CN116611691A - 电缆线路多维度运行风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备检测技术领域，具体涉及电缆线路多维度运行风险评估方法，包括如下步骤：S1.对待检测电缆线路进行介质损耗检测和振荡波局部放电检测；S2.选取介质损耗检测和振荡波局部放电检测的结果，构建高压交联电缆线路状态综合评估体系；S3.对线路中电缆本体及绝缘的整体状态进行综合反映，该方法可用于高压XLPE电缆线路绝缘状态的全面实时准确评估，为剩余寿命估计及运维措施制定提供了依据。

Description

电缆线路多维度运行风险评估方法

技术领域

本发明属于电力设备检测技术领域，具体涉及电缆线路多维度运行风险评估方法。

背景技术

电力电缆敷设后，受到电、热、机械和环境的综合影响，导致其绝缘老化，运行可靠性下降，严重时造成击穿事故。电力电缆老化和故障，既可能发生在电缆导体上，也可能发生在其接头处。

电力电缆老化和出现故障的原因复杂多样，可由温度过高、机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化、电压过高等单一机理引发，也可能是多种诱因共同导致。为提高电力电缆运行的可靠性，需对已发生的故障快速、准确加以诊断，找出故障的类型和位置，并及时对故障电缆进行维修，而对潜在可能发生的电缆故障，应通过对电缆的运行状态进行有效的检测和在线监测等，评估其老化程度、潜在的故障类型及可能发生故障的位置，并尽早采取措施避免故障的发生。

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。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。

对电缆的在线离线检测和长期在线监测获得的电缆相关指标数据在一定程度上能够反映电缆的绝缘状况，但以上手段较为单一，没有综合考虑电缆的多源信息，无法建立系统的电缆状态评价模型来对电缆状态进行全面评价。随着社会对供电可靠性要求的不断提高，加之电缆的离线在线测试和在线监测系统的长期运行积累的大量历史数据为电力工作人员提供了宝贵的数据资源，国内外各个电力企业的维修策略都开始由计划检修模式转向状态检修模式。

目前，由于各地供电系统电缆检修人员有限，且技术力量有限。怎样合理安排电缆的检修，节省检修费用、降低检修成本，同时保证系统有较高的可靠性，对运维部门来说是一个亟待解决的问题。随着传感技术、微电子、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊理论等综合智能系统在状态监测、状态评估及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修研究得到发展，成为目前电缆管理、运行、检修中的一个重要研究领域。

公开号为CN111898092A的发明专利公开了一种电缆运行状态评估决策分析方法，以及一种决策分析系统，通过对电缆多源数据进行融合，采用有效的监测手段和分析诊断技术，构建基于多源数据的电缆状态综合智能评估与诊断模型，能够准确掌握设备状态，保证设备的安全、可靠和经济运行；科学地进行检修需求决策，提高设备可用性；形成符合状态检修要求的体系，提高电缆检修、运行的基础管理水平，实现对电缆运行状态的实时监控、集约化展示、状态评估与诊断，降低电缆线路维护难度和成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种电缆线路多维度运行风险评估方法，该方法可用于高压XLPE电缆线路绝缘状态的全面实时准确评估，为剩余寿命估计及运维措施制定提供了依据。

本发明的技术方案是：

电缆线路多维度运行风险评估方法，包括如下步骤：

S1.对待检测电缆线路进行介质损耗检测和振荡波局部放电检测；

S2.选取介质损耗检测和振荡波局部放电检测的结果，构建高压交联电缆线路状态综合评估体系；

S3.对线路中电缆本体及绝缘的整体状态进行综合反映。

具体的，所述的高压交联电缆线路状态综合评估体系包括运行年限Y评分项、负荷水平L评分项、故障记录F评分项、运行环境A评分项，在每个评分项下设置具体的条目及权重。

具体的，所述综合评估体系的将电缆状态评级的评估总分用G表示，累计权重因子用W表示，分别采用下面的公式进行计算，评估总分G的取值范围为0～1，分值越高代表电缆绝缘状态越差，累计权重因子W由所有输入评估指标的权重累加而成，用以表示评估结果的可信度，

式中：gY、gL、gF、gA分别为评估指标Y、L、F、A的归一化评分；S1代表gPD＝0或PD指标缺失；S2代表gPD≠0的情况；将电缆线路按照绝缘状态评级为“优、良、中、差”，并结合现场调研结果及国际同行经验，设置对应的剩余寿命期望范围以及推荐运维措施。

具体的，所述电缆状态评级的评估总分与剩余寿命估计以及推荐的运维措施如下：

优：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，短期内不用关注；

良：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，继续收集电缆线路运行数据，保持适当关注；

中：评估总分属于[0.15,0.4)，剩余寿命估计:5～10年，电缆线路需要重点关注；

差：评估总分属于[0.4,0.8)，剩余寿命估计:1～5年，电缆线路接近寿终，安全隐患较大，应及时更换电缆线路或采取必要措施。

具体的，所述的综合评估体系还包括故障频率的评估计算。

具体的，所述的故障频率的评估计算中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。

具体的，所述的综合评估体系还包括对电缆输电线路重要度的评估。

具体的，所述的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。

具体的，所述的综合评估体系还包括对电缆系统风险值的计算。

具体的，所述的电缆系统风险值为各部件故障指数与其所属线路重要度的乘积，所述的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风险模型下式所示：

R_ij＝f_ij(t)r_jI_i,j＝1,2,3,4,5

式中：f_ij表示部件故障频率；r_j表示故障修复时间，不同服役时间t的电缆部件风险不同。

本发明的有益效果是：本发明基于介质损耗检测和振荡波局部放电检测的试验信息，以及历史运维信息对高压电缆进行综合评估体系，可用于高压XLPE电缆线路绝缘状态的全面实时准确评估，为剩余寿命估计及运维措施制定提供了依据；电缆状态评级的评估总分引入了累计权重因子，其值越大，评估可信度越高，拓展了工程实用性，详细划分了电缆线路不同运行年限、负荷水平、历史故障的评分规则，更利于准确研判电缆线路的运行状态。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的描述。

实施例1

本实施例提供的电缆线路多维度运行风险评估方法，包括如下步骤：

S1.对待检测电缆线路进行介质损耗检测和振荡波局部放电检测；

S2.选取介质损耗检测和振荡波局部放电检测的结果，构建高压交联电缆线路状态综合评估体系；

S3.对线路中电缆本体及绝缘的整体状态进行综合反映。

所述的高压交联电缆线路状态综合评估体系包括运行年限Y评分项、负荷水平L评分项、故障记录F评分项、运行环境A评分项，在每个评分项下设置具体的条目及权重，

对于电缆线路运行年限的评分细则如下：

A、运行年限＜5年，分值为0.3；

B、运行年限＞5年，且＜10年，分值为0.5；

C、运行年限＞10年，且＜20年，分值为0.7；

D、运行年限＞20年，分值为1.0；

对于负荷水平的评分细则如下：

A、电缆线路的平均负荷＞50％，分值为0.6；

B、电缆线路的负荷变化率＞50％，分值为0.4；

对于电缆线路的历史故障的评分细则如下：

C、近五年来是否发生过故障，是，分值+1.5；

D、近5年内发生过不止一种类型的故障，是，分值+0.5；

E、近6～10年内是否发生过故障，是，分值+0.5；

F、故障率高于同类电缆，是，分值+0.5；

G、存在难以处理的缺陷，是，分值+0.5。

对于PD来说，目前尚未有以放电量水平作为电缆状态检测标准的规范，且目前收集的现场检测数据还不足以支持评分判据的制定，因此暂用“是否检测到有效的PD信号”作为评分判据，进一步的，所述综合评估体系的将电缆状态评级的评估总分用G表示，累计权重因子用W表示，分别采用下面的公式进行计算，评估总分G的取值范围为0～1，分值越高代表电缆绝缘状态越差，累计权重因子W由所有输入评估指标的权重累加而成，用以表示评估结果的可信度，

式中：gY、gL、gF、gA分别为评估指标Y、L、F、A的归一化评分；S1代表gPD＝0或PD指标缺失；S2代表gPD≠0的情况；将电缆线路按照绝缘状态评级为“优、良、中、差”，并结合现场调研结果及国际同行经验，设置对应的剩余寿命期望范围以及推荐运维措施。所述电缆状态评级的评估总分与剩余寿命估计以及推荐的运维措施如下：

优：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，短期内不用关注；

良：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，继续收集电缆线路运行数据，保持适当关注；

中：评估总分属于[0.15,0.4)，剩余寿命估计:5～10年，电缆线路需要重点关注；

差：评估总分属于[0.4,0.8)，剩余寿命估计:1～5年，电缆线路接近寿终，安全隐患较大，应及时更换电缆线路或采取必要措施。

实施例2

与实施例1不同之处在于，本实施提供的所述的综合评估体系还包括故障频率的评估计算。所述的故障频率的评估计算中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。电缆本体、中间接头及终端发生故障将直接导致电缆线路停运失效，电缆通道或接地系统出现隐患虽不会直接导致电缆线路失效，但会影响电缆线路正常运行，故障概率增大，间接导致电缆本体或绝缘失效。例如当电缆通道中积水，潮气进入接头时，会导致其绝缘强度低于干燥环境下的电缆设备，故障概率升高；接地系统中环流过大会导致电缆本体温升，加速绝缘老化，同时设备热击穿概率增大。

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。

式中：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，n_j(t)表示运行年限为t的部件j引起的线路故障数，N_F为所有电缆故障数。式(1)的计数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。

实施例3

与实施例1不同之处在于，本实施提供的所述的综合评估体系还包括对电缆输电线路重要度的评估。

所述的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I_i量化线路重要级别，线路重要度I_i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I_i对应的线路数量表示为N_i。不同重要等级之间重要度数值关系如

表1所示。线路重要度计算方法如下式所示：

根据下表1与不同重要等级线路数量N_i即可求解得到各条线路的重要度I_i。

表1电缆线路重要度数值关系

实施例4

与实施例3不同之处在于，本实施提供的所述的综合评估体系还包括对电缆系统风险值的计算。

所述的电缆系统风险值为各部件故障指数与其所属线路重要度的乘积，所述的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风险模型下式所示：

R_ij＝f_ij(t)r_jI_i,j＝1,2,3,4,5

式中：f_ij表示部件故障频率；r_j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IEEE 493-2007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f_ij与相应故障修复时间r_j乘积之和。结合重要度I_i，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)如式(1)所示。由N条线路组成的电缆系统风险值R_N如式(2)所示：

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.对待检测电缆线路进行介质损耗检测和振荡波局部放电检测；

S2.选取介质损耗检测和振荡波局部放电检测的结果，构建高压交联电缆线路状态综合评估体系；

S3.对线路中电缆本体及绝缘的整体状态进行综合反映。

2.根据权利要求1所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的高压交联电缆线路状态综合评估体系包括运行年限Y评分项、负荷水平L评分项、故障记录F评分项、运行环境A评分项，在每个评分项下设置具体的条目及权重。

3.根据权利要求2所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述综合评估体系的将电缆状态评级的评估总分用G表示，累计权重因子用W表示，分别采用下面的公式进行计算，评估总分G的取值范围为0～1，分值越高代表电缆绝缘状态越差，累计权重因子W由所有输入评估指标的权重累加而成，用以表示评估结果的可信度，

式中：gY、gL、gF、gA分别为评估指标Y、L、F、A的归一化评分；S1代表gPD＝0或PD指标缺失；S2代表gPD≠0的情况；

将电缆线路按照绝缘状态评级为“优、良、中、差”，并结合现场调研结果及国际同行经验，设置对应的剩余寿命期望范围以及推荐运维措施。

4.根据权利要求3所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述电缆状态评级的评估总分与剩余寿命估计以及推荐的运维措施如下：

优：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，短期内不用关注；

良：评估总分属于[0,0.15)，剩余寿命估计:＞10年，继续收集电缆线路运行数据，保持适当关注；

中：评估总分属于[0.15,0.4)，剩余寿命估计:5～10年，电缆线路需要重点关注；

差：评估总分属于[0.4,0.8)，剩余寿命估计:1～5年，电缆线路接近寿终，安全隐患较大，应及时更换电缆线路或采取必要措施。

5.根据权利要求1所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的综合评估体系还包括故障频率的评估计算。

6.根据权利要求5所述配电电缆线路多维度运行风险推演评估方法，其特征在于，所述的故障频率的评估计算中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。

7.根据权利要求1所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的综合评估体系还包括对电缆输电线路重要度的评估。

8.根据权利要求7所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的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。

9.根据权利要求7所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的综合评估体系还包括对电缆系统风险值的计算。

10.根据权利要求9所述电缆线路多维度运行风险评估方法，其特征在于，所述的电缆系统风险值为各部件故障指数与其所属线路重要度的乘积，所述的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风险模型下式所示：

R_ij＝f_ij(t)r_jI_i,j＝1,2,3,4,5

式中：f_ij表示部件故障频率；r_j表示故障修复时间，不同服役时间t的电缆部件风险不同。