一种基于改进TOPSIS法的电缆线路运行状态综合评估方法与流程

一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法
技术领域
1.本发明涉及高压绝缘的技术领域，尤其涉及一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法。


背景技术：

2.电缆线路作为电网中传输电能的载体，直接面向用电单位，电缆线路安全稳定运行才能保障供电企业和用户的利益。目前电缆线路已广泛应用于城市各级电网中，其中半数电缆已使用多年，即将到达规定使用年限；且随着电缆线路在电网中使用规模的扩大和电压等级的提高，电缆线路运维管理中检修人员不足与检修工作量过大之间的矛盾进一步激化，电缆线路输电的安全性与稳定性日益受到重视，因此需要对电缆线路运行状态开展综合评估。
3.目前，面对日益突出的电缆线路运维问题，现场试验是检测电缆线路运行状态最直接的方法，通过测量局部放电、0.1hz介损、护层电流以及分布式测温等手段对电缆线路运行状态进行评估，但现场试验耗费大、数据少，难以全面反映电缆线路故障信息，评估技术存在瓶颈。且我国电缆线路目前仍处于定周期性检修，容易造成“过剩检修”或“失修”的情况，浪费大量人力、物力和财力，其中状态检修策略采用人工打分的方法，比较粗糙。因此，电力电缆的运维检修工作亟需新的技术支持，需要对电缆线路检修策略进行决策。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明提供了一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法解决现有的电缆线路运维耗费大、数据少评估性能差，且状态检修策略采用人工打分的方式，主观性强，人工成本高的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
8.本发明实施例提供了一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法，包括：
9.基于电缆线路运行状态构建原始指标体系，并对所述原始指标进行量化；
10.利用主成分分析法筛选所述原始指标体系，剔除原始指标之间的冗余信息，得到电缆线路运行状态的新指标；
11.所述新指标为筛选的主成分，计算所述主成分的贡献率，作为新指标权重；
12.通过topsis法构建电缆线路运行状态综合评估模型，对电缆线路运行状态进行评估，根据电缆综合评估得分情况，对电缆检修策略进行决策。
13.作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选
方案，其中：所述原始指标体系包括两个一级指标，分别为：现场试验指标，检修运维指标；
14.所述现场试验指标包括五个二级指标，分别为：导体温度x1、接地电流x2、局部放电x3、dp介损比x4及σ
dc
倍压比x5；
15.所述检修运维指标包括五个二级指标，分别为：电缆运行年限y1、线路过载程度y2、运行环境y3、故障记录y4以及电压偏移程度y5。
16.作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：利用主成分分析法筛选，得到电缆线路运行状态的新指标，包括：对原始数据进行标准化处理，将各原始指标变量值转变成新的标准指标值；
17.基于所述标准指标值计算相关系数矩阵；
18.计算相关系数矩阵的特征值及所述特征值对应的特征向量；
19.根据所述特征向量两两正交且为单位正交基得到特征矩阵；
20.基于所述特征矩阵构造新指标。
21.作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：
22.所述标准指标值a
ij
′
，表示为：
[0023][0024]
其中，a
ij
为第i个电缆第i项指标值，a
ij
′
为第i个电缆第i项标准指标值，uj为第j项指标的均值，sj为第j项指标标准差；
[0025]
所述相关系数矩阵r，表示为:
[0026]
r＝(r
ij
)m×n[0027][0028]
其中，r
ij
为第i个指标和第j项指标的相关系数，且r
ii
＝1,r
ij
＝r
ji
，a
ki
′
为第k个电缆第i项标准指标值，a
kj
′
为第k个电缆第j项标准指标值；
[0029]
所述特征矩阵构造新指标，表示为：
[0030][0031]
其中，ym为第m个主成分，am′
为第m项标准指标值，uj＝[u
1j
,u
2j
,...,u
mj
]为相关系数矩阵第j个特征值对应的标准化特征向量。
[0032]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：
[0033]
所述信息贡献率，表示为：
[0034][0035]
其中，λj为相关系数矩阵第j个特征值，bj为第j个主成分yj的信息贡献率；
[0036]
累计贡献率，表示为：
[0037][0038]
其中，λk为相关系数矩阵第k个特征值，a
p
为前p个主成分y1,y2…yp
的累计贡献率。
[0039]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：通过topsis法构建电缆线路运行状态综合评估模型，包括：
[0040]
利用标准0-1变换将各指标进行标准化处理；
[0041]
将所得各指标权重和标准化处理后的指标值相乘，构造加权规范矩阵；
[0042]
所述指标权重为主成分的信息贡献率，所述主成分为新指标；
[0043]
确定正理想解和负理想解，基于电缆到正负理想解的距离，计算得到排序指标值，并根据所述排序指标值由大到小进行排序；
[0044]
当排序指标值越大时，所述指标值对应的电缆线路运行状态就越好。
[0045]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：所述标准化处理，包括：将选取的各主成分值y
ij
转换成标准化主成分值y
ij
，所述指标数值均变换到[0,1]区间；
[0046]
若y
ij
为效益型指标：
[0047]
若y
ij
为成本型指标：
[0048]
其中，y
ij
为第i个电缆第j项主成分值，为第j项主成分值中最小值，为第j项主成分值中最大值，y
ij
为第i个电缆第j项标准化主成分值。
[0049]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：还包括：
[0050]
所述标准化处理后的指标值和各指标权重相乘构造加权规范矩阵，表示为：
[0051]cij
＝wj·yij i＝1,2
…
n；j＝1,2m
[0052]
其中，wj为第j项主成分的权重，y
ij
为第i个电缆第j项标准化主成分值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0053]
正理想解表示为：
[0054][0055]
其中，c
j*
为正理想解c
*
的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分
值；
[0056]
负理想解表示为：
[0057][0058]
其中，c
j0
为负理想解c0的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值。
[0059]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：基于电缆到正负理想解的距离，计算得到排序指标值，包括：
[0060]
电缆到正理想解的距离，表示为：
[0061][0062]
其中，为第i个电缆到正理想解的距离，c
j*
为正理想解c
*
的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0063]
电缆到负理想解的距离，表示为：
[0064][0065]
其中，表示第i个电缆到负理想解的距离，c
j0
为负理想解c0的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0066]
排序指标值，表示为：
[0067][0068]
其中，fi为第i个电缆的排序指标值，表示第i个电缆到负理想解的距离，为第i个电缆到正理想解的距离。
[0069]
作为本发明所述的基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估的一种优选方案，其中：根据电缆综合评估得分情况，对电缆检修策略进行决策，包括：
[0070]
当综合评分大于0.7时，则对电缆进行正常周期检修；
[0071]
当综合评分大于0.4且不大于0.7时，则对电缆加强巡视，适时安排检修；
[0072]
当综合评分不大于0.4时，则立刻对电缆安排检修。
[0073]
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明将现场试验技术与检修运维信息相结合，通过电缆线路运行状态综合评估指标集，构建电缆线路运行状态综合评估模型，对在运电缆检修策略进行决策评估，既降低了检修成本，又保障了电缆线路的安全稳定运行。
附图说明
[0074]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0075]
图1为本发明一个实施例所述的一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法流程图。
具体实施方式
[0076]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0077]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0078]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0079]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0080]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0081]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0082]
实施例1
[0083]
参照图1，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种基于改进topsis法的电缆线路运行状态综合评估方法，包括：
[0084]
s1:基于电缆线路运行状态构建原始指标体系，并对原始指标进行量化；
[0085]
更进一步的，原始指标体系包括两个一级指标，分别为：现场试验指标，检修运维指标；
[0086]
现场试验指标包括五个二级指标，分别为：导体温度x1、接地电流x2、局部放电x3、dp介损比x4及σ
dc
倍压比x5；
[0087]
检修运维指标包括五个二级指标，分别为：电缆运行年限y1、线路过载程度y2、运行环境y3、故障记录y4以及电压偏移程度y5。
[0088]
应说明的是，将所选各现场试验指标进行量化包括：
[0089]
当电缆过负荷运行或者发生故障时，会导致电缆导体温度升高，而电缆绝缘层中有机绝缘材料老化速率取决于导体运行温度；若导体温度过低同样也会影响电缆正常运行。根据不同条件下电缆允许最高温度设置导体温度评分x1，表示为：
[0090][0091]
其中，x1表示电缆导体温度评分，t表示电缆导体运行温度。
[0092]
电缆金属护层中存在接地电流，包括电导电流、电容电流、感应电流，其中电导电流和电容电流一般很小。当电缆线路发生故障或护套受损时，金属护层中将产生较大的感应电流。根据是否有异常升高的接地电流来设置接地电流评分x2，主要依据如下表所示：
[0093][0094]
表中，i表示接地电流，i
l
表示负荷电流。
[0095]
局部放电与电缆及附件的绝缘状态密切相关，当绝缘中存在空隙或者缺陷时，将发生局部放电现象。局放不仅是绝缘老化的主要原因，还是表征绝缘状态的特征参量。根据检测局放信号强弱来设置局部放电评分x3，主要依据如下表所示：
[0096][0097]
对于新电缆而言，电缆绝缘电导及电导损耗都很小，基于极化电流与基于去极化电流的介损计算结果具有一致性。当电缆发生老化后，电导损耗异常增大，导致基于极化电流和基于去极化电流的介损计算结果在超低频段不具有一致性。将1kv测试电压下0.1hz处去极化电流介损与极化电流介损的比值，定义为dp介损比f
dp
，根据不对称程度设置dp介损比评分x4，表示为：
[0098][0099]
当电缆未老化时，直流电导率随测试电压等级的提高不会发生明显变化，当电缆老化后，电缆绝缘层中的水分、微孔等不断增加，因此对空间电荷的捕获能力更强，直流电导率测试结果随电压等级提高而变大。将在1kv下测得直流电导率与2kv下测得直流电导率的比值，定义为σ
dc
倍压比f
σ
，根据变化程度设置σ
dc
倍压比评分x5，表示为：
[0100][0101]
还应说明的是，将所选各检修运维指标进行量化包括：
[0102]
随电缆运行年限增加，电缆失效率呈先减小后基本不变，再增大的变化趋势，变化曲线为浴盆曲线，按照电缆实际运行年限情况来设置电缆运行年限评分y1，表示为：
[0103][0104]
其中，y1表示电缆运行年限评分，t表示电缆运行年限。
[0105]
根据各地区的标准及电力系统运行稳定裕度，当线路正常运行时，电缆负载率大多低于50％；当线路负载率超过80％时，就需要引起检修人员的注意；当线路负载率超过100％时，就需要检修人员时刻保持警惕。由此设置电缆过载程度评分y2，表示为：
[0106][0107]
其中，y2表示电缆过载程度评分，η表示电缆负载率。
[0108]
在不同安装和运行环境下，电缆的使用寿命大不相同，设置不同运行环境评分y3，主要依据如下表所示：
[0109][0110]
按照功能可将电缆线路分为：电缆本体、中间接头、终端接头等组件，不同类型故障均会影响电缆线路正常运行，且部分故障难以完全解决，因此，设置故障记录评分y4，主要依据如下表所示：
[0111][0112][0113]
根据各地区规定的标准电压相关导则，正常情况下，电压的偏移度在-5％～ 5％之间；而超过供电范围、线路过负荷运行、导线截面选择不当等情况均会导致电压偏差，进而危害用电设备，按照电压偏移程度来设置评分y5，表达式如下：
[0114][0115]
其中，y5表示电缆线路电压偏移程度评分，|v0|表示电缆线路实际电压和额定电压的偏移程度。
[0116]
s2:利用主成分分析法筛选原始指标体系，剔除原始指标之间的冗余信息，得到电缆线路运行状态的新指标；
[0117]
更进一步的，利用主成分分析法筛选，得到电缆线路运行状态的新指标，包括：对原始数据进行标准化处理，将各原始指标变量值转变成新的标准指标值；
[0118]
基于标准指标值计算相关系数矩阵；
[0119]
计算相关系数矩阵的特征值及特征值对应的特征向量；
[0120]
根据特征向量两两正交且为单位正交基得到特征矩阵；
[0121]
基于特征矩阵构造新指标。
[0122]
具体的，标准指标值a
ij
′
，表示为：
[0123][0124]
其中，a
ij
为第i个电缆第i项指标值，a
ij
′
为第i个电缆第i项标准指标值，uj为第j项指标的均值，sj为第j项指标标准差；
[0125]
具体的，相关系数矩阵r，表示为:
[0126]
r＝(r
ij
)m×n[0127][0128]
其中，r
ij
为第i个指标和第j项指标的相关系数，且r
ii
＝1,r
ij
＝r
ji
，a
ki
′
为第k个电缆第i项标准指标值，a
kj
′
为第k个电缆第j项标准指标值。
[0129]
特征矩阵构造新指标，表示为：
[0130][0131]
其中，ym为第m个主成分，am′
为第m个标准指标值，uj＝[u
1j
,u
2j
,
…
,u
mj
]为相关系数矩阵第j个特征值对应的标准化特征向量。
[0132]
s3:新指标为筛选的主成分，计算主成分的贡献率，作为新指标权重；
[0133]
具体的，信息贡献率，表示为：
[0134][0135]
其中，λj为相关系数矩阵第j个特征值，bj为第j个主成分yj的信息贡献率；
[0136]
累计贡献率，表示为：
[0137][0138]
其中，λk为相关系数矩阵第k个特征值，a
p
为前p个主成分y1,y2...y
p
的累计贡献率。
[0139]
s4:通过topsis法构建电缆线路运行状态综合评估模型，对电缆线路运行状态进行评估，根据电缆综合评估得分情况，对电缆检修策略进行决策；
[0140]
更进一步的，通过topsis法构建电缆线路运行状态综合评估模型，包括：
[0141]
利用标准0-1变换将各指标进行标准化处理；
[0142]
将所得各指标权重和标准化处理后的指标值相乘，构造加权规范矩阵；
[0143]
指标权重为主成分的信息贡献率，主成分为新指标；
[0144]
确定正理想解和负理想解，基于电缆到正负理想解的距离，计算得到排序指标值，并根据排序指标值由大到小进行排序；
[0145]
当排序指标值越大时，指标值对应的电缆线路运行状态就越好。
[0146]
更进一步的，标准化处理，包括：，将选取的各主成分值y
ij
转换成标准化主成分值y
ij
，指标数值均变换到[0,1]区间；
[0147]
若y
ij
为效益型指标：
[0148]
若y
ij
为成本型指标：
[0149]
其中，y
ij
为第i个电缆第j项主成分值，为第j项主成分值中最小值，为第j项主成分值中最大值，y
ij
为第i个电缆第j项标准化主成分值。
[0150]
更进一步的，还包括：
[0151]
标准化处理后的指标值和各指标权重相乘构造加权规范矩阵，表示为：
[0152]cij
＝wj·yij i＝1,2
…
n；j＝1,2
…m[0153]
其中，wj为第j项主成分的权重，y
ij
为第i个电缆第j项标准化主成分值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0154]
正理想解表示为：
[0155][0156]
其中，c
j*
为正理想解c
*
的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0157]
负理想解表示为：
[0158][0159]
其中，c
j0
为负理想解c0的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值。
[0160]
更进一步的，基于电缆到正负理想解的距离，计算得到排序指标值，包括：
[0161]
电缆到正理想解的距离，表示为：
[0162][0163]
其中，为第i个电缆到正理想解的距离，c
j*
为正理想解c
*
的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0164]
电缆到负理想解的距离，表示为：
[0165]
[0166]
其中，表示第i个电缆到负理想解的距离，c
j0
为负理想解c0的第j个属性值，c
ij
为第i个电缆第j项加权标准化主成分值；
[0167]
排序指标值，表示为：
[0168][0169]
其中，fi为第i个电缆的排序指标值，s
i0
表示第i个电缆到负理想解的距离，为第i个电缆到正理想解的距离。
[0170]
更进一步的，根据电缆综合评估得分情况，对电缆检修策略进行决策，包括：
[0171]
当综合评分大于0.7时，则对电缆进行正常周期检修；
[0172]
当综合评分大于0.4且不大于0.7时，则对电缆加强巡视，适时安排检修；
[0173]
当综合评分不大于0.4时，则立刻对电缆安排检修。
[0174]
实施例2
[0175]
参照图1，为本发明的一个实施例，通过具体操作，验证发明有益效果。
[0176]
本实施例以西南某城区9条10kv电缆线路为研究对象，通过现场仪器测量和咨询运维检修人员，得到电缆线路各项指标量化后数据如表1所示：
[0177]
表1电缆线路各项指标值
[0178][0179][0180]
步骤一：计算得到不同主成分的贡献率和累计贡献率，如表2所示：
[0181]
表2不同主成分的贡献率及累计贡献率
[0182][0183]
当取前四个主成分时，累计贡献率达到95.36％，说明前四个主成分保留了初始数据95.36％的信息，因此，可将初始12个指标转为4个主成分，达到对原始指标降维的目的。
[0184]
步骤二：选取前四个主成分与初始指标的相关系数，如表3所示：
[0185]
表3选取主成分和初始指标的相关系数
[0186]
[0187][0188]
步骤三：将选取的前四个主成分贡献率，作为新指标的权重，如表4所示：
[0189]
表4主成分的权重
[0190][0191]
步骤四：通过topsis法，对9条电缆线路运行状态进行综合评价，各电缆线路评估结果如表5所示：
[0192]
表5电缆线路运行状态综合评估
[0193]
[0194][0195]
通过表5可以看出，1号、2号、4号、8号电缆线路正常周期检修，其中2号电缆线路综合得分最高；3号、5号、6号电缆线路应加强巡视，适时安排检修；7号和9号电缆需要立刻安排检修。本发明将现场试验技术与检修运维信息相结合，通过电缆线路运行状态综合评估指标集，构建电缆线路运行状态综合评估模型，对在运电缆检修策略进行决策评估，能够准确快速的对电缆线路运行状态进行决策，降低了检修成本，保障了电缆线路的安全稳定运行。
[0196]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。