CN114047405B - 一种电缆终端缺陷危害程度评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法及装置。首先建立含缺陷的电缆终端电‑热耦合模型，分别改变缺陷长度、深度及位置，计算场强最大值，以此建立初始多元非线性回归模型，利用最小二乘法拟合求出各项回归系数。通过检验模型的显著性删去不显著的项得到优化多元非线性回归方程。最后根据优化多元非线性回归方程计算所得不同缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置下场强最大值，对比击穿场强，对缺陷程度进行评估。本申请提供的方法使得计算结果与实际工况更加贴近，提高了计算的准确度，同时无需再多次通过复杂的仿真计算得到场强最大值，能够更高效、准确、方便地评估缺陷程度，为电缆终端缺陷程度评估提供一种全新思路。
Description
技术领域
本申请涉及电缆终端缺陷评估技术领域，尤其涉及一种电缆终端缺陷危害程度评估方法及装置。
背景技术
随着城市的不断发展，高压电缆日益增多，故障率也逐渐增加，而电缆终端缺陷引发的故障占电力电缆线路运行故障的39％以上。电缆终端安装过程中，推动应力锥时可能会在主绝缘表面留下划痕，导致主绝缘表面损伤而留下气隙从而引起局部放电。剥切半导体层时，由于操作失误易在主绝缘上留下半导体尖端。终端制作过程中若密封不良，长期运行过程中可能出现受潮现象。终端出现缺陷时长期运行在高电压强电流环境中会导致绝缘老化，从而会引起爆炸事故和火灾。因此，计算典型缺陷下场强分布情况，评估缺陷损伤程度对绝缘的影响，对保证终端正常可靠运行有重要意义。
目前评估缺陷损伤程度的方法主要集中在两个方面，一方面集中于电缆的缺陷类型对场强分布的影响，如：文献《110k电缆中间接头典型缺陷电场三维仿真分析》利用有限元仿真计算法对110kV电缆中间接头出现表面破损、主绝缘划痕和半导电层气隙时的电场进行计算。文献《硅脂对交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面电场的影响》通过ANSYS仿真软件分析了硅脂对含杂质的复合界面电场的影响。文献《XLPE表面缺陷对电场及击穿电压的影响》利用ANSYS仿真软件分析了金属导电颗粒对电缆中间接头XLPF绝缘表面电场的影响。另一方面集中于场强分布影响因素的分析，如：文献《导电杂质影响下35kV电缆终端绝缘特性研究》利用有限元仿真软件分析导电杂质位于电缆终端不同位置时电场分布情况。文献《水分对XLPE电缆中间接头电场和击穿电压的影响》分析了电缆中间接头受潮时不同大小的水膜对场强分布的影响。文献《高压电缆接头界面气隙缺陷模拟及状态特征量分析》分析了电缆本体及预制件上的界面气隙不同尺寸下电场分布情况。
众多文献从不同角度对电缆附件的场强进行了计算，为评估终端缺陷危害程度提供一定理论依据，但这些计算方法与实际工况相比有一定出入。一方面上述方法对场强的计算大多使用静电场，而在实际工程中，温度同样会影响附件电缆附件的场强，即电场及温度对附件的影响是相互耦合的，温度的升高会引起材料介质损耗正切角、介电常数等参数的改变，而介电常数又直接影响了电场的分布，因此使用静电场计算场强与实际运行工况相比存在一定误差。另一方面上述方法对于场强分布的影响因素如缺陷的长度及位置通常是独立考虑的，但在实际运行中缺陷的长度、深度及位置对场强及温度的影响是交互的，且改变缺陷参数时需要同步修改仿真模型，计算过程复杂，所用时间较长，因此单独考虑场强的影响因素所得到的计算结果在实际工程应用中有一定局限性。，
综上所述，对含缺陷的电缆终端场强分布计算中存在的计算模型较为简单、对场强影响因素考虑不够全面及计算过程复杂而导致计算结果在实际应用中有一定局限性的问题有待解决，以实现有效、快速地对终端缺陷危害程度的评估。
发明内容
本申请公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法，用于解决现有技术中含缺陷的电缆终端场强分布计算中存在的计算模型较为简单、对场强影响因素考虑不够全面及计算过程复杂而导致计算结果在实际应用中有一定局限性的技术问题。
本申请第一方面公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法，包括：
参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型；
获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况；
根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值；
建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型；
利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程；
根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型；
利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程；
根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
可选的，所述电缆终端电-热耦合模型包括电缆本体模型、电缆终端模型和缺陷模型；
所述电缆本体模型包括：导体、半导电层、导体屏蔽、主绝缘、绝缘屏蔽、半导电阻水缓冲带、铝护套和外护套；
所述电缆终端模型在所述电缆本体模型的基础上还包括：应力锥盖、应力锥、法兰、铜网、热缩管、尾管和封铅；
所述缺陷模型包括长方形气隙，用于模拟主绝缘划伤缺陷。
可选的，所述边界条件包括：电缆线芯电压为相电压127kV，铝护套为地电位，电流为700A，温度场使用固体传热，传热系数为10，环境温度为20℃，选择电磁热多物理场接口。
可选的，所述根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定初始多元非线性回归方程。
可选的，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述优化多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，若各项回归系数不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，所述根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
另选取多组缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，分别用所述电缆终端电-热耦合模型和所述优化多元非线性回归方程确定缺陷处场强最大值；
计算所述电缆终端电-热耦合模型确定的缺陷处场强最大值，和所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值之间的误差率；
判断所述误差率是否小于5％，若是，则所述优化多元非线性回归方程不存在欠拟合或过拟合，准确性良好；若否，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，所述根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估，包括；
所述击穿场强包括第一临界值和第二临界值，且所述第二临界值大于所述第一临界值；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值小于所述第一临界值，则电缆终端缺陷为轻微缺陷状态；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第一临界值，且小于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处存在击穿的可能，电缆终端缺陷为较为严重状态；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处击穿，电缆终端缺陷为严重状态。
可选的，所述第一临界值为4.5kV/mm，所述第二临界值为5.0kV/mm。
本申请第二方面公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估装置，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置应用于本申请第一方面公开的电缆终端缺陷危害程度评估方法，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置包括：
仿真模型构建模块，用于参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型；
最大场强分布获取模块，用于获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况；
仿真场强最大值确定模块，用于根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值；
初始回归模型确定模块，用于建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型；
初始回归方程确定模块，用于利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程；
优化回归模型确定模块，用于根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型；
优化回归方程确定模块，用于利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程；
评估模块，用于根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
可选的，所述优化回归模型确定模块还包括：
第一显著效果判断单元，用于若整体回归效果不显著，则重新确定初始多元非线性回归方程。
可选的，所述优化回归方程确定模块还包括：
第二显著效果判断单元，用于在所述确定优化多元非线性回归方程之后，根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述优化多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，若各项回归系数不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，所述第二显著效果判断单元还用于：
若整体回归效果不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，所述优化回归方程确定模块还包括：
准确性判断单元，用于在所述确定优化多元非线性回归方程之后，另选取多组缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，分别用所述电缆终端电-热耦合模型和所述优化多元非线性回归方程确定缺陷处场强最大值；计算所述电缆终端电-热耦合模型确定的缺陷处场强最大值，和所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值之间的误差率；判断所述误差率是否小于5％，若是，则所述优化多元非线性回归方程不存在欠拟合或过拟合，准确性良好；若否，则重新确定优化多元非线性回归方程。
可选的，所述评估模块包括：
所述击穿场强包括第一临界值和第二临界值，且所述第二临界值大于所述第一临界值；
第一缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值小于所述第一临界值，则电缆终端缺陷为轻微缺陷状态；
第二缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第一临界值，且小于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处存在击穿的可能，电缆终端缺陷为较为严重状态；
第三缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处击穿，电缆终端缺陷为严重状态。
本申请公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法及装置。在该方法中，首先建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型。然后设置边界条件，计算缺陷处最大场强分布情况，进一步分别改变缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，计算缺陷处场强最大值。根据计算结果建立初始多元非线性回归模型，并利用最小二乘法拟合，求出各项回归系数。根据R2值和F值检验初始多元非线性回归模型的整体显著性，并根据t值和P值各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型。利用最小二乘法再次拟合得到优化多元非线性回归方程。最后根据优化多元非线性回归方程计算所得不同缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置下场强最大值，对比电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷程度进行评估。
本申请采用电-热耦合场进行仿真计算，考虑了温度的改变对材料介质损耗正切角、介电常数等参数的影响，与使用静电场计算相比，本申请所使用方法更贴近实际运行工况，进一步提高了计算的准确性。本申请考虑了缺陷的长度、深度及位置对场强的影响及三者的交互性，对含缺陷的终端场强分布的影响因素研究更加全面，提高了计算结果的可靠性，使计算结果适用范围更广。本申请建立了以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，场强最大值为因变量的多元非线性回归模型，缺陷参数改变时无需再多次进行复杂的仿真计算，根据回归模型计算得到的场强最大值与电缆终端复合界面的击穿场强对比即可直接准确地评估缺陷危害程度，能够更高效、准确、方便地评估缺陷程度，为电缆终端缺陷程度评估提供一种全新思路。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种电缆终端缺陷危害程度评估方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例公开的电缆本体模型示意图；
图3为本申请实施例公开的电缆终端模型示意图；
图4为本申请实施例公开的缺陷模型中，长方形气隙长度示意图；
图5为本申请实施例公开的缺陷模型中，长方形气隙深度示意图；
图6为本申请实施例公开的缺陷模型中，长方形气隙位置示意图；
图7为本申请实施例公开的电缆终端示意图；
图8为本申请实施例公开的一种电缆终端缺陷危害程度评估装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中含缺陷的电缆终端场强分布计算中存在的计算模型较为简单、对场强影响因素考虑不够全面及计算过程复杂而导致计算结果在实际应用中有一定局限性的技术问题，本申请通过以下两个实施例公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法及装置。
本申请第一实施例公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估方法，参见图1所示的工作流程示意图，所述电缆终端缺陷危害程度评估方法包括：
步骤S101，参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型。
具体来说，为对含缺陷的电缆终端场强进行仿真计算，首先参照电缆终端实物，按1:1比例在COMSOL Multiphysics软件中建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型。电缆终端电-热耦合模型中包括电缆本体、电缆终端及设置的缺陷。
在本申请的部分实施例中，所述电缆终端电-热耦合模型包括电缆本体模型、电缆终端模型和缺陷模型。
参见图2，所述电缆本体模型包括：导体21、半导电层22、导体屏蔽23、主绝缘24、绝缘屏蔽25、半导电阻水缓冲带26、铝护套27和外护套28。
参见图3，所述电缆终端模型在所述电缆本体模型的基础上还包括：应力锥盖31、应力锥32、法兰33、铜网34、热缩管35、尾管36和封铅37。电缆终端具有对称性，沿电缆圆心轴线建立径向二维轴对称模型时铜网34处绝缘自粘带与热缩管35材料参数相差较小，对电场及温度影响较小，建模时将自粘带并入热缩管35即可。
参见图4、图5和图6，所述缺陷模型包括长方形气隙，用于模拟主绝缘划伤缺陷。具体来说，在主绝缘24表面距热缩管35右端起始位置的缺陷位置处，添加长为a、深度为b的长方形气隙模拟主绝缘划伤缺陷。
然后设置材料参数，并对电缆终端电-热耦合模型进行网格划分。其中，对模型进行网格划分时，在场强变化较大或弯曲半径较大的地方，如模型各层交界处、应力锥32和缺陷附近需进行局部网格细化，以提高计算精度。
本实施例采用电-热耦合场进行仿真计算，考虑了温度的改变对材料介质损耗正切角、介电常数等参数的影响，与使用静电场计算相比，本发明所使用方法更贴近实际运行工况，进一步提高了计算的准确性。
步骤S102，获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况。
在本申请的部分实施例中，所述边界条件包括：电缆线芯电压为相电压127kV，铝护套为地电位，电流为700A，温度场使用固体传热，传热系数为10，环境温度为20℃，选择电磁热多物理场接口。具体设置方式可参考文献《110kV高压电力电缆中间接头电场-温度场的仿真分析》。
考虑温度的升高会引起材料介质损耗正切角、介电常数等参数的改变，计算时使用电-热耦合场，电缆终端内部热源主要为导体损耗、金属损耗及绝缘材料的介质损耗三种，其计算公式分别为：
导体损耗：
Wc＝I2R；
其中，Wc为导体焦耳热生成率，I为导体流过电流，R为导体电阻。
金属损耗：
Ws＝λ1I2R；
其中，Ws为金属感应焦耳热生成率，λ1为金属损耗因素。
介质损耗：
Wp＝ωCU2tgδ；
其中，Wp为介质损耗生成率，ω为角频率，C为绝缘材料电容量，U为绝缘材料上的电压，tgδ为绝缘材料的介质损耗角正切值。
对于绝缘材料的介质损耗，由于材料介电常数会随着温度的变化而改变，绝缘材料电容量C可由电场计算得到，因此上式改写为：
其中，P为有功功率，ε为绝缘材料的介电常数，Ei为面i的电场强度，Si为面i的面积。上式为电场与温度的数值耦合计算公式，根据该式可对电场及温度进行动态计算。
步骤S103，根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值。
具体来说，改变缺陷长度时，保持缺陷深度、位置不变；改变缺陷深度时，保持缺陷长度、位置不变；改变缺陷位置时，保持缺陷长度、深度不变。
本实施例考虑了缺陷的长度、深度及位置对场强的影响及三者的交互性，对含缺陷的终端场强分布的影响因素研究更加全面，提高了计算结果的可靠性，使计算结果适用范围更广。
参见图7，其中，电缆终端包括线夹71、瓷套72、应力锥盖31、应力锥32、铜网34、底座73、尾管36和封铅37。
示例性的，设图7热缩管35右端起始位置为0mm，气隙长度、深度及位置参数设置如表1所示。
表1
| 长度(mm) | 深度(mm) | 位置(mm) |
| 0.5 | 0.5 | 895 |
| 1 | 1 | 900 |
| 1.5 | 1.5 | 905 |
| 2 | 2 | 910 |
| 2.5 | 2.5 | 915 |
| 3 | 3 | 920 |
步骤S104，建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型。
步骤S105，利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程。
具体来说，建立以缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置为自变量x1、x2、x3，缺陷处最大场强为因变量y的多元非线性回归模型。首先将不同气隙长度、深度和位置及其对应的场强最大值带入中，利用最小二乘法拟合，得到非线性回归方程的各项回归系数，初始待定系数模型如下所示：
其中最小二乘法拟合指使实际测量数据yi与拟合曲线上对应的估计值的残差的平方和Q为最小，即：
对每个系数求其偏导数可得：
...
令各项偏导为0，联立方程组即可求出回归系数p1-p20的值。
步骤S106，根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型。
在本申请的部分实施例中，所述根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定初始多元非线性回归方程。
具体来说，根据R2值和F值检验初始多元非线性回归方程的整体显著性，R2值和F值通过如下公式确定：
其中，n为缺陷长度、缺陷深度、缺陷位置以及对应缺陷处最大场强的数据组数，m＝3为自变量个数，决定系数R2越接近于1，表示残差越小，即回归曲线拟合越好，R2在整体程度上度量了拟合的程度。当给定检验水平α时，由F分布表可查得Fα(m，n-m-1)的值，若计算所得F值>Fα(m，n-m-1)，则自变量整体回归效果显著。其中，F分布表为两个服从卡方分布的独立随机变量各除以其自由度后的比值的抽样分布，是一种非对称分布，且位置不可互换。
根据t值和P值检验回归方程各项回归系数的显著性，由于在实际工作中，往往标准差σ是未知的，常用样本标准差s作为σ的估计值，统计量t值的分布称为t分布。当给定检验水平α时，由t分布表可查得与α值对应的tα值，若计算所得|ti|>tα，则说明该项回归系数pi与0有显著差异，即变量xi对y影响显著，应当保留；若|ti|≤tα，则说明该项回归系数pi＝0，即变量xi对y影响不显著，应当删去。一般认为P<0.05为显著，P<0.01为非常显著，根据显著性检验方法所得到P值，若P<0.01(0.05)则表示变量xi对y影响显著，该项回归系数pi应当保留；若P>0.01(0.05)则表示变量xi对y影响不显著，该项回归系数pi应当删去。
删去|ti|≤tα及P>0.01(0.05)对应的y影响不显著的项，仅保留|ti|>tα及P<0.01(0.05)对应的y影响显著的项，建立优化后的回归模型如：建立优化多元非线性回归模型，如下所示：
步骤S107，利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程。
具体来说，利用最小二乘法再次拟合得到优化后的非线性回归方程，根据t值和P值再次检验各项回归系数的显著性步骤如下；
利用最小二乘法再次拟合得到优化多元非线性回归方程：
对每个系数求其偏导数可得：
...
令各项偏导为0，联立方程组即可求出回归系数p1-p10的值。
本实施例建立了以缺陷长度、深度和位置为自变量，场强最大值为因变量的多元非线性回归模型，缺陷参数改变时无需再多次进行复杂的仿真计算，根据回归模型计算得到的场强最大值与电缆终端复合界面的击穿场强对比即可直接准确地评估缺陷危害程度，能够更高效、准确、方便地评估缺陷程度，为电缆终端缺陷程度评估提供一种全新思路。
在本申请的部分实施例中，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述优化多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，若各项回归系数不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
进一步的，所述根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
具体来说，根据R2值和F值检验回归方程的整体显著性：决定系数R2越接近于1，表示残差越小，即回归曲线拟合越好。若计算所得F值>Fα(m，n-m-1)，则自变量整体回归效果显著。
根据t值和P值检验回归方程各项回归系数的显著性，若计算所得|ti|>tα，则说明该项回归系数pi与0有显著差异，即变量xi对y影响显著；若P<0.01(0.05)则表示变量xi对y影响显著，若通过检验回归方程及所有项均具有极高显著性即可进行下一步计算。
在本申请的部分实施例中，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
另选取不同的缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置，分别用电缆终端电-热耦合模型和优化后的优化多元非线性回归方程计算缺陷处场强最大值及两者之间的误差率，以此验证优化多元非线性回归模型计算的准确性，步骤如下：
另选取多组缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，分别用所述电缆终端电-热耦合模型和所述优化多元非线性回归方程确定缺陷处场强最大值。示例性的，另选取不同的缺陷长度、深度及位置如表2所示：
表2
计算所述电缆终端电-热耦合模型确定的缺陷处场强最大值，和所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值之间的误差率。误差率通过如下公式确定：
判断所述误差率是否小于5％，若是，则所述优化多元非线性回归方程不存在欠拟合或过拟合，准确性良好。若否，则重新确定优化多元非线性回归方程。
步骤S108，根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
在本申请的部分实施例中，所述根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估，包括。
所述击穿场强包括第一临界值和第二临界值，且所述第二临界值大于所述第一临界值。
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值小于所述第一临界值，则电缆终端缺陷为轻微缺陷状态。
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第一临界值，且小于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处存在击穿的可能，电缆终端缺陷为较为严重状态。
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处击穿，电缆终端缺陷为严重状态。
在本申请的部分实施例中，所述第一临界值为4.5kV/mm，所述第二临界值为5.0kV/mm。
具体来说，若场强最大值<4.5kV/mm，缺陷处未击穿，终端缺陷为轻微缺陷状态。
若4.5kV/mm<场强最大值<5.0kV/mm，缺陷处存在击穿的可能，终端缺陷为较为严重状态＝。
若场强最大值>5.0kV/mm，缺陷处击穿，终端缺陷为严重状态。
本申请上述实施例公开的一种电缆终端缺陷危害程度评估方法，首先建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型。然后设置边界条件，计算缺陷处最大场强分布情况，进一步分别改变缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，计算缺陷处场强最大值。根据计算结果建立初始多元非线性回归模型，并利用最小二乘法拟合，求出各项回归系数。根据R2值和F值检验初始多元非线性回归模型的整体显著性，并根据t值和P值各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型。利用最小二乘法再次拟合得到优化多元非线性回归方程。最后根据优化多元非线性回归方程计算所得不同缺陷长度、缺陷深度及缺陷位置下场强最大值，对比电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷程度进行评估。
本申请采用电-热耦合场进行仿真计算，考虑了温度的改变对材料介质损耗正切角、介电常数等参数的影响，与使用静电场计算相比，本申请所使用方法更贴近实际运行工况，进一步提高了计算的准确性。本申请考虑了缺陷的长度、深度及位置对场强的影响及三者的交互性，对含缺陷的终端场强分布的影响因素研究更加全面，提高了计算结果的可靠性，使计算结果适用范围更广。本申请建立了以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，场强最大值为因变量的多元非线性回归模型，缺陷参数改变时无需再多次进行复杂的仿真计算，根据回归模型计算得到的场强最大值与电缆终端复合界面的击穿场强对比即可直接准确地评估缺陷危害程度，能够更高效、准确、方便地评估缺陷程度，为电缆终端缺陷程度评估提供一种全新思路。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
本申请第二实施例公开了一种电缆终端缺陷危害程度评估装置，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置应用于本申请第一实施例公开的电缆终端缺陷危害程度评估方法，参见图8，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置包括：
仿真模型构建模块801，用于参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型。
最大场强分布获取模块802，用于获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况。
仿真场强最大值确定模块803，用于根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值。
初始回归模型确定模块804，用于建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型。
初始回归方程确定模块805，用于利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程。
优化回归模型确定模块806，用于根据R2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型。
在本申请的部分实施例中，所述优化回归模型确定模块806还包括：
第一显著效果判断单元，用于若整体回归效果不显著，则重新确定初始多元非线性回归方程。
优化回归方程确定模块807，用于利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程。
在本申请的部分实施例中，所述优化回归方程确定模块807还包括：
第二显著效果判断单元，用于在所述确定优化多元非线性回归方程之后，根据R2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述优化多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，若各项回归系数不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
进一步的，所述第二显著效果判断单元还用于：
若整体回归效果不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
在本申请的部分实施例中，所述优化回归方程确定模块807还包括：
准确性判断单元，用于在所述确定优化多元非线性回归方程之后，另选取多组缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，分别用所述电缆终端电-热耦合模型和所述优化多元非线性回归方程确定缺陷处场强最大值。计算所述电缆终端电-热耦合模型确定的缺陷处场强最大值，和所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值之间的误差率。判断所述误差率是否小于5％，若是，则所述优化多元非线性回归方程不存在欠拟合或过拟合，准确性良好。若否，则重新确定优化多元非线性回归方程。
评估模块808，用于根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
在本申请的部分实施例中，所述评估模块808包括：
所述击穿场强包括第一临界值和第二临界值，且所述第二临界值大于所述第一临界值。
第一缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值小于所述第一临界值，则电缆终端缺陷为轻微缺陷状态。
第二缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第一临界值，且小于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处存在击穿的可能，电缆终端缺陷为较为严重状态。
第三缺陷状态判断单元，用于若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处击穿，电缆终端缺陷为严重状态。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，包括：
参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型；
获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况；
根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值；
建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型；
利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程；
根据R 2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型；
利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程；
根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
2.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述电缆终端电-热耦合模型包括电缆本体模型、电缆终端模型和缺陷模型；
所述电缆本体模型包括：导体、半导电层、导体屏蔽、主绝缘、绝缘屏蔽、半导电阻水缓冲带、铝护套和外护套；
所述电缆终端模型在所述电缆本体模型的基础上还包括：应力锥盖、应力锥、法兰、铜网、热缩管、尾管和封铅；
所述缺陷模型包括长方形气隙，用于模拟主绝缘划伤缺陷。
3.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述边界条件包括：电缆线芯电压为相电压127kV，铝护套为地电位，电流为700A，温度场使用固体传热，传热系数为10，环境温度为20℃，选择电磁热多物理场接口。
4.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述根据R 2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定初始多元非线性回归方程。
5.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
根据R 2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述优化多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，若各项回归系数不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
6.根据权利要求5所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述根据R 2值和F值检验所述优化多元非线性回归方程的整体显著性，还包括：
若整体回归效果不显著，则重新确定优化多元非线性回归方程。
7.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，在所述确定优化多元非线性回归方程之后，还包括：
另选取多组缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，分别用所述电缆终端电-热耦合模型和所述优化多元非线性回归方程确定缺陷处场强最大值；
计算所述电缆终端电-热耦合模型确定的缺陷处场强最大值，和所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值之间的误差率；
判断所述误差率是否小于5%，若是，则所述优化多元非线性回归方程不存在欠拟合或过拟合，准确性良好；若否，则重新确定优化多元非线性回归方程。
8.根据权利要求1所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估，包括；
所述击穿场强包括第一临界值和第二临界值，且所述第二临界值大于所述第一临界值；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值小于所述第一临界值，则电缆终端缺陷为轻微缺陷状态；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第一临界值，且小于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处存在击穿的可能，电缆终端缺陷为较为严重状态；
若所述优化多元非线性回归方程确定的缺陷处场强最大值大于所述第二临界值，则电缆终端缺陷处击穿，电缆终端缺陷为严重状态。
9.根据权利要求8所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，其特征在于，所述第一临界值为4.5kV/mm，所述第二临界值为5.0kV/mm。
10.一种电缆终端缺陷危害程度评估装置，其特征在于，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置应用于权利要求1-9任一项所述的电缆终端缺陷危害程度评估方法，所述电缆终端缺陷危害程度评估装置包括：
仿真模型构建模块，用于参照电缆终端实物，建立含缺陷的电缆终端电-热耦合模型；
最大场强分布获取模块，用于获取预设的边界条件，并根据所述电缆终端电-热耦合模型，确定缺陷处最大场强分布情况；
仿真场强最大值确定模块，用于根据所述缺陷处最大场强分布情况，分别改变缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置，同时保持其他两个参量不变，确定所述电缆终端电-热耦合模型得到的多组缺陷处场强最大值；
初始回归模型确定模块，用于建立以缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置为自变量，以所述电缆终端电-热耦合模型得到的缺陷处场强最大值为因变量的初始多元非线性回归模型；
初始回归方程确定模块，用于利用最小二乘法拟合所述初始多元非线性回归模型，确定所述初始多元非线性回归模型的各项回归系数，确定初始多元非线性回归方程；
优化回归模型确定模块，用于根据R 2值和F值检验所述初始多元非线性回归方程的整体显著性，若整体回归效果显著，则进一步根据t值和P值检验所述初始多元非线性回归方程各项回归系数的显著性，删去对因变量不显著的项，确定优化多元非线性回归模型；
优化回归方程确定模块，用于利用最小二乘法拟合所述优化多元非线性回归模型，确定所述优化多元非线性回归模型的各项回归系数，确定优化多元非线性回归方程；
评估模块，用于根据所述优化多元非线性回归方程，确定不同缺陷长度、缺陷深度和缺陷位置下对应的缺陷处场强最大值，并对比预设的电缆终端主绝缘与硅橡胶复合界面的击穿场强，对电缆终端缺陷危害程度进行评估。
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| PB01 | Publication | ||
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