具有较强的主观随意性，容易造成误判。而基于数据的模糊性特点的模糊综合评价方法在权重幅值方面需要综合考虑主客观因素进行综合赋权，避免主观赋权法的客观性较差的缺点，弥补客观赋权法完全根据数据之间的关系而导致确定的权重与人们主观愿望不一致的弊端。因此，基于在线监测的局部放电特征量，通过改进从综合模糊评价法来分析电缆接头的运行状况，对于及时准确地评估出电缆接头绝缘健康状态以及保障电力系统安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，采用改进的综合赋权法对局部放电的各评估特征量进行综合赋权，改进了单纯主观赋权或客观赋权存在的不足，同时也弥补现有人为主观打分制评估电缆状态的弊端，及时准确地评估出电缆接头绝缘健康状态以及保障电力系统安全。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，包括以下步骤：

S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理；

S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权；

S3，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数；

S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵；

S5，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级。

进一步的，所述步骤S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理，具体包括：

S101，获取电缆接头局部放电评估特征量，包括：局放超声波、暂态地电压、温度、湿度；

S102，引入劣化度对各评估特征量进行标准化处理，针对越小越优型的评估特征量，劣化度采用式(1)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值；

针对越大越优型的评估特征量，劣化度按式(2)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值。

进一步的，所述步骤S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权，具体包括：

S201，对各评估特征量进行归一化处理，对负向评估特征量按式(3)处理：

对正向评估特征量按式(4)处理：

式中，x_ij为第i个电缆接头的第j项评估特征量的数值，i＝1,2…,n；j＝1, 2,…,m；

S202，计算第j项评估特征量下第i个电缆接头占该评估特征量的比重：

S203，计算第j项评估特征量的熵值：

式中：k＝1/ln(n)＞0，满足e_j≥0；

S204，计算信息熵冗余度：

d_j＝1-e_j (7)

S205，计算各项评估特征量的客观权重w_j：

S206，同一电缆接头处各项评估特征量变化趋势具有相关性，通过两两比较各项评估特征量相关性，将计算各电缆接头的各项评估特征量的相关性作为监测参量的可靠度，用于权重确定：

式中，评估特征量p为X_jp＝(x₁,x₂,...,x_n)；评估特征量q为X_jq＝(x₁,x₂,...,x_n)，n为各评估特征量的维度；Cov(X_jp,X_jq)为X_jp与X_jq协方差；评估特征量集为 X_j＝(X_j1,X_j2,...,X_jm)，p,q∈m；

S207，将各项评估特征量之间相关性累加和进行比较并排序，然后赋予相应权值：

S208，根据各评估特征量的相关度大小，按照主观意向进行赋值，得到主观权重w_j′：

式中，w’₁，w’₂，…，w’_m即为各评估特征量根据协方差确定的主观权重；

S209，依据w_j与w_j′综合赋权：

进一步的，所述步骤S3中，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数，具体包括：

S301，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，包括：正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级；

S302，分别确定正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级的三角形-岭形隶属度函数，包括：

正常等级的三角形-岭形隶属度函数：

注意等级的三角形-岭形隶属度函数：

轻微等级的三角形-岭形隶属度函数：

异常等级的三角形-岭形隶属度函数：

紧急等级的三角形-岭形隶属度函数：

式中，x₁至x₅分别对应正常、注意、轻微、异常、紧急的模糊分界区间划分值。

进一步的，所述步骤S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵，具体包括：模糊关系矩阵如下：

其中，第一个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17) 中计算结果对应r₁₁ r₁₂ r₁₃ r₁₄ r₁₅；第二个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r₂₁ r₂₂ r₂₃ r₂₄ r₂₅；第n个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r_n1 r_n2 r_n3 r_n4 r_n5。

进一步的，所述步骤S5中，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级，具体包括：

式中，i为选择的在线监测的电缆接头数量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明提供的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，公开了以下技术效果：

第一，局部放电是引起电缆绝缘缺陷的主要原因，也是绝缘劣化的重要表征，是评估绝缘状况的重要手段，通过在线监测的局部放电特征量进行状态评估，以实现电缆接头绝缘运行状态的在线评估，提高状态评估的实时性；

第二，采用改进的综合赋权法对局部放电的各评估特征量进行综合赋权，改进了单纯主观赋权或客观赋权存在的不足，同时也弥补现有人为主观打分制评估电缆状态的弊端，客观公正又不至于出现属性权重与属性实际重要程度相悖的情况；

第三，根据状态评估的技术起于最简单的阈值判别，而数据客观存在的模糊性、分散性，提出基于改进的综合赋权法的模糊综合评价方法，以在线监测得到的多种局部放电特征量数据，通过组合赋权法确定个特征量指标的权重，制定电缆接头绝缘运行状态等级策略及三角形-岭形隶属度函数；利用得到的模糊关系矩阵确定绝缘运行状态，根据在线评估结果，可参照近期预防性试验结果做出应对措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法的流程图；

图2为本发明实施例三角形-岭形隶属度函数图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，采用改进的综合赋权法对局部放电的各评估特征量进行综合赋权，改进了单纯主观赋权或客观赋权存在的不足，同时也弥补现有人为主观打分制评估电缆状态的弊端，及时准确地评估出电缆接头绝缘健康状态以及保障电力系统安全。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，包括以下步骤：

S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理；

S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权；

S3，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数；

S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵；

S5，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级。

其中，所述步骤S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理，具体包括：

S101，获取电缆接头局部放电评估特征量，包括：局放超声波、暂态地电压、温度、湿度；开关柜电缆接头处发生局部放电，就会产生以球面波形式向周围传播超声波、高频电磁波，同时温度还会上升，可以通过安置在电缆仓隔板上的超声波传感器、暂态地电压传感器及红外测温传感器、温湿度传感器进行监测电缆接头的运行状态，故本发明选取超声波、暂态地电压、红外测温、电缆厂内温湿度作为特征参量，监测平台每6min更新一次监测数据；

S102，在电缆接头绝缘运行状态评估体系中，为了在线监测局放特征量间的量纲差异，本发明引入劣化度对各特征量进行标准化处理。特征量的劣化度指当前设备的实际运行状态与故障状态时相比的劣化程度，其取值范围为 [0,1]；引入劣化度对各评估特征量进行标准化处理，针对越小越优型的评估特征量，劣化度采用式(1)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值；

针对越大越优型的评估特征量，劣化度按式(2)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值。

选取同一变电站不同开关柜中电缆接头处监测局部放电特征量进行分析；设选取n个开关柜电缆仓中电缆接头，m个监测特征量指标，则x_ij为第i个电缆接头的第j个指标的数值(i＝1,2…,n；j＝1,2,…,m)。选用综合赋权法计算各评估特征量的权重值。熵值法是根据各指标所含信息有序度的差异性，也就是信息的效用价值来确定该指标的权重，是一种客观赋权的方法。采用熵值法确定指标权重，为了使结果公正客观，综合考量选取权重；同时，同一电缆接头处的局部放电各序列在趋势变化上具有相关性，可将各评估特征量相关度累加和作为此参量趋势变化的可靠度，通过比较，按照主观意向进行赋值得，然后依据与综合赋权。

所述步骤S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权，具体包括：

S201，指标的归一化处理，即异质指标同质化，由于各项指标的计量单位并不统一，因此在用它们计算综合指标前，先要对它们进行标准化处理，即把指标的绝对值转化为相对值；

令x_ij＝|x_ij|，由于正向指标和负向指标数值代表的含义不同(正向指标数值越高越好，负向指标数值越低越好)，因此，对负向评估特征量按式(3)处理：

对正向评估特征量按式(4)处理：

式中，x_ij为第i个电缆接头的第j项评估特征量的数值，i＝1,2…,n；j＝1, 2,…,m；

S202，计算第j项评估特征量下第i个电缆接头占该评估特征量的比重：

S203，计算第j项评估特征量的熵值：

式中：k＝1/ln(n)＞0，满足e_j≥0；

S204，计算信息熵冗余度：

d_j＝1-e_j (7)

S205，计算各项评估特征量的客观权重w_j：

S206，同一电缆接头处各项评估特征量变化趋势具有相关性，通过两两比较各项评估特征量相关性，将计算各电缆接头的各项评估特征量的相关性作为监测参量的可靠度，用于权重确定：

式中，评估特征量p为X_jp＝(x₁,x₂,...,x_n)；评估特征量q为X_jq＝(x₁,x₂,...,x_n)，n为各评估特征量的维度；Cov(X_jp,X_jq)为X_jp与X_jq协方差；评估特征量集为 X_j＝(X_j1,X_j2,...,X_jm)，p,q∈m；

S207，将各项评估特征量之间相关性累加和进行比较并排序，然后赋予相应权值：

S208，根据各评估特征量的相关度大小，按照主观意向进行赋值，得到主观权重w_j′：

式中，w’₁，w’₂，…，w’_m即为各评估特征量根据协方差确定的主观权重；

S209，依据w_j与w_j′综合赋权：

所述步骤S3中，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数，具体包括：

S301，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，包括：正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级，如表1所示；

表1电力电缆终端绝缘运行状态等级

S302，本发明组合图形的隶属函数计算各指标的隶属度，即将三角形和岭形结合，其分布如图2所示，分别确定正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级的三角形-岭形隶属度函数，包括：

正常等级的三角形-岭形隶属度函数：

注意等级的三角形-岭形隶属度函数：

轻微等级的三角形-岭形隶属度函数：

异常等级的三角形-岭形隶属度函数：

紧急等级的三角形-岭形隶属度函数：

式中，x₁至x₅分别对应正常、注意、轻微、异常、紧急的模糊分界区间划分值。

所述步骤S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵，具体包括：模糊关系矩阵如下：

其中，第一个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17) 中计算结果对应r₁₁ r₁₂ r₁₃ r₁₄ r₁₅；第二个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r₂₁ r₂₂ r₂₃ r₂₄ r₂₅；第n个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r_n1 r_n2 r_n3 r_n4 r_n5。

所述步骤S5中，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级，具体包括：

式中，i为选择的在线监测的电缆接头数量。

上面叙述了基于在线监测量直接评价电缆接头运行状态全过程。当发现异常之后，可结合近期预防性试验检测结果做出进一步判断。

本发明中权重的确定还可以用“两两比较法”，当需要确定权系数的指标非常多时，专家们往往难以对所有各项的重要程度有把握和准确的判断。但对两两各项之间的重要程度作出判断是比较容易的。故而先让专家和决策者对指标作成对比较，然后再确定权值。目前，人们广泛采用1～9尺度作为确定判断定量值的依据，在这个依据上，设定对与两个因素进行重要度比较。

电缆接头的绝缘运行状态的特征量也可根据条件自己选择，如特高频参量、涡流探伤等，注意选择特征参量是越大越优型还是越小越优型，运用不同公式求取劣化度及权重。

本发明提供的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法以在线监测得到的多种局部放电特征量数据，通过组合赋权法确定个特征量指标的权重，制定电缆接头绝缘运行状态等级策略及三角形-岭形隶属度函数；利用得到的模糊关系矩阵确定绝缘运行状态，根据在线评估结果，可参照近期预防性试验结果做出应对措施。因此，运用在线监测的局部放电特征量，通过改进从综合模糊评价法来分析电缆接头的运行状况，及时准确的评估出其绝缘健康状态，保障电力系统安全。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理；

S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权；

S3，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数；

S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵；

S5，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级。

2.根据权利要求1所述的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，所述步骤S1，获取电缆接头局部放电评估特征量，并对各评估特征量进行标准化处理，具体包括：

S101，获取电缆接头局部放电评估特征量，包括：局放超声波、暂态地电压、温度、湿度；

S102，引入劣化度对各评估特征量进行标准化处理，针对越小越优型的评估特征量，劣化度采用式(1)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值；

针对越大越优型的评估特征量，劣化度按式(2)计算：

式中，x_min、x_max为评估特征量的最小和最大阈值。

3.根据权利要求1所述的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，所述步骤S2，采用综合赋权法计算各评估特征量的权重值：基于熵值法计算各评估特征量的客观权重，根据各特征参量指标的相关度大小，按照主观意向进行赋权，得到主观权重，根据客观权重和主观权重进行综合赋权，具体包括：

S201，对各评估特征量进行归一化处理，对负向评估特征量按式(3)处理：

对正向评估特征量按式(4)处理：

式中，x_ij为第i个电缆接头的第j项评估特征量的数值，i＝1,2…,n；j＝1,2,…,m；

S202，计算第j项评估特征量下第i个电缆接头占该评估特征量的比重：

S203，计算第j项评估特征量的熵值：

式中：k＝1/ln(n)＞0，满足e_j≥0；

S204，计算信息熵冗余度：

d_j＝1-e_j (7)

S205，计算各项评估特征量的客观权重w_j：

S206，同一电缆接头处各项评估特征量变化趋势具有相关性，通过两两比较各项评估特征量相关性，将计算各电缆接头的各项评估特征量的相关性作为监测参量的可靠度，用于权重确定：

式中，评估特征量p为X_jp＝(x₁,x₂,...,x_n)；评估特征量q为X_jq＝(x₁,x₂,...,x_n)，n为各评估特征量的维度；Cov(X_jp,X_jq)为X_jp与X_jq协方差；评估特征量集为X_j＝(X_j1,X_j2,...,X_jm)，p,q∈m；

S207，将各项评估特征量之间相关性累加和进行比较并排序，然后赋予相应权值：

S208，根据各评估特征量的相关度大小，按照主观意向进行赋值，得到主观权重w_j′：

式中，w′₁，w′₂，…，w′_m即为各评估特征量根据协方差确定的主观权重；

S209，依据w_j与w_j′综合赋权：

4.根据权利要求3所述的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，根据划分的评估等级确定各等级的隶属度函数，具体包括：

S301，结合电缆接头的多种运行状态划分评估等级，包括：正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级；

S302，分别确定正常、注意、轻微、异常、紧急五个等级的三角形-岭形隶属度函数，包括：

正常等级的三角形-岭形隶属度函数：

注意等级的三角形-岭形隶属度函数：

轻微等级的三角形-岭形隶属度函数：

异常等级的三角形-岭形隶属度函数：

紧急等级的三角形-岭形隶属度函数：

式中，x₁至x₅分别对应正常、注意、轻微、异常、紧急的模糊分界区间划分值。

5.根据权利要求4所述的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，所述步骤S4，选择的同一变电站不同开关柜电缆接头各评估特征量标准化处理的值分别代入各等级的隶属度函数中，从而求得各电缆接头的模糊关系矩阵；具体包括：模糊关系矩阵如下：

其中，第一个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r₁₁ r₁₂ r₁₃ r₁₄ r₁₅；第二个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r₂₁ r₂₂ r₂₃ r₂₄ r₂₅；第n个评估特征量在划分的5个等级的隶属度函数，即(13)-(17)中计算结果对应r_n1 r_n2 r_n3 r_n4 r_n5。

6.根据权利要求5所述的改进模糊综合评价的电缆运行状态评估方法，其特征在于，所述步骤S5中，利用得到的模糊关系矩阵，对各评估特征量的权重值进行加权平均运算，依据最大隶属度原则，确定电缆接头的运行状态对应的评估等级，具体包括：

式中，i为选择的在线监测的电缆接头数量；

为各评估特征量的综合赋权。

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