XLPE电力电缆健康度的模糊灰色综合评价方法.pdf

与开发 ( 1 ． 广州科腾信息技术有限公司， 广东广州 5 1 0 4 0 0 ；2 ． 华南理工大学 电力学院，广东广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要：X L P E 电力电缆凭借其优 良的电气性能 ， 在高 电网巾得到广泛应用。以X L P E电力电缆作为研究对象，通过预防性试 验 、在线监测、运行检修记录等方式获取其特征参量，构建合理的状态评价指标体系。对各项指标权重采用A H P 法进行分析， 并基于模糊灰色综合评判理论，建立x L P E电力电缆的健康评价模型，对其健康度进行评价。以某电网实际运行的1 1 0 k V X L P E 电力电缆为例进行汁算，其综合评价结果与设备实际状态一致，验证 r 本文所建立模型和方法的正确性与合理性。 关键词：X L P E电力电缆；健康评价； 模糊灰色评判；层次分析法 中图分类号 ：T M2 4 7 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 9—9 4 9 2( 2 0 1 2 ) 【 ) l 一0 0 2 0 —0 5 S t ud y 0 f XLPE Po we r Ca bl e s He a l t h St a t e Ev a l ua t i o n Ba s e d o n Fuz z y Gr e y The o r y LI P i ng ， HONG Si -y u a n ， LI Ha l — f e n g ( 1 ．G u a n g z h o u K e t e n g I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ，G u a n g z h ( ) l J 5 1 0 4 0 o ，C h i n a ；2 ．S c h o o l o f E l e c t r i c a l P o w e r ， S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：W i t h t h e e x c e l l e n t e l e c t ric c a p a b i l i t y， XLP E p o we r c a b l e s h a v e b e e n wi d e l y u s e d i n h i g h v o l t a g e wi r e s Th i s p a p e r t a k e s XLP E p o w e r c a b l e s a s a r e s e a r c h o b j e c t ．F i r s t l y ， g e t t i n g c o n d i t i o n p a r a me t e r s t h r o u g h p r e v e n t i v e e x p e ri me n t s ， o n — l i n e mo n i t o ri n g a n d o p e r a t i o n n l a i n t e n a n e e r e c o r d s ， a n d c o n s t r u c t i n g t h e r a t i o n a l s t a t e e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m S e c o n d l y， t h e a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ( A HP ) me t h o d i s a d o p t e d t o d e t e r mi n e t h e w e i g h t f o r e a c h c o n d i t i o n p a r a me t e r ． F h i r d l y ，t h e h e a l t h a s s e s s me n t m o d e l o f XL P E p o w e r c a bl e s i s e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e f u z z y g r e y c l u s t e r i n g c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n t h e o r y． r h e n ， 1 1 0 一 k V XLP E p o we r c a b l e s a r e t a k e n for e x a mp l e， s h o ws t h a t t h e c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n r e s u l t i s c o n s i s t e n t wi t h t h e a c t u a l s t a t u s o t e q u i p me n t wh i c h p r o v e s t h e p r o p o s e d n n ) d e l a n d me t h o d e f f e c t i v e n e s s a n d v a l i d i t y ． Ke y wo r ds ： XL PE p o we r c a b l e s ； h e a l t h a s s e s s me n t ； f u z z y g r e y( l u s t e r i n g c o mp r e h e n s i v e e v a l u t i o n；a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s 1 引言 X L P E电力电缆具有击穿 电场强度高 、介质损 耗小 、载流量大等极佳 的电气性能 ，被广泛应用 于高压电路中。为保证电力电缆处于良好运行状 态 ，提高供电可靠性 ，减少经济损失 ，有必要对 X L P E电力 电缆进行合理的健康评价 ，发现问题于 萌芽阶段并及时解决 ，确保其健康 、安全运行。 X L P E 电力电缆的健康状况与各个指标的关系 需要建立在大量统计数据的基础上，然而，目前 国内对X L P E电力电缆等设备的健康评价研究还 处于起步阶段，没有大量的统计样本数据库，无 法直接得到设备的寿命模型，设备的状态评价存 在模糊性。因此，国内外专家学者开始结合模糊 数学原理，对电力电缆等电力设备进行综合评判 和故障分析 ，并取得了一定研究成果。文献【 1 】 提 了一种基于模糊综合评判 的城市电网电缆化改 造方法 ；文献[ 2 】 结合模糊数学提 出用模糊综合评 判法评估电力变压器 的工作状态。文献【 3 ] 提到由 于评判者 的能力偏好不 同导致评判标准不统一 ， 带有一定灰度 ，且设备各部件关系不 明确 ，故引 入了灰色理论 ，文献[ 4 ] 基于灰色关联分析法对 电 缆火灾危险进行分析；文献[ 5 ] 采用基于灰色聚类 分析的方法对变压器绝缘故障进行诊断。 对于电力设备状态评价问题 ，如单纯使用模 糊数学进行评价容易造成信息的丢失；若仅采用 灰色理论方法 ，则不能充分利用评价规则模糊性 的特点。基于以上考虑 ，本文将灰色理论 与模糊 评价方法相结合，建立一种基于模糊灰色理论的 收稿 日 期：2 0 1 1 —0 7 —2 0 l 【2 0 I I 【 ．．．．。。 。．． ． ．．． ．．．。 。1 ． ． — — — — — — — — — — — — — ． 。 ． J 。 。 。 。 ． ． ． 。 。 。。 ． 。 ． ． ． ． 研究与 综合评价方法。 本 文全面分析可 能影 响 X L P E电缆健 康状况 的各 种 内外部 因素 ，通过 预 防性 试验 、在线 监 测 、巡检和历史记录进行数据获取 ；根据 目前 的 条件，充分考虑工程应用的可操作性，选取合理 的状态参量 ；在专家评判 的基础上采用 A HP 法确 定权重系数 ，基于模糊灰色 的综合评价法 ，建立 X L P E电力电缆 的健康评价模 型。该方法不仅提高 了评判 电力 电缆健康度 的科学性和可靠性 ，确保 电力 系统 的安全 稳定 运行 ，而且 以此 为理论 依 据 ，还可对 电缆 的状态检修策 略方 案进行优化 ， 适时进行状态检修 ，减少人力物力 的损失 。 2 状态参量的选取 X L P E电力 电缆状态参量众多 ，选择合适的状 态参量至关重要 。X L P E电力 电缆状态参量体系分 为j层 ：第一层为电缆健康度评判目标层 ；第二 层 为因素层 ；第三层为具体状态参量指标层 。其 中 ，因素层 通过 分析 电缆 的运行 情况及 影 响因 素 ，将影响其运行的因素分为 内部因素和外部因 素 ；内部 因素 的相关状 态参 量 又划分 为机械 性 能 、绝缘性能 、热性能以及历 史记录 4 个类别状 态参量体系如图1 所示。 图1 电缆健康评价的状态参量 3 基于模糊灰色综合评判的健康评价 目前对 X L P E电力 电缆 的健康评价还处 于探 索阶段，由于各种因素与其健康度的内在关系复 杂 ，尚无法明确，而且专家评判存在一定灰度， 因此 ，本文采用模糊灰色综合评判法进行分析。 该方法结合模糊数学中的模糊综合评判与灰色理 论 中的灰色聚类分析理论 ，针对评价对象 中参量 关系模糊 、灰色 、难 以量化的特点 ，特别对解决 不确定 的小样本事件具有重要意义 。模糊灰色综 合评判法建立在实际经验的基础上 ，可操作性 强 ，通过状态评判 明确 电缆所处 的健康状况 ，可 为检修工作计划提供了理论依据。 3 ． 1 评判因素集 从图 1 可以看出，X L P E 电力电缆的健康评价 体系分为两层 ，第一层为 电缆健康度 ，第二层包 括内部因素和外部 因素两项 ，表示为 ： U = { U ． ， U 2 ) ， 第三层即为各具体指标参量 ，分别为 ： U 。 = { ．． ，“ ： ⋯， “ 。 ， M } ， U 2 = { U 2 1~ u 2 2 ， ⋯， U ,27 9 U ~2 8 } 。 3 ． 2权重确定 层次分析法( A H P ) 建立在专家咨询基础上，将 复杂系统中各指标划分为相互联系的有序层次， 把多层次 、多指标 的权重赋值简化为各指标重要 性 的两两 比较 ，然后进行 数学处理 ，具有可信 、 灵活和实用 的特点 。本文采用专家调研方式 ，邀 请供电局专家根据实际经验给出各因素间两两比 较的相对重要性 ，通过层次分析法进行计算，得 权重系数矩阵见表 1 。 表 1 权重系数矩阵 名称 矩阵 [ 0 ． 4 0 0 0 ， 0 ． 6 0 0 0 ] [ O ．2 4 0 9 ， 0 ．0 5 7 6 ， 0 ． 0 8 2 5 ， 0 ． 3 3 1 8 , 0 ． 0 2 0 7 ， 0 ． 1 0 8 1 ， 0 ． 0 2 0 7 ， 0 ． 0 2 9 6 ， 0 ． 1 0 8 1 ] [ 0 ． 0 8 5 9 ， 0 ． 0 4 0 4 ， 0 ． 2 2 1 8 ， 0 ． 2 2 1 8 ， 0 ． 0 2 0 6 ， 0 ． 0 2 8 1 ， O ． 0 5 9 0 ， 0 ． 3 2 2 4 】 表 1 中，W 、W 。 、W ： 分别表示内外部因素 以及具体状态参量的权重系数矩阵。 3 ．3 利用灰色聚类理论构造模糊隶属矩阵 ( 1 )确定评判准则 对每一层指标参量进行评价，如表 2 所示。 研究与 3 ． 4模糊评价 采用加权运算 ，对最终风险度进行评价得 ： = 6 。 ， ⋯ ， b ] = [ ⋯ W ] o r 当b = m a x { b ， b 2 , b 3 ,6 } 时， 评语为 “ 正常”状 态 ； 当b = m a x ， b 2 , b 3 , b } 时， 评语为 “ 可靠性下 降”状态 ； 当b = m a x { 6 ， b 2 , b 3 , b } 时， 评语为 “ 怀疑”状 态 ； 当b = m a x ，6 ， b 3 , b } 时， 评语为 “ 危险”状 态。 4实例分析 基 于 上 述 方 法 ， 本 文 对 某 一 实 际 电 网 l 1 0 k V X L P E电力电缆线路进行健康评价 ，其状态 参量 的评价如表 4 所示 。 表 4 状态量专家评价结果 状态量 评价 l 状态量 评价 电缆主绝缘绝缘电阻0 ． 2 年负荷情况 O ． 2 电缆外套层绝缘电阻 O - 2 污秽度0 ． 2 护层过电压保护器 蚁害 0．4 对地绝缘电阻 局部放 电量0 ． 2 地质灾害0 ． 2 电缆线芯温度 O ． 2 湿度0 ． 2 接地电流0 ．2 敷设情况0 ． 2 交叉互联系统互联箱 刀闸接触电阻 0 - 2 外部 冲击0 ． 2 运行年限0 ． 2 外力破坏0 ． 4 缺陷及检修情况0 ． 2 结合表 1 权重取值和表 2 评判准则 ，通过 白化 权 函数对 电缆 的健 康度进行模糊 灰色综合评价 ； 将评价值代人白化权函数 ，根据综合聚类系数公 式 ，得到： 内 部 因 素 ， = 【 1 ， 0 ． 3 3 3 3 ，0 ， 0 】， 外 部 因 素 E= [0 ．6 3 7 2 ， 0 ．6 9 6 1 ， 0 ，0 ] ，则归一化后的该线路电缆 健康度 H= [0 ．5 8 6 7 ， 0 ．4 1 3 3 ， 0 ，0 】 ，根据文献[ 1 0 ] 中提 到的最大隶属值有效度 ，采用最大隶属值进行判 断，因此判断该线路总体处于 “ 正常”状态 ，能 够正常运行。由评价结果还可以看出，该线路内 部性 能较好 ，基本不存在劣化迹象 ，无需跟踪观 察 ，但外部环境较差 ，需加强巡视管理。 5结论 X L P E电力电缆的工作状态和寿命可以通过试 验和监测获取 内部因素 的状态参量 ，巡视获取外 部因素的状态参量进行综合判断，本文结合模糊 数学和灰色理论，将模糊灰色综合评判的方法引 入到 电力 电缆的状态评估 中，以实际电网 1 l O k V X L P E电力电缆为例进行评估与分析 ，得到以下结 论 ： ( 1 )本文通 过获取 X L P E电力 电缆各主要状 态参量，采用专家调研方式 ，运用模糊层次分析 法确定权重 ，客观全面地反映 各状态参量对设 备健康度 的贡献程度 ，具有可信 、灵活和实用的 特点 ； ( 2 )结合电力电缆内外部因素，引入模糊数 学和灰色理论 的方法 ，建立基于模糊灰色综合评 判 的 X L P E电力 电缆状态评价模型 ，实例校验证 明了该模型是有效的，具有较强的可操作性； ( 3 )通过评估结果可对电力 电缆的状态检修 工作提供指导依据，增强了设备检修的针对性， 提高了工作效率。 参考文献： [ 1 ]葛少云，闰大威，董智． 基于模糊综合评判的城市电 网 电缆 化 改造[ J ]． 现 代 电 力 ，2 0 0 5 ，2 2 ( 3 ) ： 37-40 ． 1 2 J B i P e n g x i a n g ，Xu e J u n ，Ni J i a n l i ，e t a 1 ． P r a c t i c e a n d s t r a t e g y f o r c ond i t i o n b a s e d ma i nt e na nc e o f po we r s u p— p l y e q u i p me n t l RJ． I E E E ／ P E S T r a n s mi s s i o n a n d Di s — t r i but i o n Co nf e r e nc e &Ex hi bi t i on： As i a a n d Pa c i fic Da l i a n， Chi na， 2 0 05． 1 3 j J o h a n S k j o l b e r g ， S v e ~ e Hv i d s t e n ， Ha l l v a r d F a r me o Ex pe rie nc e f r o m o n— — s i t e c o nd i t i o n a s s e s s me nt of XLPE MV c a b l e s [ A]． I E E E I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n E l e c t ri c a l I n s u l a t i o n [ C] ，J u n e 2 0 0 6 ：4 3 2 — 4 3 5 ． [ 4 ]S ． B o mb e n ，H_ G． S e d d i n g ，S ． Ri z z e t t o ． A s s e s s me n t o f s t a t i on c a bl e c o ndi t i on us i ng wi r e l e s s t e l e m e t r y a nd di a g— n o s t i c t e s t s[ J ]． I E E E E l e c t r i c a l I n s u l a t i o n Ma g a z i n e ， v o 1 ． 1 8 ，n o ． 4 ，J u l y ／ A u g u s t 2 0 0 2 ：2 4 — 2 9 ． [ 5 ]李俭 ，孙才新，陈伟根，等． 灰 色聚类与模糊聚类集 成诊断变压器内部故障的方法研究 [ I ]． 中国电机工 程学报 ，2 0 0 3 ，2 3( 2 ) ：1 1 2 —1 1 5 ． [ 6 ]廖瑞金 ，王谦． 基于模糊综合评判的电力变压器运行 状 态评估 模 型 ⋯ ．电力 系统 自动化 ，2 0 0 8 ，3 2 与臌 ( 3 ) ：7 0 -7 5 ． [ 7 ]钟小璇，陈曦． 基于灰色关联分析法的电缆火灾危险 性 分析[ 1 ]． 安 全 与 环境 工程 ，2 0 1 0 ，1 7 ( 4 ) ： 60 -6 3． [ 8 ]李俭 ，孙才新 ，陈伟根 ，等 基于灰 色聚类分析的充 油电力变压器绝缘故障诊断的研究 [ 7 ]． 电力技术学 报 ，2 0 0 2 ，1 7( 4 ) ：8 0 — 8 3 ． [ 9 ]党耀国，刘思峰 ，翟振杰 ，等． 灰色综合聚类评估模 型的研究 [ 1 ]． 统计与决策，2 0 0 4( 1 0 ) ：4 — 5 ． [ 1 0 ]李立新，刘琳 ，王强． 模糊灰色综合评价方法的构建 及应用 ⋯ ． 沈阳建筑大学学报 2 0 0 8 ，2 4( 4 ) ： 5／7 —58 【 】 ． [ 1 1 ]郭鹏，施品贵． 项 目风险模糊灰色综合评价方法研究 [ J ] 西安理工大学学报，2 0 0 5 ，2 1( 1 ) ：1 0 6 —1 0 9 ． [ 1 2 ]陈耀辉 ，孙春 燕． 模糊综合评判法 中的最大隶属原则 有效度 [ J ] 重庆师范学院学报 ，2 ( ) 0 1 ，1 8( 1 ) ： 4 气一47 第一作者简介：李平，女 ，1 9 7 6 年生，湖北人，硕士 ， 工程师。研究领域：电网业务信息化。已发表论文3 篇。 ( 编辑 ： 阮毅1 ， ．+。 十。 ■。 ． 卜 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 + 十。 +。 +” + + +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +” +。 + + 十 海 科莓 + 工 格里森又增 添了2 6 0 H 和4 0 0 H 两种 新型 滚齿机 j ! t i 美国 格 里森 公司的G e n e s i s 系 列机 床最 近 齿加 工的 应用范围， 无 论是／ b ~ tt 量还是自 动 j 又增添了两种新型2 6 0 H和4 0 0 H立式滚齿 装料的大批量生产。新型的2 6 0 H和4 0 0 H ； i 机， 用于 生产直齿 和斜 齿轮， 可 加工的 最大 滚 齿机 设计简洁， 操作和 维护简 单易 行。 它 直 径分 别为2 6 0 m m 和4 0 0 m m ， 最大 轴向 行程 们配 备了 西门 子8 4 0 D 数控系统， 安装有格 i 可达7 0 0 m m，用于加工超长的轴类齿轮。这 里森最新开发的基于 Win d o w s ?的应用软 i 阜 种新型G e n e s i s 滚齿机特别适用于当 今日 趋流 件， 具有极佳的用户友好界面。所有主要的 _I + 行的干切，它的特点是非常整洁的切削空 维护单元都集中在容易操作的部位， 便于快 ； + 问， 还有矿物聚合物整体铸型的床身， 具有 速维护。 ； 十 十分优异的阻尼和热稳定性。 它们在相同规 新型的2 6 0 H和4 0 0 H滚齿机设计简 + t 格的机床中也具有最小巧的体积，既可以独 沽， 操作和维护简单易行。它们配备了西门 十 j 立安装也 可以 与 所有 类型的自 动装 料装置相 子8 4 0 D 数控系 统， 安装有格里森最 新开发 t ； 配合， 组成加工单元。此外， 还便于操作者 的基于W i n d o w s 的应用软件， 具有极佳的用 t ； 快速地手动装卸T件或更换夹具 户友好界面。 所有主要的维护单元都集中在 i 此外， 用户还可以 在两 种直接 驱动工 作 容易 操作的 部位， 便于 快 速维护。 两种 新型 ； i 台 组件、 两种 高性能 滚切头 架、 多 用途工 具 机床在 设计上 都最大限 度 地满足 用户对于 节 接E l 、 快换 夹具、内 置旋转 式倒角 去毛刺 装 能和 环保的 要求， 采用了 大量新 技术， 大大 i ； 置等诸多选项中进行选择， 极大地丰富了 滚 减少能源消耗。 i ： 十 { } L u mi n u s 发布首款单芯片L E D替代灯 |I t { l ： 十 美国L u m i n u s D e v i c e s 公司宣布其白光 成在金属芯印刷电路板上，其亮度提高了 + t L E D C B T 一 9 0 有了新突破， 可以替代之前的 2 5 ％，最高输入电流时光通量可超过 t 3 0 0 W氙气灯和1 7 5 W金卤 灯，为医疗、 娱乐 2 2 0 0 1 m 。 十 了 照明等专业照明应用提供相当于系统级的光 同样， C B T 一 9 0 也可取代1 7 5 W金卤灯在 t ： 输出。 娱乐照明中的应用。 了 t D 1 1 n n 口 爪 。 ⋯ ⋯ 、， ，， 占^ 一十 佳 + ； c B T 一 9 0 只 有 一 个 3 m m 3 m m 的 芯 片 集 j +． +。 +。 +． +． +。 +． + +． +． +。 +。 +． +。 +． +． +。+． +。 +． + +。 +． +． +。 +。 +． +。 十． + + k +． +。 +。 +． +． +。 +． + +． +． +。 +。 +． +。 — 卜． +． +。+． +。 +． + +。 +． +． +。 +。 +． +。 +． + —卜 L l 2 4 L l