申请/专利权人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司;河海大学;国网江苏省电力有限公司;国家电网公司

申请日：2018-05-25

公开（公告）日：2021-02-26

公开（公告）号：CN108548999B

主分类号：G01R31/12(20060101)

分类号：G01R31/12(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.26#授权;2018.10.16#实质审查的生效;2018.09.18#公开

摘要：本发明涉及一种电缆绝缘状态评估方法，属于电性能的测试技术领域。该方法执行如下步骤：1）监测电缆的选定四种绝缘参数；2）建立基于模糊理论的电缆绝缘状态模糊矩阵；3）选用合适的隶属度函数计算隶属度；4）根据基本可信度分配函数计算基本可信度；5）根据改进Dempster合成规则得到最终合成向量；6根据最终合成向量的元素值的相互关系评估电缆绝缘状态。该方法实现根据多绝缘参数对电缆绝缘状态进行在线实时综合评估，具有评估便捷、安全、及时和准确的特性。

主权项：1.一种电缆绝缘状态评估方法，其特征在于执行步骤如下：1对所述电缆进行在线监测，得到绝缘电阻、介质损耗角、直流泄漏电流和接地电容电流的四项绝缘参数的表达量u1、u2、u3和u4；其中u1表示所述绝缘电阻的倒数，u2表示所述介质损耗角正切值tanδ，u3表示所述直流泄漏电流，u4表示所述接地电容电流；2将所述电缆绝缘状态划分为良、中、差三个绝缘等级，分别以f1、f2、f3表示，以所述四项绝缘参数的表达量u1、u2、u3和u4和所述三个绝缘等级的表达量f1、f2、f3建立阶数为4×3的模糊矩阵M；3选取隶属度函数并计算所述模糊矩阵M中的元素值，选用岭型分布的偏小型、中间型、偏大型三种隶属度函数f1ui、f2ui、f3uii＝1,2,3,4分别作为所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的三种隶属度函数，三种隶属度函数以下式1～3表达： 其中，x0、x1、x2、x3表示所述电缆绝缘状态在发生改变时所述四项绝缘参数的表达量u1、u2、u3和u4的临界值；分别计算所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的隶属度aij＝fjuii＝1、2、3、4，j＝1、2、3，得到所述模糊矩阵M＝{aij}；4按照下式4～7计算所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的基本可信度mifj， 上式中，αi为最大相关系数；βi为相关分配值；Ri为可靠性系数；i＝1、2、3、4，j＝1、2、3；5对所述四项绝缘参数的四组基本可信度向量mimi＝[mif1,mif2,mif3]i＝1、2、3、4进行合成：首先按下式8计算第一组基本可信度向量m1和第二组基本可信度向量m2之间的第一冲突系数k12，若k12不趋近于1，则按下式9进行合成得到第一组基本可信度合成向量m12， 上式中，A、B、C为Θ＝{f1，f2，f3}的子集；若第一冲突系数k12趋近于1，则按下式10先计算第一组基本可信度向量m1和第二组基本可信度向量m2之间的证据距离d12，再按照下式11计算第一修正冲突系数k'12，求得信任系数α＝1-k'12，最后按下式12修正得到第一组修正基本可信度合成向量m'12； k′12＝k12+d12211 重复上述过程，继续将第一组基本可信度合成向量m12或第一组修正基本可信度合成向量m'12分别与第三组基本可信度向量m3进行合成，得到第二组基本可信度合成向量m123或第二组修正基本可信度合成向量m'123；再将第二组基本可信度合成向量m123或第二组修正基本可信度合成向量m'123分别与第四组基本可信度向量m4进行合成，得到第三组基本可信度合成向量m1234或第三组修正基本可信度合成向量m'1234；6比较所述第三组基本可信度合成向量m1234或第三组修正基本可信度合成向量m'1234的三个元素值，若第一个元素值最大，则判断电缆绝缘状态为良；若第二个元素值最大，则判断电缆绝缘状态为中；若第三个元素值最大，则判断电缆绝缘状态为差。

全文数据：电缆绝缘状态评估方法技术领域[0001]本发明涉及一种对电缆尤其是XLPE电缆的绝缘状态进行综合评估的方法，属于电性能的测试技术领域。背景技术[0002]随交联聚乙烯XLPE电缆因其具有非常好的电气性能，在电力系统中的应用越来越广泛。电缆的安全稳定运行是保障供电可靠性的关键之一，但因其数量巨大，绝缘故障时有发生。因此对其进行绝缘状态评估，尽早发现绝缘劣化情况以预防绝缘故障的发生就显得尤为重要。传统的预防性试验由于需要停电、损害电缆等缺点已难以满足人们对供电安全可靠的需求。而绝缘特性试验不需停电且不会损伤绝缘性能，即可判断电缆绝缘状态以预防绝缘故障的发生，主要包括对绝缘电阻、质损耗角正切值、直流泄露电流、接地电容电流等绝缘参数的测量。随着传感器等技术的发展，上述绝缘参数都可通过在线监测设备测得，从而令在线评估电缆绝缘状态成为可能。[0003]目前国内对电缆绝缘状态的评估方法，主要还是通过停电预防性试验或者离线绝缘特性试验进行评估。为弥补上述方法的缺陷与弊端，急需一种能综合多项绝缘参数的在线评估方法用于电缆绝缘状态评估。发明内容[0004]本发明解决的技术问题是:提出一种可以在线实时、便捷、安全和准确评估电缆绝缘状态的方法。[0005]为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是:一种电缆绝缘状态评估方法，执行如下步骤：[0006]1对所述电缆进行在线监测，得到绝缘电阻、介质损耗角、直流泄露电流和接地电容电流的四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4;其中Ul表示所述绝缘电阻的倒数，U2表示所述介质损耗角正切值tan5，U3表示所述直流泄露电流，U4表示所述接地电容电流；[0007]2将所述电缆绝缘状态划分为良、中、差三个绝缘等级，分别以Lf2J3表示，以所述四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4和所述三个绝缘等级的表达量；^142、€3建立阶数为4X3的模糊矩阵M;[0008]3选取隶属度函数并计算所述模糊矩阵M中的元素值。选用岭型分布的偏小型、中间型、偏大型三种隶属度函数Mm、f2m、f3mi=l，2,3,4分别作为所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的三种隶属度函数，三种隶属度函数以下式（1〜3表达：[0009][0012]其中，XQ、Xl、X2、X3表示所述电缆绝缘状态在发生改变时所述四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4的临界值；[0013]分别计算所述四项绝缘参数对所述三种绝缘等级的隶属度aij=fjUii=l、2、3、4,j=l、2、3，得到所述模糊矩阵M={aij};[0014]4按照下式4〜⑺计算所述四项绝缘参数对所述三种绝缘等级的基本可信度m“fj，[0019]上式中，Ql为最大相关系数;氏为相关分配值;R1S可靠性系数;i=l、2、3、4，j=l、2,3；[0020]5对所述四个绝缘参数的四组基本可信度向量mimi=[mifi，πηf2，πηf3]i=1、2、3、4进行合成：[0021]首先按下式8计算第一组基本可信度向量m和第二组基本可信度向量m2之间的第一冲突系数k12，若k12不趋近于1，则按下式⑼进行合成得到第一组基本可信度合成向量mu,[0024]上式中，A、B、C为Θ=，f2，f3}的子集；[0025]若第一冲突系数k12趋近于I，则按下式（10先计算第一组基本可信度向量m和第二组基本可信度向量肥之间的证据距离d12，再按照下式（11计算第一修正冲突系数k’12，求得信任系数a=l-k’12，最后按下式（12修正得到第一组修正基本可信度合成向量m’12;[0026][0027]k7i2=ki2+di2211[0028][0029]重复上述过程，继续将第一组基本可信度合成向量m12或第一组修正基本可信度合成向量111’12分别与第三组基本可信度向量m3进行合成得到第二组基本可信度合成向量Hl123或第二组修正基本可信度合成向量m’123;再将第二组基本可信度合成向量mi23或第二组修正基本可信度合成向量m’123分别与第四组基本可信度向量m4进行合成得到第三组基本可信度合成向量m1234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234;[0030]6比较所述第三组基本可信度合成向量HI1234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234的三个元素值，[0031]若第一个元素值最大，则判断电缆绝缘状态为良；[0032]若第二个元素值最大，则电缆绝缘状态为中；[0033]若第三个元素值最大，则电缆绝缘状态为差。[0034]上述技术方案的补充一是:所述第3步骤中，对所述电缆的绝缘状态进行初步判断是：当U1Sxo时，表明所述电缆的绝缘状态为良；当XQX3时，表明所述电缆绝缘状态为差。[0035]上述技术方案的补充二是:所述电缆是XLPE电缆。[0036]本发明采用上述技术方案的有益效果是:A.与现有单一参数进行绝缘状态评估的方法相比，由于采用多（四个参数进行绝缘状态评估，可以降低评估的偶然性;B.与现有停电预防性试验进行评估的方法相比，由于不需要停电去现场而是实时在线监测，可以提高绝缘评估的便捷性和安全性;C.与现有离线绝缘特性试验的评估方法相比，由于实时在线即可获得结果，因此更加快捷；D.由于解决了当多参数间的证据间存在较大冲突时，对Dempster合成规则进行改进修正，因此可提高评估的准确性。附图说明[0037]下面结合附图对本发明的作进一步说明。[0038]图1是本发明实施例中岭型分布的三种隶属度函数示意图。具体实施方式[0039]实施例[0040]本实施例的电缆绝缘状态评估方法，选择具体的一条XLPE电缆，执行如下步骤：[0041]1对该条XLPE电缆进行在线监测，得到四项绝缘参数分别是绝缘电阻、介质损耗角、直流泄露电流和接地电容电流）的表达量^=5.251^,112=0.11^,113=6.441^,114=0.42A。其中Ui表示绝缘电阻的倒数单位nS;U2表示介质损耗角正切值tan5单位％;U3表示直流泄露电流单位nA;U4表示接地电容电流单位A。[0042]2将该条XLPE电缆的绝缘状态划分为良、中、差三个绝缘等级，分别Wf!表示“良”，f2表示“中”，f3表示“差”；以四项绝缘参数的表达量m、U2、u3和U4和三个绝缘等级的表达量Lf2J3建立阶数为4X3的模糊矩阵M。[0043]3选取隶属度函数并计算所述模糊矩阵M中的元素值。选用岭型分布的偏小型、中间型、偏大型三种隶属度函数fim、f2m、f3mi=l，2,3,4分别作为所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的三种隶属度函数，三种隶属度函数以下式（1〜3表达：[0047]其中，XQ、XI、X2、X3表示电缆绝缘状态在发生改变时上述四项绝缘参数表达量Ul、U2、U3和U4的临界值。[0048]参考预防性实验和绝缘判据，四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4及其临界值如表1所示。[0049]表1[0050][0051]分别计算四项绝缘参数对三个绝缘等级的隶属度aij=fjmi=I、2、3、4，j=I、2、3，得到所述模糊矩阵M={au}。[0052]将表1的参数代入式⑴〜⑶，可计算得到模糊矩阵M的各元素值如下所示：[0053][0054]—般情况下，还可以根据上述四项绝缘参数表达量m、U2、U3和U4与其临界值XtKX!、X2、X3的关系，对电缆的绝缘状态进行初步判断，具体是：当UiX3时，表明该条XLPE电缆绝缘状态为差。[0055]4计算四项绝缘参数对三个绝缘等级的基本可信度mt，计算过程如下式⑷〜⑺所示：[0060]上式中,Ct1为最大相关系数;氏为相关分配值;R1S可靠性系数;i=l、2、3、4，j=l、2、3〇[0061]将上述模糊矩阵中的各元素值代入上式4〜（7计算四绝缘参数对三个绝缘状态等级的基本可信度mfj，计算结果如表2所示。[0062]表2[0063][0064]5对四个绝缘参数的四组基本可信度向量mi=[mifi，mif2，nuf3]i=l、2、3、4进行合成。[0065]首先根据Dempster合成规则按式8计算第一组基本可信度向量mi和第二组基本可信度向量m2之间的第一冲突系数k12，若k12不趋近于1，则按式9进行合成得到第一组基本可信度合成向量mi2。[0068]上式中，A、B、C为Θ=，f2，f3}的子集。[0069]若第一冲突系数k12趋近于1，则对Dempster合成规则进行改进修正。即先按式（10计算第一组基本可信度向量m和第二组基本可信度向量!112之间的证据距离d12，再按照式11计算新的第一修正冲突系数k’12，求得信任系数a=l_k’12，最后按式（12修正得到第一组修正基本可信度合成向量m’12。[0073]继续重复上述合成过程式8〜式（12，将第一组基本可信度合成向量m12或第一组修正基本可信度合成向量111’12分别与第三组基本可信度向量Π13进行合成，根据得到的第二冲突系数k123或第二修正冲突系数k’123,计算得到第二组基本可信度合成向量Hl123或第二组修正基本可信度合成向量m’123;同理再将第二组基本可信度合成向量HI123或第二组修正基本可信度合成向量m’123分别与第四组基本可信度向量m4进行合成，根据得到的第三冲突系数k1234或第三修正冲突系数k’1234,计算得到第三组基本可信度合成向量Hl1234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234〇[0074]6作为最终合成向量的第三组基本可信度合成向量Hi1234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234均是具有三个元素值的一行向量。比较三个元素值大小，若第一个元素值最大，则电缆绝缘状态为良；若第二个元素值最大，则电缆绝缘状态为中；若第三个元素值最大，则电缆绝缘状态为差。[0075]具体向量合成计算和判断过程如下：[0076]将表2中的第一组基本可信度向量m=[0.668，0.333，0]和第二组基本可信度向量m2=[0.689,0.321，0]进行合成。[0077]首先根据上式⑻计算第一冲突系数[0078]ki2=mifiXm2fi+mif2Xm2f2+mif3Xm2ft=0.567。[0079]因为k12不趋近于I，则按上式9进行合成得到第一组基本可信度合成向量m12的三个元素值如下：[0080]mi2fi=mifiXm2fiki2=0.812[0081]mi20¾=mi0¾Xm20¾ki2=0.188[0082]mi2f3=miftXm2f3ki2=0[0083]即第一组基本可信度合成向量血2=[0·812，0·188，0]。[0084]同理继续将第一组基本可信度合成向量m12与第三组基本可信度向量m3进行合成，可得第二冲突系数[0085]ki23=mi2fiXm3fi+mi2f2Xm3f2+mi2f3Xm3f3=0.614。[0086]因为k123也不趋近于I，则按上式9进行合成计算得到第二组基本可信度合成向量Π1123的三个元素值如下：[0087]mi23⑹=mi2⑹Xm3⑹ki23=0.898[0088]mi23f2=mi2¾Xm3f2ki23=0.102[0089]mi23⑹=mi2⑹Xm3⑹ki23=0[0090]即第二组基本可信度合成向量血23=[0·898，0·102，0]。[0091]同理，最后将第二组基本可信度合成向量Hl123与第四组基本可信度向量Π14进行合成，可得第三冲突系数[0092]ki234=mi23fiXimfi+mi23f2Ximf2+mi23ftXimf3=0.644。[0093]因为k1234也不趋近于I，则按上式9进行合成计算得到第三组基本可信度合成向量Π11234的三个元素值如下：[0094]mi234fi=mi23fiXm4fiki234=0.948[0095]mi234f2=mi23f2Xni4f2kl234=0.052[0096]mi234ft=mi23f3Xm4ftkl234=0[0097]即第三组基本可信度合成向量血234=[0·948，0·052，0]。[0098]由于第三组基本可信度合成向量Hi1234中的第一个元素值0.948是三个数值中最大值，因此判断本实施例中的XLPE电缆绝缘状态为良。[0099]上述本实施例中在线监测四项绝缘参数的方法均是采用现有技术，具体是：[0100]1、采用直流叠加法，将50V直流电源通过接地电压互感器的中性点、运行母线加到电缆。滤除测试回路中的交流成分，只检测流过电缆绝缘层的直流电流，最后换算成绝缘电阻值。[0101]2、通过加装在电缆接地线上的电流传感器测取接地线电流信号包含直流泄露电流和接地电容电流），然后进行离散傅里叶变换计算得到直流泄露电流和接地电容电流这两个电流值。[0102]3、为获取介质损耗角正切值，需测量电缆运行电压和电流信号。电缆运行电压信号可由变电站母线电压互感器获取，电流信号可由金属屏蔽层接地线上电流传感器获取。进行快速傅里叶变化得到两者基波信号后，可求得介质损耗角正切值。[0103]本实施例中表2的临界值取值参考现有技术（中国电力出版社2011出版的《高压交联聚乙烯电缆试验及维护技术》刘刚，刘毅刚和中国电力出版社2007出版的《电力电缆试验及监测技术》韩伯锋）中的取值。模糊矩阵、隶属度函数、岭型分布等概念可参考武汉大学出版社2010年出版《模糊理论基础艺术》胡宝清编著）。基本可信度、Dempster合成规则等概念可参考（中国人民大学出版社1993年出版的《证据理论与决策、人工智能》段新生）。[0104]本实施例仅给出的冲突系数k12、k123、k1234均未趋近于1的情形，但是对于冲突系数趋近于1的情形，本领域技术人员按照上述指导不难得出最终基本可信度合成向量，从而对电缆绝缘状态做出最终的评估判断。[0105]本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，比如除上述实施例XLPE电缆也可以适用于其他电缆;凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。

权利要求：I.一种电缆绝缘状态评估方法，其特征在于执行步骤如下：1对所述电缆进行在线监测，得到绝缘电阻、介质损耗角、直流泄露电流和接地电容电流的四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4;其中Ul表示所述绝缘电阻的倒数，U2表示所述介质损耗角正切值tan5，U3表示所述直流泄露电流，U4表示所述接地电容电流；2将所述电缆绝缘状态划分为良、中、差三个绝缘等级，分别以fi、f2、f3表示，以所述四项绝缘参数的表达量111、112、113和114和所述三个绝缘等级的表达量；^1、€2、€3建立阶数为4\3的模糊矩阵M;3选取隶属度函数并计算所述模糊矩阵M中的元素值。选用岭型分布的偏小型、中间型、偏大型三种隶属度函数AU1、f2m、f3mi=l，2,3,4分别作为所述四项绝缘参数对所述三个绝缘等级的三种隶属度函数，三种隶属度函数以下式⑴〜⑶表达：其中，XQ、Xl、X2、X3表示所述电缆绝缘状态在发生改变时所述四项绝缘参数的表达量Ul、U2、U3和U4的临界值；分别计算所述四项绝缘参数对所述三种绝缘等级的隶属度aij=fjUii=1、2、3、4，j=1、2、3，得到所述模糊矩阵M={aij};4按照下式（4〜（7计算所述四项绝缘参数对所述三种绝缘等级的基本可信度mfj，上式中，ai为最大相关系数;Pi为相关分配值;Ri为可靠性系数;i=l、2、3、4，j=l、2、3;5对所述四个绝缘参数的四组基本可信度向量mimi=[miCfi，nu¢2，πηf3]i=l、2、3、4进行合成：首先按下式8计算第一组基本可信度向量m和第二组基本可信度向量m2之间的第一冲突系数k12，若k12不趋近于1，则按下式⑼进行合成得到第一组基本可信度合成向量m12，上式中，A、B、C为Θ=的子集；若第一冲突系数k12趋近于1，则按下式（10先计算第一组基本可信度向量m和第二组基本可信度向量肥之间的证据距离d12，再按照下式（11计算第一修正冲突系数k’12，求得信任系数a=l_k’12，最后按下式（12修正得到第一组修正基本可信度合成向量m’12;重复上述过程，继续将第一组基本可信度合成向量m12或第一组修正基本可信度合成向量111’12分别与第三组基本可信度向量m3进行合成得到第二组基本可信度合成向量m123或第二组修正基本可信度合成向量m’123;再将第二组基本可信度合成向量m123或第二组修正基本可信度合成向量m’123分别与第四组基本可信度向量m4进行合成得到第三组基本可信度合成向量mi234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234;6比较所述第三组基本可信度合成向量HI1234或第三组修正基本可信度合成向量m’1234的三个元素值，若第一个元素值最大，则判断电缆绝缘状态为良；若第二个元素值最大，则电缆绝缘状态为中；若第三个元素值最大，则电缆绝缘状态为差。2.根据权利要求1所述电缆绝缘状态评估方法，其特征在于所述第3步骤中，对所述电缆的绝缘状态进行初步判断是：当UiSxo时，表明所述电缆的绝缘状态为良；当XQX3时，表明所述电缆绝缘状态为差。3.根据权利要求1所述电缆绝缘状态评估方法，其特征在于所述电缆是XLPE电缆。

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