基于专家模糊评价的电力电缆故障预警研究

基于专家模糊评价的电力电缆故障预警研究

杨远，王尉军

贵州电网有限责任公司贵阳供电局 贵州省 贵阳市 550005

摘要：电缆绝缘破损是电缆故障的先兆，因此针对电缆绝缘监控可以有效预测电缆故障。文章综合考虑电缆运行绝缘因素、负载因素和环境因素，建立专家模糊系统综合评判指标，计算电缆损坏概率；提出电缆故障预警系数概念，将专家系统评判指标划分三级，并提出相应处理措施。工程实例验证：文章提出模型可以准确诊断电缆运行状态，对电缆故障起到预警作用，具有一定实用价值。

关键字：电力电缆 ；故障；模糊评价

0 引言

随着城市化规模增大，电力电缆使用愈发广泛，其面临的故障预测、诊断和寿命评估问题也需要进一步研究。相关学者指出：电力电缆故障诊断趋势必然从“故障检修”转变为“故障预警”，即通过综合研判电缆健康状况，提前定位非正常状态电力电缆^[1]，结合大修技改及时处理，提高电缆寿命，减少停电事故。

现有电力电缆故障预警体系考虑因素单一^[2]，易造成幸存者偏差，难以工程实用。文章提出综合考虑多因素影响的电缆故障预警策略，尽量全面考虑影响电缆状态因素，使评价体系更为全面反应电缆健康情况。

1 故障预警体系建立

文章综合考虑影响电力电缆健康状态的因素，选取主要指标如下：介质损耗角、外部绝缘、泄漏电流、接地电容电流、线芯温度、电缆电流、环境湿度和环境温度。选取因素^[4]主要包含三方面：绝缘因素、负载因素和环境因素。因此文章通过总结上述影响因素，构建指标体系如1所示。

图1 电力电缆预警体系

仔细分析上述影响因素，可以发现上述8项因素可分为：促进型（指标越大，电缆越健康）、抑制性（指标越小，电缆越健康）、适度型（指标越接近中值，电缆越健康）。由于因素量纲不一致，评价前先进行归一化处理，如公式(1)所示。

（1）

式中： 为第i个指标归一化后数值； 为该指标实际测量值； 为该指标理想状况最优值， 为正常情况下允许最大值， 为正常情况允许最小值，其取值均依据专家经验选择。

2 基于专家模糊评价的电缆故障预警过程

由于评价体系考虑因素较多，综合评价客观程度高，但是需要采用综合评判方法，避免某因素权重较大造成的干扰。专家模糊评价式当前应用最广泛的综合评价方法，具有较好的工程实践性，因此文章采用专家模糊评价建立故障预警模型如图2所示。

图2 基于专家模糊评价的电缆预警模型

模糊映射和评价矩阵、单层评估和综合评价为专家模糊评价基本公式，具体计算参考文献[4]。

综合评价后得到模糊预警矩阵后，文章提出电缆综合预警等级概念，将模糊预警矩阵数据与实际电缆预警情况有机结合，分为三个等级，如公式(2)所示。

（2）

定义：当Q处于0-0.3时，预警等级为3级，电缆健康；Q处于0.3-0.7时，预警等级为2级，电缆状况一般，可以继续运行，但需要加强巡视；Q处于0.7-1时，预警等级为1，电缆状况恶劣，需要及时检修。

3 实例分析

现已知某110kV电力电缆情况归一化处理后如表1所示。

表1 电缆预警指标归一化处理数值表

运用文章所示综合评价指标对上述归一化数值进行预警测试，得到1月模糊矩阵G和综合预警系数Q如下所示。

从计算可知Q属于0-0.3范围，为健康状态，预警等级为3级。

统计分析1-6月数据，可知：随着月份递增，该电缆绝缘层预警参数持续上升；负载预警系数波动较大，与天气关系密切；环境预警参数于4月最高。传统电缆预警只考虑绝缘因素层，这忽略了负载因素层和环境因素层对电缆综合预警系数的影响。

若单一考虑绝缘因素层，2月份的电缆预警程度应该略高于1月份，但是在综合考虑了负载因素层和环境因素层后，2月份的电缆综合预警系数仍低于1月份。根据预警划分，在1月到6月期间该电缆预警等级由第3级上升到第2级，预示电缆出现劣化，但总体健康状态仍属良好。实际该电缆在投入使用的3年中运行良好也确实未出现故障，因此本文给出电缆综合预警系数与实际情况相符合。

参考文献

[1]陈尚,蒋毅,宋珍.电力电缆火灾风险评价模型与预警信号分级[J].南方电网技术,2020,14(4):3-7,16.

[2]谌业刚,龚士宝,陈斌, 等.电力电缆故障监测及预警系统的设计[J].测控技术,2017,36(1):144-148.

[3]虢韬.基于数据驱动的电缆信息融合技术研究[J].电子设计工程,2020,28(19):35-39.

[4]葛侠,付保川.模糊综合评价建模方法及其应用[J].苏州科技学院学报（自然科学版）,2015,(2):19-23,64.