CN116187759A - 一种电缆线路运行风险评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电缆线路运行风险评估方法及系统，所述评估方法包括如下步骤：(1)按照巡检目标将完整的电缆线路分成不同的组成部分；(2)建立电缆线路的故障频率计算模型；(3)计算电缆线路的重要度；(4)计算电缆系统风险值；(5)根据不同运行年限的历史故障数据与巡检周期确定电缆线路运行风险评估巡检策略。本发明的风险评估方法可以评估电缆线路不同部件的风险值，运维人员可以掌握整个电缆系统的设备风险评估情况，便于优化巡检策略。针对高风险电缆线路或部件，结合实际运行状态，制定合理的巡检方案，从而降低整个电缆系统的风险，保证电缆设备经济可靠运行，实现资产收益最大化。

Description

一种电缆线路运行风险评估方法及系统
技术领域
本发明属于输电网电缆线路巡检技术领域，具体涉及一种电缆线路运行风险评估方法及系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展，电力电缆的安全运行愈发受到关注。在电缆的投运过程中，由于长时间处于高温、潮湿或腐蚀环境，绝缘线路使用时间过长，绝缘陈旧老化或受损，线芯裸露，绝缘线路敷设过低，碰撞、挤压等外力损伤这些因素影响，电缆经常发生漏电现象，造成短路火灾。
目前，在低压线路实际运行中需要消耗大量的人力、物力对电缆进行离线检测和维护，缺少有效手段对低压线路的绝缘隐患进行快速排查。随着低压线路的逐渐老化，绝缘故障的概率增大，现需引入技术手段进行有效的隐患排查，重点是对电缆绝缘缺陷的检测定位和缺陷状态的有效评估。目前城市配电电缆网运维管理绝大多数电力公司对电力电缆的管理策略都几乎相同，遵循的是事后维修和定期计划检修策略，无法及时地发现很多绝缘缺陷和潜在故障，不能够对电缆的运行状态和可靠性状况进行及时全面的了解。
公开号为CN110399593A的中国专利公开了一种计数式的高压电缆故障概率和风险评估方法，对电缆部件进行分类统计，获得电缆部件故障率，对电缆线路的重要性进行重要度取值，作为风险系数，计算电缆部件的故障风险值，再进一步计算电缆线路和电缆系统的故障风险值。根据本方法可以评估不同线路不同部件的风险值，运维人员可以掌握整个电缆系统的设备风险评估情况，便于优化巡检策略。针对高风险电缆线路或部件，结合实际运行状态，制定合理的巡检方案，从而降低整个电缆系统的风险，保证电缆设备经济可靠运行，实现资产收益最大化。但是该专利中分析评估方法较为复杂且评估结果不精确。公开号为CN114139946A的中国专利公开了一种输电线路的风险评估方法、系统、设备和介质，包括：获取目标地区输电线路的历史故障数据，其中，所述历史故障数据包括：故障率、运行年限、故障损失和故障停电时长；根据电网内部系统，获取目标地区输电线路的运行状态的评价结果，并结合目标地区输电线的故障率，构建目标地区输电线路的故障率模型；获取目标地区输电线的历史故障案例，并根据所述历史故障案例，统计分析历史故障案例的损失程度；根据目标地区输电线路的故障率模型和损失程度，确定目标地区输电线路的风险等级。该专利能够采用量化的风险值判断输电线路面临的和其可能导致的风险大小，进而为输变电设备的状态检修提供依据，从而制定相应的检修方案。但是该专利风险评估方法过程分析不精确，无法对后期的巡检工作提供指导依据。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种电缆线路运行风险评估方法及系统。该评估方法提升了配电网的带电运行风险检测能力，减少了运维人员的工作强度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电缆线路运行风险评估方法，包括如下步骤：
(1)按照巡检目标将完整的电缆线路分成不同的组成部分；
(2)建立电缆线路的故障频率计算模型；
(3)计算电缆线路的重要度；
(4)计算电缆系统风险值；
(5)根据不同运行年限的历史故障数据与巡检周期确定电缆线路运行风险评估巡检策略。
进一步的，所述步骤(1)中电缆线路的组成部分包括电缆通道、电缆本体、中间接头、终端和接地系统。
进一步的，所述步骤(2)中电缆线路的故障频率计算模型如下：
Figure SMS_1
其中，t为电缆运行服役年限，a，f1、f2、f3、f4、f5分别表示电缆本体、接头、终端、接地系统、电缆通道故障频率，j表示各部件编号，nj(t)表示运行年限为t的部件j引起的线路故障数，NF为所有电缆故障数。
进一步的，所述步骤(3)中电缆线路重要度的计算方法如下：
Figure SMS_2
其中，Ii为电缆线路重要度；Ni为电缆线路重要度等级Ii对应的线路数量。
进一步的，所述步骤(4)中电缆系统风险值的计算方法如下：
a、首先计算电缆线路i的各部件j风险模型
Rij＝fij(t)rjIi,j＝1,2,3,4,5
其中，Rij为电缆线路i的各部件j风险模型；fij表示部件故障频率；rj表示故障修复时间。
b、计算电缆线路i的风险值以及由N条线路组成的电缆系统风险值RN
Figure SMS_3
Figure SMS_4
进一步的，所述步骤(5)中电缆线路运行风险评估巡检策略确定方法如下：
1)计算在第1次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数m1T
Figure SMS_5
其中，α为每次巡检可消除的隐患比例或系数；λ(t)为隐患出现率；T为巡检周期；
2)计算开展h次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数mhT
Figure SMS_6
/>
其中，u为第u次巡检；
3)计算累积故障数nhT
Figure SMS_7
其中，β为将电缆线路的缺陷发展为电缆线路故障的比例系数，且0≤β≤1；
4)计算不同运行年限内h次巡检工作后的累积故障数nhT
Figure SMS_8
将不同运行年限的历史故障数据与巡检周期代入上式，得到不同运行年限内各自参数k与β乘积，即可确定累积故障数与巡检周期的数学关系。
进一步的，一种电缆线路运行风险评估系统，包括分析模块、在线监测模块、数据处理模块和可视化数据分析模块；所述分析模块，用于分析电缆线路的不同组成部分；所述在线监测模块，用于检测电缆线路故障；所述数据处理模块，用于处理电缆线路的故障频率、重要度和系统风险值；所述可视化数据分析模块，用于根据所述数据处理模块将数据处理的结果来分析电缆线路的风险评估巡检策略。
随着电网建设的推进，我国电网将建成世界上电压等级最高、规模最大、结构最为复杂的特大型电网。但是，随着电力系统规模快速提升。用户对供电可靠性要求的越来越高，停电事故及计划外临时检修给生产、生活带来的影响及损失越来越大，保证电力设备的安全可靠运行越显重要。
电网设备的检修体制包括事故后检修、定期检修与状态检修三类。从电力系统安全性与可靠性角度而言，事后检修明显不满足要求；随着城市化建设推进，大量电缆线路投运，巡检任务日益增多，定期检修势必会受到人力资源约束，并且电缆设备可靠性较高，定期检修也会造成不必要的资源浪费；而近些年状态检测技术发展迅速，但是电缆状态检测技术仍存在“测不准”以及技术费用昂贵等问题，目前电缆线路尚未有成熟的状态检修措施。目前电力公司参照输电线路状态评价标准体系，实行缺陷或故障人工扣分制对输电线路健康度进行评分，结合线路重要度得出各线路的管控等级，以线路为单位制定巡检方案。线路管控等级分为四级，对应四类定期巡检的运维方案。但是扣分制的电缆设备状态评估方法具有较大的人为主观性，且输电线路较长，通常由多区段组成，工况复杂，以线路为单位的巡检方案会导致运维任务缺乏目标性。
公开号为CN114878955A的中国专利公开了一种用于输电线路的风险评估方法及系统，属于电力系统非常规安全风险防控技术领域。本发明方法，包括：一种用于输电线路的风险评估方法，所述方法包括：获取发生高空核爆的输电线路的基础参数；建立有损耗地面上的输电线路多导体传输线缆模型；确定输电线路在高空核爆电磁脉冲作用下的响应电压；获取输电线路的高空核爆电磁脉冲冲击耐受结果；确定输电线路在高空核爆电磁脉冲冲击下的风险。本发明可以提前判断输电线路是否会受到高空核爆电磁脉冲的损伤影响，并可作为雷电等其他原因带来的瞬态电磁脉冲防护的参考，满足电力系统非常规安全风险防控方面的需要。但是该专利主要是针对对输电线路在高空核爆电磁脉冲冲击下的风险进行评估，无法针对其他情况下的风险进行评估。
与现有技术相比，本发明具备的积极有益效果在于：
(1)本发明通过建立对配电电缆线路多维度、全环节风险评估与推演技术体系，综合大数据挖掘与关联分析技术，实现全景业务融合与运维信息交互，建立基于运行风险推演与运检质效评估的配电电缆网运维检修策略决策，提高配电电缆网差异化精准运维和决策指导支撑能力。
(2)根据本发明的风险评估方法可以评估电缆线路不同部件的风险值，运维人员可以掌握整个电缆系统的设备风险评估情况，便于优化巡检策略。针对高风险电缆线路或部件，结合实际运行状态，制定合理的巡检方案，从而降低整个电缆系统的风险，保证电缆设备经济可靠运行，实现资产收益最大化。
(3)将本发明的风险评估方法应用于城市配电电缆网运维管理，对于供电部门来说，大幅降低运维人员劳动强度、减小电网运行成本、大大减少了电缆线路故障排查时间与故障停运次数，节省了大量的人力资源；对于用户来说，故障停电时间大幅缩短，故障停电总时户数显著降低，在一定程度上提升了用户用电获得感。
附图说明
图1是本发明电缆线路运行风险评估方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体描述。
实施例
一种电缆线路运行风险评估方法，包括如下步骤：
(1)按照巡检目标将完整的电缆线路分成不同的组成部分；
(2)建立电缆线路的故障频率计算模型；
(3)计算电缆线路的重要度；
(4)计算电缆系统风险值；
(5)根据不同运行年限的历史故障数据与巡检周期确定电缆线路运行风险评估巡检策略。
具体的，为避免过于复杂的数学模型，且考虑到小样本情况下模型的有效性(鲁棒性)，引用IFC模型，建立了故障频率计算模型。IFC模型将不同类型的电缆线路组成部分在时间t内引起的电缆线路故障数除以系统故障总数，得到电缆各部件故障频率。便于日常巡检工作，按照巡检目标将完整的电缆线路分为电缆通道、电缆本体、中间接头、终端与接地系统5个部分。
电缆部件引起电缆系统发生故障的案例数与所有故障数比值表示电缆部件的故障频率。按照不同服役年限分别计算不同时间(时间单位为a)的电缆部件故障频率，如下式所示：
Figure SMS_9
式中：t为电缆运行服役年限，f1、f2、f3、f4、f5分别表示电缆本体、接头、终端、接地系统、电缆通道故障频率，j表示各部件编号，nj(t)表示运行年限为t的部件j引起的线路故障数，NF为所有电缆故障数。上述计算式模型考虑了各电缆组件的故障频率，就物理意义而言，与使用传统统计理论确定的故障概率不同，但随着故障记录数据的增加，模型输出会逐渐接近故障概率结果。
故障后果是风险评估分析中的关键影响因素。在电力网络可靠性研究中，线路重要度常用于表示线路故障后果。电缆输电线路重要度是对电缆设备故障损失与影响的量化评估，包括线路故障造成的重要用户负荷损失、系统稳定性、潜在连锁故障风险以及故障修复成本4个部分。
每条高压电缆输电线路都有其对应的重要级别，在本项目风险计算中，沿用供电企业输电线路的重要等级评价结果，采用重要度Ii量化线路重要级别。线路重要度Ii为各条线路在整个区域内所有线路中重要性占比。令整个区域内N条电缆线路重要度I之和为1，线路重要度等级Ii对应的线路数量表示为Ni。不同重要等级之间重要度数值关系如表2所示。线路重要度计算方法如下式所示：
Figure SMS_10
根据表1与不同重要等级线路数量Ni即可求解得到各条线路的重要度Ii。
表1电缆线路重要度数值关系
重要等级 重要度Ii
关键 I1
重要 I2＝0.8I1
关注 I3＝0.6I1
一般 I4＝0.4I1
电缆线路中各部件风险值为各部件故障指数与其所属线路重要度的乘积。其中故障指数为故障频率与故障修复时间的乘积，表示单位时间一年内的设备故障停电时间大小。电缆线路i的各部件j风险模型如式(8)所示：
Rij＝fij(t)rjIi,j＝1,2,3,4,5(8)
式中：fij表示部件故障频率；rj表示故障修复时间。不同服役时间t的电缆部件风险不同。
整个电缆系统由多条电缆线路构成，每条线路又由多个部件组成，一个部件故障均会导致线路故障，因此为串联系统。根据IEEE493-2007标准可知，串联系统故障停电时间为各部件停电时间之和，所以电缆线路停电时间为各部件造成的线路停电时间之和，电缆线路故障指数为各部件故障频率fij与相应故障修复时间rj乘积之和。结合重要度Ii，电缆线路风险即为线路各部件风险之和。线路i的风险值R(i)以及由N条线路组成的电缆系统风险值RN分别如下式所示：
Figure SMS_11
Figure SMS_12
日常巡检与测试工作，如红外成像、护层电流与局放测试等可以发现电缆缺陷，从而采取相应修复与纠正措施避免发展成故障。因此，基于风险评估的巡检周期优化中故障频率计算需考虑运检消缺工作对故障发展的影响。
在电缆设备整个生命周期内，都可能有影响其正常运行的隐患出现，隐患出现率记作λ(t)，在相应时间内的累积故障隐患数记作m。
在考虑运检消缺作用时，每次巡检可消除的隐患比例或系数为α，系数α可根据日常运维消缺记录与历史故障数据记录确定。因而当巡检周期为T时，在第1次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数m1T如下式所示：
Figure SMS_13
开展h次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数mhT如下式所示。其中参数u表示第u次巡检。
Figure SMS_14
缺陷或隐患在一定应力作用下才有可能发展为故障，将缺陷发展为故障的比例系数记作β(0≤β≤1)，因而累积故障数nhT如下式所示：
Figure SMS_15
考虑运检消缺对于故障发展影响时，主要区分隐患出现率λ(t)在不同运行年限与部件间的差异。基于上述内容，以一年为单位时间段，将故障隐患数与时间变化关系分段线性化，即λ(t)＝k，不同运行年限且不同部件间的k均不同。因而相应运行年限内h次巡检工作后的累积故障数nhT可表示为:
Figure SMS_16
将不同运行年限的历史故障数据与巡检周期代入上式，得到不同运行年限内各自参数k与β乘积，即可确定累积故障数与巡检周期的数学关系。
一种电缆线路运行风险评估系统，包括分析模块、在线监测模块、数据处理模块和可视化数据分析模块；所述分析模块，用于分析电缆线路的不同组成部分；所述在线监测模块，用于检测电缆线路故障；所述数据处理模块，用于处理电缆线路的故障频率、重要度和系统风险值；所述可视化数据分析模块，用于根据所述数据处理模块将数据处理的结果来分析电缆线路的风险评估巡检策略。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (7)

1.一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照巡检目标将完整的电缆线路分成不同的组成部分；
(2)建立电缆线路的故障频率计算模型；
(3)计算电缆线路的重要度；
(4)计算电缆系统风险值；
(5)根据不同运行年限的历史故障数据与巡检周期确定电缆线路运行风险评估巡检策略。
2.根据权利要求1所述一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中电缆线路的组成部分包括电缆通道、电缆本体、中间接头、终端和接地系统。
3.根据权利要求1所述一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中电缆线路的故障频率计算模型如下：
Figure FDA0004070330850000011
其中，t为电缆运行服役年限，a，f1、f2、f3、f4、f5分别表示电缆本体、接头、终端、接地系统、电缆通道故障频率，j表示各部件编号，nj(t)表示运行年限为t的部件j引起的线路故障数，NF为所有电缆故障数。
4.根据权利要求1所述一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中电缆线路重要度的计算方法如下：
Figure FDA0004070330850000012
其中，Ii为电缆线路重要度；Ni为电缆线路重要度等级Ii对应的线路数量。
5.根据权利要求1所述一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中电缆系统风险值的计算方法如下：
a、首先计算电缆线路i的各部件j风险模型
Rij＝fij(t)rjIi,j＝1,2,3,4,5
其中，Rij为电缆线路i的各部件j风险模型；fij表示部件故障频率；rj表示故障修复时间。
b、计算电缆线路i的风险值以及由N条线路组成的电缆系统风险值RN
Figure FDA0004070330850000021
Figure FDA0004070330850000022
6.根据权利要求1所述一种电缆线路运行风险评估方法，其特征在于，所述步骤(5)中电缆线路运行风险评估巡检策略确定方法如下：
1)计算在第1次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数m1T
Figure FDA0004070330850000023
其中，α为每次巡检可消除的隐患比例或系数；λ(t)为隐患出现率；T为巡检周期；
2)计算开展h次巡检消缺工作后，剩余的累积故障隐患数mhT
Figure FDA0004070330850000024
其中，u为第u次巡检；
3)计算累积故障数nhT
Figure FDA0004070330850000031
其中，β为将电缆线路的缺陷发展为电缆线路故障的比例系数，且0≤β≤1；
4)计算不同运行年限内h次巡检工作后的累积故障数nhT
Figure FDA0004070330850000032
将不同运行年限的历史故障数据与巡检周期代入上式，得到不同运行年限内各自参数k与β乘积，即可确定累积故障数与巡检周期的数学关系。
7.一种电缆线路运行风险评估系统，其特征在于，包括分析模块、在线监测模块、数据处理模块和可视化数据分析模块；所述分析模块，用于分析电缆线路的不同组成部分；所述在线监测模块，用于检测电缆线路故障；所述数据处理模块，用于处理电缆线路的故障频率、重要度和系统风险值；所述可视化数据分析模块，用于根据所述数据处理模块将数据处理的结果来分析电缆线路的风险评估巡检策略。
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